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作者：滨州学院 刘喆 王晋 张文霞
指导教师：张成亮 董斌

　　作品简介

　　随着笔记本电脑和平板电脑的兴起，人们对便携性要求越来越高，一种便携型新键盘诞生，这就是四节输入法键盘。该键盘进一步提高了操作简便性和输入性能，并将鼠标功能融合在键盘按键中。但是四节输入法键盘上面按键远远少于普通键盘使用起来极为不方便。
　　电容屏的使用在触控设备上越来越广泛，现在的大部分智能手机和平板电脑都是使用的电容屏幕，因此电容屏幕作为触控的设备的话有很成熟的技术条件。但是无论是在智能手机还是平板电脑上的虚拟键盘太小了，使用起来极为不方便。使用电容屏幕来实现折叠式键盘在国内还没有人来研究，因此在国内有很好的市场前景
　　该键盘采用几块硬质电容屏幕构成，对每个电容屏实现无缝对接，沿着电容屏的边缘可以实现折叠功能。由于整个键盘都采用电容屏幕这样就可以把整个键盘当成触控板使用，触控板的面积增大了大大提高了对电脑操作的方便性和舒适性。通过无线通信模块实现键盘和接收端的通信，在接收端采用USB的通信方式来和主机进行通信。在接收端编写好电脑的驱动程序这样电脑在识别设备的时候就可以按普通的输入设备来处理大大提高了兼容性。
　　该键盘可以像纸一样折叠，非常方便携带。该键盘既可以作为普通键盘用于输入字符，还可以作为触控板使用，这样就可以摆脱对鼠标的依赖。通过多点触控配合手势就可以完成对主机的操作。该主机可以是普通的PC机、平板电脑等其它智能终端。　　

 　　平台选型说明

　　选用大赛指定的单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)。采用最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。使用仿真大大简化了调试程序的工作，提高了编程效率。
　　增强型8051 CPU，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12 倍61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上 片内大容量2048字节的SRAM。完全满足了对触摸的扫描和对按键的滤波，以及对手势的识别的复杂算法。

　　设计说明

　　设计方案：
　　该处理器采用宏晶公司生产的增强型51单片机，该单片机速度可以比普通51单片机块8-12倍。完全满足了对触摸屏幕的扫描和对按键的滤波，以及对手势的识别的复杂算法。单片最小系统原理图 如图1　　

 　　采用STM32作为协处理器，STM32芯片内部集成了USB外设，大大减轻了USB电路的设计负担，只需设计USB接口电路，就可以实现基于STM32芯片的电路板的USB通信设计。其中USB相关引脚为PA11(D-)，PA12(D+)引脚。就是通过这两个引脚实现STM32F103RBT6的USB通讯。USB硬件硬件电路图如图(2)　　

 　　对于无线传输采用NRF24L01改芯片传输的距离可以达到30M，完全满足了对电脑控制的距离。当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ，接收模式时为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。更低功耗增加了该键盘的使用时间。该芯片的速度最快可以达到2Mbps的速度，这样的带宽完全保证了数据传输的实时性和完整性从而使该键盘工作在鼠标模式下保证不丢帧。NRF24L01电路原理图如图(3)　　

 　　电容屏幕工作原理：当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。
　　电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。如图(4)电容屏幕的剖面图：　　

 　　采集轴坐标方法：通过采集感应单元分立的行和列以两个交叉的滑条实现X轴滑条、Y轴滑条检测每一格感应单元的电容变化。如图(5)采集坐标过程：　　

 　　平行班电容器原理两个带点的导体相互靠近会形成电容平行板电容的定义电容C：正比于相对面积A，正比于两导体间的介质的介电常量K，反比于两导体的相对距离dK=8.85×10-12F/m。如图(6)所示：　　

 　　通过单片机找到电容最大值和相应的列Pi, i用以最大电容值列为中心的二列求出其加权平均，通过对采集的数据滤波后即横坐标：　　

 　　该键盘采用几块硬质电容屏幕构成，对每个电容屏实现无缝对接，沿着电容屏的边缘可以实现折叠功能。由于整个键盘都采用电容屏幕这样就可以把整个键盘当成触控板使用，触控板的面积增大了大大提高了对电脑操作的方便性和舒适性。通过无线通信模块实现键盘和接收端的通信，在接收端采用USB的通信方式来和主机进行通信。在接收端编写好电脑的驱动程序这样电脑在识别设备的时候就可以按普通的输入设备来处理大大提高了兼容性。

　　作品特色

　　键盘是最常见的计算机输入设备，它广泛应用于微型计算机和各种终端设备上。而现在使用键盘的大多是机械键盘，不方便携带并且功能有限。尤其在使用笔记本电脑时，经常因笔记本自带键盘太小而按错按键，而触控板太小使用起来非常不方便。而本设计研发的折叠式超薄无线键盘不仅非常轻巧、便携，而且集成了触控板的功能，可以摆脱对鼠标的依赖，加上多点触控和手势识别更加快捷，方便了人们使用电脑。
　　该键盘可以像纸一样折叠，非常方便携带。该键盘不仅仅可以充当普通键盘用于输入字符，整个键盘还可以作为触控板，这样就可以摆脱对鼠标的依赖。通过多点触控还可以通过特定手势对电脑进行控制。 该键盘的控制芯片和现实设备都采用了低功耗的设备，这样就可以是该键盘的续航能力大大增强。
　　通过无线通信模块实现键盘和接收端的通信，在接收端采用USB的通信方式来和主机进行通信。在接收端编写好电脑的驱动程序这样电脑在识别设备的时候就可以按普通的输入设备来处理大大提高了兼容性。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2388