DE102004058731A1

DE102004058731A1 - Tasteneinrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Tastendrucks

Info

Publication number: DE102004058731A1
Application number: DE200410058731
Authority: DE
Inventors: Rupert Glaser; Markus Strecker
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tasteneinrichtung, die eine Taste, deren elektrischer Widerstand vom Zustand der Taste abhängig ist, einen mit der Taste gekoppelten Messschaltkreis, der eingerichtet ist, den elektrischen Widerstand der Taste zu messen und eine von dem elektrischen Widerstand abhängige Kenngröße auszugeben, eine mit dem Messschaltkreis gekoppelte Speichervorrichtung, in der ein Referenzwert gespeichert ist, und die eingerichtet ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kenngröße als einen neuen Referenzwert zu speichern, und einen Vergleicher, der eingerichtet ist, die Kenngröße mit dem Referenzwert zu vergleichen und entsprechend dem Vergleichsergebnis ein Tastendruck-Signal auszugeben, mit dem angezeigt wird, ob ein Tastendruck erfolgt ist, aufweist.

Description

Die Erfindung schafft eine Tasteneinrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines Tastendrucks.

Elektronische Komponenten, die in Textilien, angeordnet sind, sogenannte "Wearable Electronics" oder "Smart Textiles", können mittels Tastaturen bedient werden, die aus Polymeren aufgebaut sind und Tasten aufweisen, deren elektrischer Widerstand veränderbar ist. Das heißt, es wird aufgrund des elektrischen Widerstands einer Taste festgestellt, ob die Taste gedrückt worden ist oder nicht. Der elektrische Widerstand der Taste verändert sich mit dem Drücken der Taste, einem Knittern der Textilien, d.h. wenn die Taste verformt wird, und auch altersbedingt, d.h. vor allem durch wiederholtes Waschen der Textilien. Aufgrund dieser altersbedingten Veränderung des elektrischen Widerstands zum Beispiel im Gedrückt-Zustand einer Taste ist es schwierig, einen geeigneten Schwellenwert anzugeben, bei dem ein falsches Tastendruck-Signal unterdrückt wird und andererseits ein richtiges Tastendruck-Signal sicher erkannt wird. Das gilt insbesondere, da sich der elektrische Widerstand der Taste mit dem Verschleiß der Tastatur ändern kann.

Herkömmliche Tasteneinrichtungen messen den elektrischen Widerstand der Taste und vergleichen ihn mit einem vorgegebenen Referenzwert, der in der Tasteneinrichtung gespeichert ist. Beispielhafte Widerstandswerte der Taste sind 100 Ω–1 kΩ, wenn die Taste gedrückt ist, mehrere 10 kΩ, wenn die Textilie, in der die Taste eingebettet ist, geknittert ist und die Taste nicht gedrückt ist, und mehrere MΩ im Ruhezustand, wenn die Textilie weder geknittert ist, noch die Taste gedrückt ist.

Aufgrund der Änderung des elektrischen Widerstands solcher Tasten mit dem Altern, ändern sich jedoch auch die Widerstandsbereiche, die einem Gedrückt-Zustand der Taste, bzw. einem Knittern der Textilie entsprechen. Änderungen des elektrischen Widerstands der Taste im Gedrückt-Zustand können z. B. in der Größenordnung von 1:10 bis 1:50 liegen. Wenn also der Referenzwert für die Erkennung eines Tastendrucks fest voreingestellt ist, so führt das mit der Zeit dazu, dass ein Tastendruck fehlerhaft erkannt wird, obwohl ein Benutzer keine Taste gedrück hat, bzw. dass der Tastendruck nicht erkannt wird, obwohl der Benutzer eine Taste gedrückt hat.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Tasteneinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, ein falsches Tastendruck-Signal zu unterdrücken und ein richtiges Tastendruck-Signal sicher zu erkennen, insbesondere dann, wenn sich der elektrische Widerstand der Taste aufgrund des Verschleisses der Tastatur ändert.

Das Problem wird durch eine Tasteneinrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines Tastendrucks mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen, gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Es ist eine Tasteneinrichtung geschaffen, die eine Taste aufweist, wobei deren elektrischer Widerstand vom Zustand der Taste abhängig ist, und einen mit der Taste gekoppelten Messschaltkreis, der eingerichtet ist, den elektrischen Widerstand der Taste zu messen und eine von dem elektrischen Widerstand abhängige Kenngröße auszugeben. Ferner weist die Tasteneinrichung eine mit dem Messschaltkreis gekoppelte Speichervorrichtung, in der ein Referenzwert gespeichert ist, und die eingerichtet ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kenngröße als einen neuen Referenzwert zu speichern, und einen Vergleicher auf, der eingerichtet ist, die Kenngröße mit dem Referenzwert zu vergleichen und entsprechend dem Vergleichsergebnis ein Tastendruck-Signal auszugeben, mit dem angezeigt wird, ob ein Tastendruck erfolgt ist.

Anschaulich ermöglicht diese Anordnung, dass ein elektrischer Widerstand der Taste gemessen wird und davon abhängig ein Schwellenwert bestimmt wird, der einen Schwellenwert darstellt, anhand dessen festgestellt wird, ob eine Taste einer Wearable-Elektronics-Tastatur gedrückt ist oder nicht. Zum Feststellen eines Tastendrucks wird der Schwellenwert mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen. Um die altersbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der Taste zu berücksichtigen, können zu geeigneten Zeitpunkten die gemessenen Schwellenwerte als Referenzwerte gespeichert werden, so dass immer ein aktueller Referenzwert verwendet wird, welcher dem aktuellen Zustand der Taste angepasst ist.

In einer Weiterbildung ist die Kenngröße eine Zeitkonstante, die für ein Zeitglied charakteristisch ist, das den elektrischen Widerstand der Taste und einen Kondensator aufweist.

Beispielsweise kann die Kenngröße eine Zeitkonstante sein. Diese Zeitkonstante kann die charakteristische Zeitkonstante eines RC-Glieds sein, das aus dem elektrischen Widerstand der Taste und einem Kondensator gebildet ist. Durch Verwenden des RC-Glieds wird ausgenutzt, dass die Zeitkonstante, die zum Laden des Kondensators nötig ist, umso länger ist, je größer der elektrische Widerstand der Taste ist.

Das Verwenden einer Zeitkonstante als Kenngröße hat den Vorteil, dass solch ein Zeitkonstante mit einer einfachen und wenig fehleranfälligen Schaltung bestimmt werden kann. Durch Verwenden eines RC-Glieds ist diese Zeitkonstante auch direkt proportional zu dem Widerstand der Taste.

Vorzugsweise weist der Messschaltkreis einen Spannungskomparator und einen Zähler auf, wobei ein Eingang des Spannungskomparator mit dem Zeitglied gekoppelt ist, so dass eine Kondensatorspannung mit einem vorgegebenen Spannungswert verglichen wird und ein Ausgang des Spannungskomparators mit einem Zähleingang des Zählers gekoppelt ist, so dass der Zähler abhängig vom Vergleichsergebnis einen Zählvorgang ausführt.

Anschaulich gesprochen wird die Kondensatorspannung während des Zählvorgangs mit einer vorgegebenen Spannung verglichen und der Zählvorgang beendet, sobald die Kondensatorspannung die vorgegebene Spannung z. B. überschreitet. Eine entsprechende Schaltung dazu kann aus wenigen Bauteilen einfach und robust aufgebaut werden.

In einer Weiterbildung ist ein Schaltelement zum Entladen des Kondensators enthalten.

Vorzugsweise weist die Tasteneinrichtung eine Steuereinheit auf, deren Eingang zum Aufnehmen des elektrischen Widerstands mit der Taste gekoppelt ist und die eingerichtet ist, das Schaltelement derart zu steuern, dass der Kondensator entladen wird und dass der Zähler zurückgesetzt und der Zählvorgang gestartet wird, wenn der ermittelte elektrische Widerstand ein vorgegebenes Rücksetzkriterium aufweist.

Diese Funktion kann auf einfache Weise z. B. in einem Mikrocontroller integriert sein, so dass die Schaltung der Tasteneinrichtung vereinfacht wird.

Vorzugsweise weist die Tasteneinrichtung ferner eine bistabile Kippstufe auf, wovon ein Setz-Eingang mit dem Ausgang des Spannungskomparators gekoppelt ist, ein Ausgang mit dem Zähler gekoppelt ist und ein Takteingang mit der Steuereinheit gekoppelt ist, so dass mittels eines Signals der Steuereinheit der Zähler mit einem Zählvorgang beginnt.

Eine bistabile Kippstufe ist zum Starten des Zählvorgangs besonders geeignet, da der Zählvorgang in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spannungskomparators und dem Steuersignal der Steuereinheit gestartet wird, der Zählvorgang aber nur in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Spannungskomparators gestoppt wird. Das heißt, das Steuersignal kann gleichzeitig zum Steuern des Ladezustands des Kondensators und zum Zurücksetzen des Zählers verwendet werden, wodurch die Schaltung vereinfacht wird.

In einer Weiterbildung weist die Tasteneinrichtung eine Mehrzahl von Tasten auf.

Es ist vorteilhaft, die Tasteneinrichtung zum Bedienen verschiedener damit verbundener Geräte mit einer Mehrzahl von Tasten auszubilden, wobei die Anzahl der Tasten zum Bedienen der Geräte geeignet sein soll. Insbesondere kann eine Tasteneinrichtung, die zum Steuern eines Abspielgeräts für Multimediadateien, wie z. B. Musikstücke, Filme, Text usw., verwendet wird, Tasten zum Abspielen von Multimediadateien, zum Laden der nächsten bzw. der vorherigen Datei und zum Ändern der Lautstärke aufweisen.

Vorzugsweise wird der Referenzwert ermittelt, wenn eine vorgegebenen Taste gedrückt wird.

Da die Drift der Widerstände der Tasten durch das Waschen der Tastatur für alle in der Textilie verwendeten Tasten gleich ist, wurde erkannt, dass es ausreichend ist, wenn der Referenzwert nur anhand einer bestimmten Taste ermittelt wird. Daher können in einer Tasteneinrichtung mit mehreren Tasten die Funktionen des Ermittelns des Referenzwertes und des Erkennens eines Tastendrucks für verschiedene Tasten getrennt werden, und somit die Schaltung vereinfacht werden.

In einer Weiterbildung ist die vorgegebene Taste eine Ein/Aus-Taste.

Das Verwenden der Ein/Aus-Taste zum Ermitteln des aktuellen Referenzwertes hat den Vorteil, dass der aktuelle Referenzwert beim Einschalten der Tasteneinrichtung ermittelt wird, und beim anschliessenden Bedienen z. B. des Multimedia-Abspielgeräts zum Erkennen eines Tastendrucks verwendet werden kann.

In einer Weiterbildung ist die Tasteneinrichtung in Textilmaterialien eingebettet.

Vorzugsweise weisen die Textilmaterialien elektrisch leitfähige Fäden auf, welche mit den Tasten gekoppelt sind.

Beispielsweise ermöglicht es diese Weiterbildung, dass die Tasteneinrichtung mittels dieser elektrisch leitfähigen Fäden mit anderen elektronischen Komponenten in der Textilie gekoppelt werden kann. Zum Beispiel ist es sinnvoll, wenn die Tasteneinrichtung auf einem Ärmel einer Textilie angeordnet ist, während das Multimedia-Abspielgerät, das mittels der Tasteneinrichtung gesteuert wird, in Rumpfnähe in der Textilie angeordnet ist, so dass das Multimedia-Abspielgerät besser geschützt ist und leichter getragen werden kann.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen eines Tastendrucks bei einer Taste mit einem druckabhängigen elektrischen Widerstand geschaffen. Dieses Verfahren weist folgende Schritte auf:

• Messen des elektrischen Widerstands der Taste,
• Bestimmen einer von dem elektrischen Widerstand abhängigen Kenngröße,
• Speichern der Kenngröße als einen neuen Referenzwert, wenn die Kenngröße zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt wurde,
• Vergleichen der Kenngröße mit dem Referenzwert, und abhängig von dem Vergleichsergebnis, Ausgeben eines Signals, das anzeigt, ob ein Tastendruck erfolgt ist.

Vorzugsweise ist die Kenngröße eine Zeitkonstante, die für ein Zeitglied charakteristisch ist, das den elektrischen Widerstand der Taste und einen Kondensator aufweist.

Besonders bevorzugt weist der Schritt des Bestimmens eines Vergleichswerts folgende Schritte auf:

• Rücksetzen eines Zählers und Entladen eines Kondensators,
• Laden des Kondensators über den Widerstand der Taste und gleichzeitiges Starten eines Zählvorgangs des Zählers,
• Vergleichen der momentanen Spannung des Kondensators mit einem vorgegebenen Spannungswert und abhängig von dem Vergleichsergebnis, Anhalten des Zählvorgangs und Ausgeben des Zählwerts als Vergleichswert.

Mit diesem Verfahren wird erreicht, dass ein Vergleichswert sicher erzeugt werden kann, indem der Zähler und der Kondensator in einen definierten Anfangszustand gebracht werden, und das Bestimmen des Vergleichswerts in einer definierten Weise ausgeführt wird.

Vorzugsweise wird der Zählvorgang des Zählers angehalten, wenn ein vorgegebener Grenzwert erreicht wird.

Mit der beschriebenen Tasteneinrichtung ist es daher möglich, einen Referenzwert zum Erkennen eines Tastendrucks zu erzeugen und zu speichern, der die altersbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der Taste berücksichtigt, so dass ein Tastendruck einer Taste, deren elektrischer Widerstand vom Druck auf die Taste abhängt, immer sicher erkennbar ist.

Weitere Vorteile sind, dass diese Tastenauslesung robust und einfach ist, und einen geringen Energieverbrauch aufweist. Außerdem kann diese Tastenauslesung zwischen einem Betätigen einer Taste und einem Knittern der Textilie unterscheiden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Tasteneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 eine Jacke mit eingebauter Tasteneinrichtung.
3 eine vergrößerte Ansicht der in eine Jacke eingebauten Tasteneinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 ein Schaltdiagramm einer Tasteneinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 ein Zeitdiagramm von Signalen einer Tasteneinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Tasteneinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist eine Tasteneinrichtung 100 gezeigt, die eine Taste 10 aufweist, deren ohmscher Widerstand R(p) 11 veränderbar ist. Der elektrische Widerstand R(p) 11 ändert sich, wenn die Taste 10 gedrückt wird, oder die Textilie, in der die Taste 10 eingebaut ist, geknittert ist. Insbesondere ändert sich bei diesem Tastentyp der elektrische Widerstand R(p) 11 umgekehrt proportional zu dem Druck auf die Taste 10, d. h. je stärker auf die Taste 10 gedrückt wird, desto kleiner ist der Widerstand R(p) 11. Wie bekannt ist, kann sich der Widerstand R(p) 11 der Taste 10 auch durch Verschleiß und insbesondere aufgrund des Waschens der Textilie ändern.
Ferner ist eine Messvorrichtung 20 gezeigt, beispielsweise ein Ohmmeter, welche den elektrischen Widerstand R(p) 11 der Taste 10, der dem Druck auf die Taste 10 entspricht, misst. Die Messvorrichtung 20 erzeugt in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand R(p) 11 einen Schwellenwert τ 27, anhand dem geprüft wird, ob die Taste 10 gedrückt ist.
Die Messvorrichtung 20 gibt den Schwellenwert τ 27 zu einem Vergleicher 40, gemäß diesem Ausführungsbeispiel einem Komparator, aus. Zusätzlich kann die Messvorrichtung 20 einen Referenzwert τ_ref 28, der dem Schwellenwert τ 27 entspricht, in einem Speicher 30 speichern. Welcher Schwellenwert τ 27 als Referenzwert τ_ref 28 in dem Speicher 30 gespeichert wird, kann abhängig vom Anwendungsbereich der Tasteneinrichtung bestimmt werden. Zum Beispiel kann das derjenige Schwellenwert τ 27 sein, der anhand einer vorgegebenen Taste, z. B. der Ein/Aus-Taste der Tastatur, bestimmt wurde. Alternativ können das auch zeitlich periodisch gemessene Schwellenwerte sein, zum Beispiel kann ein Schwellenwert, der einmal pro Minute gemessen wird, als Referenzwert τ_ref 28 in dem Speicher 30 gespeichert werden.
Der Vergleicher 40 vergleicht den Schwellenwert τ 27 mit dem in dem Speicher 30 gespeicherten Referenzwert τ_ref 28. Basierend auf dem Vergleichsergebnis wird festgestellt, ob die Taste 10 gedrückt wurde.
Anschaulich gesprochen wird bei jedem Tastendruck gemessen, welche Zeit τ 27 vergeht, bis der Kondensator auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen ist. Falls diese Zeit kleiner als eine Referenzzeit τ_ref 28 ist, so ist auch der elektrische Widerstand der Taste 10 relativ klein. Daraus wird geschlossen, dass die Taste 10 gedrückt ist.
2 zeigt eine Jacke mit eingebauter erfindungsgemäßer Tasteneinrichtung.
Die oben genannte Tasteneinrichtung 100 gemäß der Erfindung ist geeignet, um in eine Textilie eingebaut zu sein, um elektrische und elektronische Vorrichtung durch Tastendruck bedienen zu können. In der 2 ist beispielhaft eine Jacke dargestellt, wobei in einen Ärmel vier Tasten 10A, 10B, 10C bzw. 10D zum Bedienen eines mp3-Abspielgeräts integriert sind. Hierbei dient die Ein-/Aus-Taste 10A zum Ein- bzw. Ausschalten des mp3-Abspielgeräts und mittels einer REW-Taste 10B kann zum vorhergehenden Lied zurückgesprungen werden. Die PLAY-Taste 10C dient zum Abspielen des aktuellen Lieds und mittels der FWD-Taste 10D kann zum nächsten Lied vorgesprungen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Anwendung beschränkt, sondern die Tasteneinrichtung kann zum Bedienen von beliebigen Vorrichtungen verwendet werden, die mittels eines solchen Tastentyps bedient werden können.
Obwohl andere dazu geeignete Tasteneinrichtungen bekannt sind, hat die Tasteneinrichtung gemäß dieser Erfindung den Vorteil, dass ein Tastendruck auch noch nach einigen Wäschen der Jacke sicher erkannt werden kann, wenn sich die Widerstandseigenschaften der Taste 10 geändert haben.
3 zeigt einen Ausschnitt der Jacke mit eingebauter Tasteneinrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 3 ist vor dem Hintergrund eines Ausschnittes der in 2 gezeigten Jacke eine Taste 10 dargestellt, die mittels leitfähiger Fäden 12 mit einem mp3-Player (nicht dargestellt) elektrisch gekoppelt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eine Taste 10 dargestellt, obwohl die Jacke nach 2 vier Tasten aufweist. Die Anzahl der Tasten, die auf der Jacke angebracht sind, richtet sich nach der Anzahl der Funktionen des mp3-Abspielgeräts oder einer anderen angeschlossenen Vorrichtung, die gesteuert werden sollen. Ferner sind in 3 elektronische Bauteile zum Auslesen eines Tastendrucks schematisch dargestellt. Die elektronischen Bauteile sind über leitfähige Drähte 12 an die Versorgungsspannung und an Masse angeschlossen. Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, eine Spannungsquelle innerhalb der Taste 10 anzubringen, bzw. die elektronischen Bauteile zum Auslesen eines Tastendrucks außerhalb der Taste 10 anzubringen.
4 zeigt ein Schaltdiagramm einer Tasteneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Diese Figur stellt die Taste 10 als veränderbaren Widerstand dar. Ferner weist in der 4 eine Schaltungsanordnung zum Auslesen eines Tastendrucks eine Kapazität 21, einen Spannungskomparator 22, ein Schaltelement 23, einen Inverter 24, ein Speicherelement 25, einen Zähler 26 und einen Mikrocontroller 50 auf. Nachfolgend wird der detaillierte Aufbau dieser Schaltungsanordnung zum Auslesen eines Tastendrucks erklärt.
Bei einem Tastendruck ist die Taste 10 mit einem Versorgungsspannungsanschluss, an welchem die Versorgungsspannung V_dd angelegt ist, und einem ersten Kondensatoranschluss eines Kondensators 21 gekoppelt. Der zweite Kondensatoranschluss des Kondensators 21 ist mit dem Massepotential GND gekoppelt.
Der erste Kondensatoranschluss des Kondensators 21 ist mit einem Eingang eines Spannungskomparators 22 gekoppelt. Diese Kopplung ist in 4 mit "A" gekennzeichnet. Ein zweiter Eingang des Spannungskomparators 22 weist eine konstante vorgegebene Spannung V₁ auf. Die Spannung V₁ liegt in dem Intervall zwischen der Masse GND und der Versorgungsspannung V_dd und ist so eingerichtet, dass ein Vergleichsergebnis der Spannung V₁ mit der Kondensatorspannung einen Zählvorgang wirksam starten kann. Der Ausgang des Spannungskomparators 22 (d. h. der Punkt "B" in 4) ist mit dem Setz-Eingang 251 einer bistabilen Kippstufe (d. h. eines Flip-Flops) 25 gekoppelt. Zusätzlich ist der Ausgang des Spannungskomparators 22 mit einem Interrupt-Eingang 504 eines Mikrocontrollers 50 gekoppelt.
Ferner sind die beiden Kondensatoranschlüsse des Kondensators 21 mit Laststromkontakten eines Schaltelements 23 gekoppelt. Vorzugsweise ist das Schaltelement 23 ein Transistor, wobei der Emitter- und der Kollektor-Anschluss des Transitors die Laststromkontakte sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kondensatoranschlüsse jeweils mit dem Gate bzw. dem Emitter des Transistors 23 gekoppelt, so dass der Kondensator 21 über die Gate-Emitter-Strecke des Transistors 23 entladbar ist.
Am Daten-Eingang 252 und am Rücksetz-Eingang 254 des Flip-Flops 25 liegt das Massepotential GND an. Der Takteingang 253 des Flip-Flops 25 ist mit dem Ausgang eines Invertierers 24 gekoppelt, dessen Eingang mit einem Rücksetz-Eingang eines Zählers 26, einem Steueranschluss eines Schaltelements 23 und einem Entlade-Ausgang des Mikrocontrollers 50 gekoppelt ist.
Die Schaltzustände des Flip-Flops 25 sind in der folgenden Tabelle gezeigt, wobei nur Zustände berücksichtigt sind, bei denen der Rücksetz-Eingang 254 und der Daten-Eingang 252 des Flip-Flops 25 das Massepotential GND aufweisen:
Tabelle 1: Schaltzustände des Flip-Flops 25, wobei am Rücksetz-Eingang 254 und am Daten-Eingang 252 jeweils der L-Pegel (GND) anliegt. In dieser Tabelle sind die Pegelzustände des invertierten Ausgangs 255 in Abhängigkeit von den Pegelzuständen des Setz-Eingangs S und des Takteingangs 253 dargestellt.
Der invertierte Ausgang 255 des Flip-Flops 25 ist mit einem Zähleingang 262 des Zählers 26 gekoppelt.
Ferner ist der Takteingang 261 des Zählers 26 mit einem Taktausgang 501 des Mikrocontrollers 50 gekoppelt und der Datenausgang 264 des Zählers 26 ist mit einem Dateneingang 502 des Mikrocontrollers 50 gekoppelt.
Die Funktion dieser Schaltung wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erklärt, wobei 5 ein Zeitdiagramm von Signalen ist, die in einer Tasteneinrichtung auftreten.
Im Folgenden ist vorgesehen, dass der elektrische Widerstand einer Taste 10, die z. B. in einer Wearable-Electronics-Tastatur angewendet ist, von der Tasteneinrichtung kontinuierlich geprüft wird.
Wenn festgestellt wird, dass der elektrische Widerstand der Taste 10 unter einen vorbestimmten Wert fällt, wird von dem Entlade-Ausgang 503 des Mikrocontrollers 50 zu einem Zeitpunkt t₀ ein DISCHARGE-Signal 62, das ein Hochpegel-Signal, d. h. ein Logik-High-Signal oder H-Signal ist, an den Steuereingang des Schaltelements 23, d. h. die Basis des Transistors ausgegeben, so dass der Kondensator über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors kurzgeschlossen und damit entladen wird. Dieses DISCHARGE-Signal 62 liegt auch am Eingang des Inverters 24 an, so dass ein Niedrigpegel-Signal, d. h. ein Logik-Low-Signal oder L-Signal, am Takteingang 253 des Flip-Flops 25 anliegt, wobei durch die fallende Flanke die Pegelzustände an den Ausgängen des Flip-Flops 25 nicht verändert werden. Das DISCHARGE-Signal 62 liegt auch am Rücksetz-Eingang 263 des Zählers 26 an, so dass der Zähler 26 zurückgesetzt wird. Der Datenausgang 264 des Zählers 26 weist daher dann den Wert "0" auf. Anschaulich gesprochen ist damit der Zähler 26 "vorgespannt".
Das DISCHARGE-Signal 62 des Entlade-Ausgangs 503 bleibt mindestens so lange auf einem H-Pegel, bis der Kondensator 21 sicher entladen ist. Der Verlauf der Kondensatorspannung, d. h. am Punkt A in 4, ist in 5 als Eingangs-Signal 61 dargestellt. Wenn der Kondensator entladen ist, ist die Kondensatorspannung gleich der Massespannung GND bzw. 0% der Versorgungsspannung und somit kleiner als die vorgegebene Spannung V₁, so dass am Ausgang des Komparators 22 und am Setz-Eingang des Flip-Flops 25 ein L-Pegel anliegt, was durch das Komparator-Signal 63 dargestellt wird.
Dann fällt das DISCHARGE-Signal 62 am Entlade-Ausgang 503 des Mikrocontrollers 50 zu einem Zeitpunkt t₁ auf den L-Pegel. Daher wird die Gate-Emitter-Strecke des Transistors sperrend und der Kondensator 21 lädt sich über den elektrischen Widerstand der Taste 10 auf (vgl. Eingangs-Signal 61 in 5). Daher liegt am Rücksetz-Eingang 263 des Zählers 26 ein L-Pegel an. Außerdem steigt der Pegelwert am Takteingang 253 des Flip-Flops 25 wegen des Inverters 24 von einem L-Pegel auf einen H-Pegel, so dass der invertierte Ausgang 255 und der Zähleingang 262 des Zählers 26 auf einen H-Pegel steigen (COUNT-Signal 64 in 5). Damit startet der Zähler 26 den Zählvorgang, wobei die Taktpulse gezählt werden, die von dem Taktausgang 501 des Mikrocontrollers 50 ausgegeben werden.
Zum Zeitpunkt t₂, wenn die Kondensatorspannung größer als die vorgegebene Spannung V₁ ist, liegt am Ausgang des Spannungskomparators 22, d. h. am Punkt B, ein H-Pegel an. Die vorgegebene Spannung V₁ kann beispielsweise 75%(?) der Versorgungsspannung V_dd sein. Dieser H-Pegel liegt ebenfalls am Setz-Eingang 251 des Flip-Flops 25 und am Interrupt-Eingang 504 des Mikrocontrollers 50 an. Damit fällt der invertierte Ausgang 255 des Speicherelements 25 auf einen L-Pegel (vergleiche Tabelle 1) und auch am Zähleingang 262 des Zählers 26 liegt dann ein L-Pegel an. Damit stoppt der Zähler 26 den Zählvorgang.
Während des Ladevorgangs des Kondensators 21 zählt der Zähler 26 die Taktpulse des Mikrocontrollers 50, die am Takteingang 261 des Zählers 26 eingegeben wurden. Wenn der Ladevorgang gestoppt wurde, wird der Zählwert als Schwellenwert τ von dem Zähler 26 zu dem Mikrocontroller 50 ausgegeben. Somit wird gemäß der vorhergegangenen Beschreibung ein Schwellenwert τ ermittelt. Da sich eine charakteristische Zeitkonstante τ_char des RC-Glieds gemäß τ_char = R·C berechnet, ist der Schwellenwert τ umso größer, je größer der elektrische Widerstand der Taste 10 ist.
Bei der Tasteneinrichtung kann es vorteilhaft sein, wenn der Messvorgang des elektrischen Widerstands zum Bestimmen des Schwellenwerts τ abgebrochen wird, wenn der Zählwert einen vorgegebenen Wert übersteigt. Das bedeutet, dass der Messvorgang abgebrochen wird, wenn der Ladevorgang des Kondensators 21 zum Beispiel länger als 1 ms dauert. In diesem Fall wird kein Tastendruck erkannt. Gründe für so ein langsames Aufladen des Kondensators 21 können z. B. Leckströme in der Taste 10 oder ein Knittern der Textilie sein.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde vorausgesetzt, dass sich der Kondensator 21 während des Zählvorgangs auflädt. Die Tasteneinrichtung kann jedoch auch so betrieben werden, dass der Zählvorgang ausgeführt wird, wenn der Kondensator 21 von einem vollständig geladenen Zustand aus entladen wird. In diesem Fall gibt der Spannungskomparator 22 ein H-Signal aus, wenn die Kondensatorspannung eine vorgegebene Spannung unterschreitet. Anschaulich bedeutet das, dass die Zeitspanne gemessen wird, die vergeht, bis sich der Kondensator 21 auf den vorgegebenen Spannungswert entladen hat.
Der Schwellenwert τ wird von einem Vergleicher mit einem Referenzwert τ_ref verglichen, wobei abhängig von dem Vergleichsergebnis angezeigt wird, ob die Taste gedrückt wurde.
Vorzugsweise wird das Vergleichen des Schwellenwerts τ und des Referenzwerts τ_ref von dem Mikrocontroller 50 ausgeführt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein Schwellenwert τ, der mittels einer vorgegebenen Taste, wie z. B. der Ein/Aus-Taste ermittelt wird, als Referenzwert τ_ref in einem Speicher gespeichert wird. Da der Schwellenwert τ proportional zur Größe des Widerstands der Taste 10 ist, ist auch der Referenzwert τ_ref proportional zur Größe des Tastenwiderstands. Anschaulich erklärt ist daher auch ein Zeitfenster, innerhalb dessen sich der Kondensator 21 zum Erkennen eines Tastendrucks aufgeladen haben muss, länger, wenn der Tastenwiderstand größer ist.
Ferner kann der Referenzwert τ_ref, bevor er gespeichert wird, um eine vorgegebene Zeitkonstante verlängert werden, um eine gewisse Messtoleranz beim Bestimmen des Schwellenwerts τ zu kompensieren, so dass ein sicheres Erkennen eines Tastendrucks gewährleistet ist.
Ein geeigneter Referenzwert τ_ref wird vorzugsweise bereits bei der Produktion dieser Tasteneinrichtung in dem Speicher gespeichert.
Die Tasteneinrichtung kann auch modular aufgebaut sein, wobei die genannten Bauelemente, außer die Taste 10 und der Kondensator 21, in einem einzigen Bauteil untergebracht sind.
In einer Weiterbildung der Tasteneinrichtung kann der Mikrocontroller 50 von einer Einschaltflanke der Ein/Aus- Taste "aufgeweckt" werden. Anschließend wird der Referenzwert τ_ref auf die oben genannte Weise bestimmt. Damit kann eine besonders stromsparende Schaltung realisiert werden.
Die Tasteneinrichtung kann in einer Wearable-Electronics-Tastatur angewendet werden, wobei diese Schaltung in einer Textilie eingebettet ist und mittels leitfähiger Fäden mit anderen elektronischen Komponenten dieser Textilie gekoppelt ist.
Diese Tastatur kann mehrere Tasten aufweisen, wobei eine Ein/Aus-Taste den anderen Tasten übergeordnet ist, so dass die anderen Tasten nur im eingeschalteten Zustand der Tastatur abgefragt werden.

10: Taste
10A: Ein-/Aus-Taste
10B: REW-Taste
10C: PLAY-Taste
10D: FWD-Taste
11: R(p)
12: leitfähiger Faden
20: Messvorrichtung
21: Kondensator
22: Spannungskomparator
23: Schaltelement
24: Inverters
25: Speicherelement
251: Setz-Eingang
252: Daten-Eingang
253: Takt-Eingang
254: Rücksetz-Eingang
255: invertierter Ausgang
26: Zähler
261: Zähler-Takt-Eingang
262: Zähl-Eingang
263: Zähler-Rücksetz-Eingang
264: Daten-Ausgang
27: τ
28: τ_ref
30: Speicher
40: Vergleicher
50: Mikrocontroller
501: Takt-Ausgang
502: Mikrocontroller-Daten-Eingang
503: Entlade-Ausgang
504: Interrupt-Eingang
61: Eingangs-Signal
62: DISCHARGE-Signal
63: Komparator-Signal
64: COUNT-Signal
100: Tasteneinrichtung

Claims

Tasteneinrichtung, die aufweist: eine Taste, deren elektrischer Widerstand vom Zustand der Taste abhängig ist; einen mit der Taste gekoppelten Messschaltkreis, der eingerichtet ist, den elektrischen Widerstand der Taste zu messen und eine von dem elektrischen Widerstand abhängige Kenngröße auszugeben, eine mit dem Messschaltkreis gekoppelte Speichervorrichtung, in der ein Referenzwert gespeichert ist, und die eingerichtet ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt die Kenngröße als einen neuen Referenzwert zu speichern, und ein Vergleicher, der eingerichtet ist, die Kenngröße mit dem Referenzwert zu vergleichen und entsprechend dem Vergleichsergebnis ein Tastendruck-Signal auszugeben, mit dem angezeigt wird, ob ein Tastendruck erfolgt ist.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kenngröße eine Zeitkonstante ist, die für ein Zeitglied charakteristisch ist, das den elektrischen Widerstand der Taste und einen Kondensator aufweist.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Messschaltkreis einen Spannungskomparator und einen Zähler aufweist, wobei ein Eingang des Spannungskomparators mit dem Zeitglied gekoppelt ist, so dass eine Kondensatorspannung mit einem vorgegebenen Spannungswert verglichen wird und ein Ausgang des Spannungskomparators mit einem Zähleingang des Zählers gekoppelt ist, so dass der Zähler abhängig vom Vergleichsergebnis einen Zählvorgang ausführt.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, die ein Schaltelement zum Entladen des Kondensators aufweist.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 4, der eine Steuereinheit aufweist, deren Eingang zum Aufnehmen des elektrischen Widerstands mit der Taste gekoppelt ist und die eingerichtet ist, das Schaltelement derart zu steuern, dass der Kondensator entladen wird und dass der Zähler zurückgesetzt und der Zählvorgang gestartet wird, wenn der ermittelte elektrische Widerstand ein vorgegebenes Rücksetzkriterium aufweist.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 5, die ferner eine bistabile Kippstufe aufweist, wovon ein Setz-Eingang mit dem Ausgang des Spannungskomparators gekoppelt ist, ein Ausgang mit dem Zähler gekoppelt ist und ein Takteingang mit der Steuereinheit gekoppelt ist, so dass mittels eines Signals der Steuereinheit der Zähler mit einem Zählvorgang beginnt.
Tasteneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die eine Mehrzahl von Tasten aufweist.
Tasteneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Referenzwert anhand einer vorgegebenen Taste ermittelt wird.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die vorgegebene Taste eine Ein/Aus-Taste ist.
Tasteneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die in Textilmaterialien eingebettet ist.
Tasteneinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Textilmaterialien elektrisch leitfähige Fäden aufweisen.
Verfahren zum Erkennen eines Tastendrucks bei einer Taste mit einem druckabhängigen elektrischen Widerstand, das die Schritte aufweist: Messen des elektrischen Widerstands der Taste; Bestimmen einer von dem elektrischen Widerstand abhängigen Kenngröße; Speichern der Kenngröße als einen neuen Referenzwert, wenn die Kenngröße zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt wurde; Vergleichen der Kenngröße mit dem Referenzwert, und abhängig von dem Vergleichsergebnis: Ausgeben eines Signals, das anzeigt, ob ein Tastendruck erfolgt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Kenngröße eine Zeitkonstante ist, die für ein Zeitglied charakteristisch ist, das den elektrischen Widerstand der Taste und einen Kondensator aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Bestimmens eines Vergleichswerts aufweist: Rücksetzen eines Zählers; Entladen eines Kondensators; Laden des Kondensators über den Widerstand der Taste und gleichzeitig Starten eines Zählvorgangs des Zählers; Vergleichen der momentanen Spannung des Kondensators mit einem vorgegebenen Spannungswert und abhängig von dem Vergleichsergebnis: Anhalten des Zählvorgangs und Ausgeben des Zählwerts als Vergleichswert.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Zählvorgang des Zählers angehalten wird, wenn ein vorgegebener Grenzwert erreicht wird.