移动设备线控系统、线控装置及线控方法

摘要

本发明提供一种移动设备线控系统，包括一移动设备、一线控装置和两信号线，所述线控装置包括一导电的触头、一触点装置，所述触点装置包括衬底层、触点层、绝缘中空层和触头支撑层，所述触头支撑层上设有若干方向的运动轨迹，所述触点层上对应每一运动轨迹均设有若干触点，所述触头在触头支撑层上沿任一方向的运动轨迹运动时均会触碰到对应的触点产生电脉冲信号，且沿各方向的运动轨迹产生的电脉冲信号数量均不相同，所述信号线的一端分别与所述触头及触点层对应连接，另一端与所述移动设备连接，向移动设备的处理器传输所述电脉冲信号。本发明能够以非常低的硬件和结构成本，用两根信号线传输电脉冲信号，通过移动设备的处理器实现线控的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及移动设备线控技术，尤其涉及一种移动设备线控系统、线控装置及线控方法。

背景技术

随着手机的应用越来越广泛，线控耳机在手机中的运用也越来越多，目前，要实现对便携式移动设备的复杂控制，通常都是通过专用的串行接口以及多个控制按键的方式进行控制，这种线控方式需要增加微处理器电路，使得功耗和成本提高，且需要3.5/2.5mm标准三段式或四段式耳机插口之外的4根线(I2C通讯、电源和数字地)，如果使用标准5脚或结构兼容的扩展10脚的USB接口，利用USB协议支持线控上的控制协议，就要求线控装置本身电路支持USB协议(协议栈和芯片)从而增加了成本，或者在硬件上扩展标准的USB接口增加线控线路，这样至少导致线控装置硬件上的不标准化，这也增加成本，甚至增加了移动设备线控系统的复杂度。

在当今手机处理器能力越来越强，计算能力越来越廉价，单接口资源却越来越紧俏的条件下，如何利用简单的接口环境，仅依赖手机处理器进行信号处理就实现最低成本的线控功能，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动设备线控系统、线控装置及线控方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种线控装置，包括一导电的触头和一触点装置，所述触点装置包括衬底层、触点层、绝缘中空层和触头支撑层，所述述衬底层用来承载触点层，所述触头支撑层上设有若干方向的运动轨迹，所述触点层上对应触头支撑层上每一方向的运动轨迹均设有若干触点，所述触头在触头支撑层上沿任一方向的运动轨迹运动时均会触碰到触点层上与该方向运动轨迹对应的触点，产生电脉冲信号，所述触头沿触头支撑层上各方向的运动轨迹运动后产生的电脉冲信号数量均不相同。

所述线控装置，其中，所述触点层上对应触头支撑层上各方向的运动轨迹所形成的触点数量均不相同。

所述线控装置，其中，所述触点层上对应触头支撑层上各方向的运动轨迹的触点数量所组成的数列符合指数关系Xⁿ或者Xⁿ-1，其中X取大于1的整数，n取正整数。

本发明还提供了一种移动设备线控系统，包括一移动设备和一线控装置，所述线控装置包括一导电的触头、一触点装置及两信号线，所述触点装置包括衬底层、触点层、绝缘中空层和触头支撑层，所述述衬底层用来承载触点层，所述触头支撑层上设有若干方向的运动轨迹，所述触点层上对应触头支撑层上每一方向的运动轨迹分别设有不同数量的触点，所述触头在触头支撑层上沿任一方向的运动轨迹运动时均会触碰到触点层上与该方向运动轨迹对应的触点，产生电脉冲信号，所述信号线的一端分别与所述触头及触点层对应连接，另一端与所述移动设备连接，向移动设备的处理器传输所述电脉冲信号。

所述移动设备线控系统，其中，所述信号线之一为地线，另一为数据线连接所述处理器。

所述移动设备线控系统，其中，所述触点层上对应触头支撑层上各方向的运动轨迹的触点数量所组成的数列符合指数关系。

本发明进一步提供了一种移动设备线控系统的线控方法，包括以下步骤：

A.线控装置对应触头的操作动作产生一定数量的电脉冲信号；和

B.移动设备接收上述电脉冲信号，其处理器根据接收到的电脉冲信号数量作出响应，完成与其对应的操作。

所述线控方法，其中，在所述步骤A中，对线控装置的不同操作动作分别产生不同数量的电脉冲信号。

所述线控方法，其中，所述步骤B进一步包括步骤：

B1.处理器接收到第一个电脉冲信号后启动一第一定时器，并在每接收一个电脉冲信号之后就复位所述第一定时器，其中，所述第一定时器的定时时间为两次合理操作之间的间隔时间；和

B2.处理器在第一定时器到时后对获得的电脉冲信号数量进行累加，根据接收到的电脉冲信号数量作出响应，完成与其对应的操作。

所述线控方法，其中，在所述步骤B1中，处理器在接收到第一个电脉冲信号后还启动一第二定时器，所述第二定时器的定时时间为一次合理操作的经验时间加上两次合理操作之间的间隔时间之和；在所述步骤B2中，若第一定时器在第二定时器之前到时，处理器对获得的电脉冲信号数量进行累加，根据接收到的电脉冲信号数量作出响应，完成与其对应的操作，若第一定时器在第二计时器之后到时，则处理器对获得的电脉冲信号不做处理。

上述方案通过把简单的数学规律和简单的硬件方案结合在一起，接口简单，仅依赖硬件特点和移动设备处理器的能力进行信号处理，实现最低成本的线控功能，也即，本发明能够以非常低的硬件和结构成本，仅用两根信号线传输电脉冲信号，就通过移动设备的处理器实现线控的功能。

附图说明

图1为本发明线控装置较佳实施方式中触点装置的结构示意图；

图2为本发明线控装置较佳实施方式中触头支撑层上运行轨迹的示意图；

图3为本发明线控系统较佳实施方式中处理器的状态机图；

图4为本发明线控方法较佳实施方式的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式加以详细说明。

本发明提供了一种线控装置，包括一触头和一触点装置，参考图1，所述触点装置包括衬底层12、触点层14、绝缘中空层16和触头支撑层18，所述衬底层12用来承载触点层14，起支撑作用；所述触点层14上通过印刷、铸造、焊接或刻蚀等工艺形成若干触点；所述绝缘中空层16是为了给予触头和触点阵相对运动空间而留下的绝缘腔体，可以填充绝缘物质，也可以不填充；所述触头支撑层18是起支撑触头作用的结构件，支撑触头以一定的轨迹在触点上触碰，以产生电脉冲信号。

所述触头是结构上以触头支撑层18为支撑的，可导电的，可以接触到触点，并相对触点在触头支撑层18上作相对运动的机构，其在工作状态下每次接触触点，都可以在信号线上产生一个电脉冲，所述触头支撑层18与触头的结合，可以是简单的承载，也可以是触头支撑层18作为杠杆的支撑点，而触头作为杠杆的组合结构，还可以是滑轨结构等等，甚至直接可以将触头与触点装置直接集成。

所述触点层14上的触点是按照触头的形状和其运动轨迹分布的，且在任一方向轨迹上的触点数量均不相同，以保证触头在沿多个方向运动轨迹运动后可分别获得不同数量的电脉冲信号，所述触点的排列可以是点状阵，也可以是格状或栅状阵列，只要保证触头在滑过触点阵的时候产生符合要求的电脉冲信号数量即可。由于触头在沿某一方向运动的往返过程中，可能仅扫过触点一次，也可能是两次，这是由触头的设计及运动轨迹决定的，因此，本发明所指的某一方向的电脉冲信号数量，是指从原点向任一方向往返运动一次得到的触头与触点接触次数的总合，而不区分如何接触。

参考图2，在本发明的较佳实施方式中，所述触头支撑层18上设有从一中心原点出发的四向运动轨迹，所述触头可以在触头支撑层18上从中心原点沿上、下、左和右四个方向的轨迹做相对运动，作为其它实施方式，所述触头支撑层18也可仅设两向或三向运动轨迹，当然也可以设有更多方向的运动轨迹。

所述触头在每一方向轨迹上运动后和触点阵的接触计数满足以下条件：每一方向的计数总数均符合指数关系，即各方向的计数数量分别是符合指数关系Xⁿ或者Xⁿ-1中的一组数中，各不相同的某几个，其中X是大于1的整数，n是大于0的整数。例如，如果符合Xⁿ关系，触头和触点接触的计数取X等于2，对于四个方向来说，触头沿四个方向的轨迹做相对运动后获得的电脉冲信号数量分别为2(2¹)、4(2²)、8(2³)和16(2⁴)，当然，n可以不是连续的，也可以是2(2¹)、4(2²)、16(2⁴)和32(2⁵)等数的组合，如果是符合Xⁿ-1关系，则可以取1(2¹-1)、3(2²-1)、7(2³-1)和31(2⁵-1)等。

指数关系Xⁿ或Xⁿ-1的数字序列是自然界非常普通的序列，该序列具有一个非常特性，不论这个序列是选自连续的几个数字，还是有间隔的几个：较小的一个数字即使重复两次(甚至更多次)，也不会大于较大的一个的数值(2ⁿ序列只会等于)，较小的几个数字累加在一起，也不会大于任何一个更大的数字的数值。这样的属性在本发明设计的硬件上，就在简单廉价的同时具有了一定的容错能力，在纠错率方面，满足Xⁿ-1关系的方案比Xⁿ的要好，X较大的方案比较小的好。

在本发明提供的移动设备线控系统中，所述触头和触点层分别通过一根信号线连接一移动设备，所述信号线之一为地线，另一与移动设备的处理器的I/O端口连接，其中，触点层上所有触点均属于同一电气性质和电位性质，也即从电路的逻辑上它们要么是等同于相互连通的等电位，要么都是绝缘的，从而使触头扫过任何触点时在电路上产生的“逻辑事件”，也即最终在移动设备处理器的输入端，所得到的“逻辑事件”是相同的。例如，当触点层接地线时，触头每次接触触点，都可以将触头所连接的移动设备的处理器的I/O端口拉高到高电平(触点为绝缘体)，或拉低到低电平(触点为导体)；当触头接地线时，触头每次接触触点，都把触点层所连接的移动设备的处理器的I/O端口拉高到高电平(触点为绝缘体)，或拉低到低电平(触点为导体)。这样，线控装置的触头沿任一方向的轨迹运动后，均会向移动设备的处理器发送一定数量的电脉冲信号，而上述电脉冲信号会在处理器上触发一个事件，一般来说外设触发的事件在处理器的内部都作为中断处理，且多数嵌入式系统中还作为高优先级中断而优先处理，因此触头的运动在移动设备中最终反应为系统中断，通过移动设备的处理器对这些有规律的中断进行处理即可完成线控装置对移动设备的操作。

参考图3，是移动设备的处理器对中断处理的状态机图：S1状态，即起始状态，当中断到达处理器时，处理器开启两个定时器A和B并进入下一状态；S2状态，等待更多中断，处理器每次接收到中断都同时开启一个新的定时器A(或是对定时器A进行复位)，在定时器B到时后进入下一状态；S3状态，等待定时器A到时，若定时器A已经到时则返回起始状态，若定时器A到时前又收到新的中断则进入下一状态；S4状态，等待更多异常中断，取消前一个未到时的定时器A并开启一个新的定时器A(或是对定时器A进行复位)，此时收到的中断是异常中断，当最后一个定时器A到时后返回起始状态。

参考图4，是本发明线控方法的流程图，包括以下步骤：步骤S11、线控装置对应用户的操作动作产生系统中断；步骤S12、处理器收到第一个中断时开启两个定时器A和B；步骤S13、处理器继续接收中断，每次接收到中断都对定时器A进行复位；步骤S14、等待定时器A到时；步骤S15、判断定时器B是否到时；步骤S16、若定时器B未到时则进行正常操作处理；步骤S17、若定时器B已经到时则进行异常操作处理。

上述定时器A是静默定时器，其计时时间即静默时段是正常情况下操作者进行两次合理操作之间的间隔时间，例如触头被拨动后自动返回初始位置的时间，定时器B是一个合理操作定时器，其计时时间即合理操作时段是正常情况下操作者进行一次单一操作的经验时间加上一个静默定时器的总时间，定时器A和B的时长可根据硬件和结构件的具体情况而定，处理器直到计时器A计时结束，即在静默时段内没有新中断到来时，才对总的中断累加产生的数据进行处理，来判断在过去的时间里操作者做了什么，在线控装置上的哪个方向作了操作，继而告知移动设备应该做出什么反应，其中，在定时器A到时后定时器B未到时，则为正常操作，在定时器A已经到时前定时器B已到时，则为异常操作。

因为存在操作者急速多次重复拨动触头到某个方向，造成处理器端计数产生不正常累加的情况，这样系统会在合理操作时段外开始新的静默时段，导致该次合理操作时段中本该有效的静默时段作废，直到操作者停手后静默时段到时，这种情况下定时器B到时而A未到时，就可以判断出操作者有异常操作，从而做出进一步的处理。

在出现异常操作后，如果操作者是在不停多次操作触点数最多的方向，因为触点数最多，只要计算中断的总数是多少，仍能判断操作者究竟进行了多少次该方向的操作，也即可以对操作者想法做出正确的判断；如果操作者反复触发的是触点数较少的方向，则因为累加过程中产生的结果具有模糊性，很难做出准确判断，就不得不放弃对操作者行为的反应，这时还可以提示操作者重新操作。而对于操作者来说，因为是自己的反常的操作，没有得到设备的正常反应，也在情理之中。

综上所述，如果处理器得到了不符合设计规律的计数总值，除了正好符合最大值整数倍的情况，都可以作抛弃处理；对于符合最大值数整数倍的情况，可以作正常的单次触发处理，也可以作为多次触发来处理，也即按照最大值对应的事项被操作者触发多次来处理。

如果在有效操作的基础上即定时器A先到时后，得到了不符合规律的中断总数，也即得到的数量超过了设计中应该有的计数，但是又处在某两个设计存在的触点数之间，那么这种情况下，可以视作机械原因导致的个别触点的失效，而把该次操作作为较大触点数对应的操作者操作来处理，因为本发明因为故障产生多余计数的可能性极小。

此外，在完成触头和触点阵相对运动的结构件的设计后，对处理器来说，还可以通过增加一些容错机制来识别或减少使用者误操作，及其在计数总值上留下的计数错误。例如：如果通过容错机制能判断操作者执行了一次或多次重复操作，并且过了一段合理时间(时长通过分析硬件和结构件特性情况而定)，就可以把计数总值作清零处理；如果已经做出一次误操作的判断，这样逻辑上来说该“误操作”之后立刻跟着到来的一些中断也被作为误操作遗留行为，形成另一次“误操作”判断，但是在经过一段合理时间后，如果结构件的设计是有类似“触头在弹性装置下自动复位”的功能，就可以认为触头已经过复位，之后的中断计数不必做特殊处理而当作有效数据进行处理。

以上涉及的是最基本的纠错和容错的实现原理，因为本发明的基本机制一部分是基于机械和硬件的，随着其使用时间增加，硬件和机械的精度难免会随着磨损而变得有所欠缺。

对于指数数字序列在应用中的功能映射，也即线控装置上每一个方向上操作所对应的中断数量与具体对应控制功能的映射，本发明不做限定。总的来说，实际应用中容易被重复触发的方向，其对应的中断数量，要么选用序列里最大的那些数字以便可以较准确的判断误触发的程度；要么选择最小的数字，使其多次触发并累加也不易达到会造成误判的那个最大值数值，从而增加容错能力，当然最好的方法是在硬件设计时通过实验测定最佳数字分配。

本发明的基本原理在于前文所述的利用数字序列特性的由触点阵和触头组成的硬件方案，以及对应的处理器处理和判断的相关逻辑。其中，处理器处理和判断相关逻辑可以实现在使用线控的设备的处理器上，也可以实现在某些更接近触点阵的数字累加器、选通电路等辅助电路，或其它专用电路里，而触点阵和触头部分甚至可以集成实现成独立的电子器件。

如果想利用本发明的硬件结构优势，但是又需要更精确的控制效果，还可以为信号处理部分，也即本文中所描述的处理器部分的前端，搭配类似逻辑计数器电路对来自触点阵的电脉冲进行预处理，增加更多纠错和容错算法。

本发明通过最廉价的电路制作工艺，包括PCB的铜线铺线工艺，电路的刻蚀，甚至导电材料的简单印刷，在衬底层铺上符合一定指数规律的数量的触点，达到事实上为使用者的操作进行“编码”效果，并利用指数规律，使该编码效果具有一定的容错和抗干扰能力，仅依赖硬件特点和手机基带或应用处理器的能力进行信号处理，实现最低成本的线控功能。也即，本发明能够以非常低的硬件和结构成本，且仅需要地线之外的一根信号线，就实现负杂线控的功能。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。