способ контроля работоспособности клавиатуры

Формула изобретения

Способ контроля работоспособности клавиатуры, выполненной преимущественно на пьезоэлектрических элементах по числу клавиш, отличающийся тем, что формируют последовательность тестирующих импульсов тока заданных амплитуды и длительности, подаваемую в каждый пьезоэлектрический элемент, на котором измеряют значение полученной переменной составляющей напряжения в установившемся режиме, и результат измерения сравнивают с заданными максимальными и минимальными граничными значениями.

Описание изобретения к патенту

Способ контроля относится к электротехнике и, в частности, к контролю работоспособности элементов управления и коммутации электрических цепей и может быть использован для контроля состояния пультов управления электротехническими устройствами в виде отдельных выключателей (клавиш) или клавиатур для ввода дискретной информации.

Известен способ контроля, реализованный в клавиатуре персонального компьютера (Патент РФ №2121707, G 06 F 3/023. Опубл. 27.10.2002, Бюл. №30), заключающийся в том, что в зависимости от включаемого режима формируют команды в виде импульсов напряжения, преобразуемые с помощью электронной схемы клавиши в код ее индикатора, на котором формируют изображение того знака или символа, который отображается на мониторе и записывается в память компьютера при нажатии на данную клавишу. По результатам сравнения информации на индикаторе и мониторе определяют работоспособность клавиатуры. Известен способ контроля, основанный на представлении визуальной информации (Заявка РФ №2002125870, G 06 F 3/023. Дата публикации 20.02.2004) посредством электронного устройства, содержащего дисплей и цифровую клавиатуру с клавишами. В этом способе осуществляют представление визуальной информации на дисплее в секциях, каждая из которых связана с одной из клавиш цифровой клавиатуры, а визуальной индикации выбора клавиши - на цифровой клавиатуре.

Недостатки обоих указанных способов - это большое время, необходимое для сравнения информации на клавишах и на дисплее, что приводит к возрастанию длительности процесса ввода информации и быстрой утомляемости оператора; запаздывание информации о возникновении отказа(ов) в клавиатуре, т. к. его наличие выявляется только после набора информации.

Сократить время сравнения информации и снизить утомляемость оператора позволяет способ контроля набираемой на клавиатуре информации, т.е. способ контроля ее работоспособности (Патент РФ №2096820, G 06 F 3/02. Опубл. 20.04.2002, Бюл. №11), заключающийся в том, что осуществляют контроль работоспособности клавиатуры с помощью визуального и слухового каналов, что снижает вредное воздействие монитора на зрение и повышает производительность труда. Основной недостаток способа - низкая надежность, обусловленная запаздыванием информации о возникновении отказа в клавиатуре с выявлением его только после набора на клавиатуре с проверкой прохождения информации визуально на мониторе или на слух.

Известен способ контроля, реализованный в устройстве для контроля клавиатуры (SU №1432525, G 06 F 11/00. Опубл. 23.10.88, Бюл. №39), заключающийся в том, что при нажатии клавиши формируют код, который сравнивают с эталонным кодом, а по результатам сравнения выявляют ошибку в наборе информации (однократное нажатие) или наличие неисправности клавиатуры (повторное нажатие). Недостаток этого способа контроля - низкая надежность, так как возникший отказ выявляется с запаздыванием после набора информации и только после двукратного нажатия на клавишу.

Известен способ контроля работоспособности пьезоэлектрических элементов (SU №481119, Н 03 h 3/00. Опубл. 15.08.75, Бюл. №30), выбранный в качестве прототипа. Способ-прототип заключается в определении параметров пьезоэлектрических элементов за счет формирования двух противополярных тестирующих импульсов тока, имеющих задаваемую длительность и подаваемых в пьезоэлектрический элемент, с анализом временной зависимости электрического напряжения на пьезоэлектрическом элементе.

Основной недостаток способа-прототипа - низкая надежность, обусловленная двумя причинами - отсутствием условий для проведения контроля в реальном времени до набора и при наборе информации и возможностью появления ложной информации об отказе элемента при наборе и после набора информации. Первая возникает, поскольку при тестировании получают двухполярный сигнал на элементе без постоянной составляющей с увеличенным размахом, что делает его близким по форме и по уровню полезному сигналу, получаемому при нажатии клавиши (оба сигнала трудно различимы). Вторая вызвана нестационарностью сигнала на элементе при тестировании, проявляющейся в уменьшении амплитуды во времени, что не позволяет сравнивать результат измерения его с заданными граничными значениями.

Получаемый технический результат изобретения - повышение надежности за счет выявления возникшего отказа в клавиатуре в реальном масштабе времени до набора и в процессе набора информации и отсутствии ложных срабатываний, поскольку анализируемый сигнал, имеющий постоянную составляющую, по форме и уровню отличается от полезного сигнала, вызываемого нажатием клавиши, а в установившемся режиме является практически стационарным с постоянной амплитудой.

Указанный технический результат достигается следующим образом. По отношению к известному способу контроля работоспособности клавиатуры, выполненной преимущественно на пьезоэлектрических элементах по числу клавиш, в предлагаемом способе формируют последовательность тестирующих импульсов тока заданной амплитуды и длительности, подаваемую в каждый пьезоэлектрический элемент, на котором измеряют значение полученной переменной составляющей напряжения в установившемся режиме, и результат измерения сравнивают с заданными максимальными и минимальными граничными значениями.

Рассмотрим работу клавиатуры с предложенным способом контроля. Клавиатура содержит либо одну клавишу, либо их набор с пьезоэлектрическими элементами по числу клавиш. Пьезоэлектрический элемент при воздействии механической силы, вызывающей напряжение в материале, вырабатывает электрический сигнал, исчезающий при снятии силы, и в результате с его контактов снимается импульс напряжения, вызывающий срабатывание исполнительного устройства или реализующий ввод соответствующей информации. Однако при механических или климатических воздействиях указанные элементы могут частично (скол части кристалла) или полностью разрушаться, либо у них может нарушиться целостность (обрыв или короткое замыкание) контактных соединений - подводящих проводников и токосъемных контактов. Эти отказы являются причиной потери работоспособности клавиатуры. Обнаруживаются они обычно после ввода информации и выявления ее искажений (сравнивается вводимая и введенная информация).

Предлагаемый способ контроля базируется на том, что схема замещения пьезоэлектрического элемента содержит конденсатор, емкость которого является контролируемым параметром, так как она зависит от размеров и состояния кристалла. При разрушении кристалла емкость уменьшается пропорционально размерам его остатка с токосъемными контактами, а при их обрыве становится практически равной нулю. Для реализации способа контроля формируют последовательность тестирующих импульсов тока, которые подают на каждый пьезоэлектрический элемент (на все сразу или по очереди) в пределах интервала с длительностью, выбираемой в зависимости от частоты следования импульсов и достаточной для перехода в стационарный (статический) режим перезаряда конденсатора схемы замещения. Получаемая переменная составляющая напряжения на пьезоэлектрическом элементе представляет собой последовательность импульсов, форма и амплитуда которых определяются скоростью заряда-разряда и зависят от амплитуды и длительности подаваемых тестирующих импульсов тока, например, прямоугольной формы и емкости эквивалентного конденсатора, который вместе с выходным сопротивлением генератора образует интегрирующую цепочку. При этом форма импульсов близка к треугольной, либо при очень малой емкости становится практически идентичной форме тестирующих импульсов, а при коротком замыкании контактов импульсы исчезают. Заряд-разряд должен происходить при условии равенства ампер-секундных площадей импульсов тока через пьезоэлектрический элемент (через эквивалентный конденсатор), и в этом случае среднее значение переменной составляющей напряжения на элементе будет постоянным (положительным, отрицательным или нулевым). Амплитудное значение или размах этой составляющей напряжения измеряют и сравнивают с допустимыми максимальным и минимальным граничными значениями. Если амплитуда не превосходит предельного (допускового) значения, то емкость эквивалентного конденсатора находится в норме, и пьезоэлектрический элемент исправен. Если значение переменной составляющей превосходит предельный уровень, то емкость имеет недопустимо малую величину, если имеет нулевое значение, то возникло короткое замыкание, что в конечном итоге соответствует неисправному пьезоэлектрическому элементу и неработоспособной клавиатуре. При настройке подбирают параметры тестирующих импульсов (амплитуду, длительность, частоту следования импульсов и паузу между ними) и обеспечивают при этом такое значение переменной составляющей, которое должно находиться в заданных пределах и быть существенно меньше амплитуды полезного сигнала, снимаемого с пьезоэлектрического элемента при нажимании клавиши. Последнее обстоятельство позволяет тестировать клавиатуру в реальном масштабе времени как до набора, так и во время набора информации, поскольку тестирующий сигнал не создает значимых помех при выявлении полезного сигнала. Контроль производится в ручном и автоматическом режимах, и по его результатам возможны индикация обнаруженного отказа и/или подключение дополнительной резервной клавиши, набора клавиш или клавиатуры.

Таким образом, в предлагаемом способе контроля работоспособности клавиатуры, выполненной преимущественно на пьезоэлектрических элементах по числу клавиш, достигнуто следующее. Появилась возможность по уровню измеряемой переменной составляющей напряжения во время тестирования выявить в реальном масштабе времени отказы в виде сколов или разрушения кристалла пьезоэлектрического элемента, нарушения целостности (обрыв, короткое замыкание) контактных соединений и подводящих проводников без участия оператора как до начала набора, так и в процессе набора информации. При выявленном нарушении работоспособности клавиатуры можно осуществлять предупреждающую индикацию и/или ручное или автоматическое подключение резервных клавиш (при необходимости, другой клавиатуры), что в конечном итоге повышает надежность клавиатуры.