10,2

4,3,

Серия VX

Серия XL

29,1

Рис. 6.3. Внешний вид и габариты бесконтактных переключателей серий XL и VX, выпускаемых фирмой

Honeywell

. Таблица 6.L Сравнительные характеристики механических и бесконтактных переключателей

Основные параметры и характеристики магнитоэлектронных бесконтактных переключателей, вьшускаемых фирмой Honeywell, приводятся в главе 20 тома 2.

6.2. Бесконтактные клавишные модули

Ввод информации с помощью клавиатурных пультов является наиболее распространенным способом общения человека с техникой, который характеризуется простотой процесса ввода данных, привычностью в обращении и несложностью технических средств реализации.

Опыт эксплуатации вычислительной техники показал, что достоверность ручного ввода данных с помощью клавишных устройств в 10-50 раз ниже достоверности обработки информации остальными узлами ВТ [29]. В связи с этим очевидна необходимость создания таких клавишных устройств, которые по своим техническим показателям исключали бы возможность добавления, пропуска или искажения вводимой информации при преобразовании ее в исполнительный сигнал.

Кроме того, клавишные устройства должны отвечать современным эргономическим требованиям, способствовать безошибочной работе оператора, повышать производительность его труда, обладать повьппенным сроком службы, быть простыми по конструкции и технологичными в изготовлении. Клавишные устройства должны давать возможность непосредственного сочленения с быстродействующими электронными элементами управляемых цепей.

В некоторых случаях к ним предъявляются специальные требования по взрывобезопасности, пьше- и влагонепроницаемости, сохранению работоспособности в агрессивных и радиоактивных средах, в условиях повьппенной вибрации и ударных нагрузок. Важным требованием является соблюдение высокой степени унификации клавишных устройств для осуществления быстрого и легкого построения различных вариантов клавиатур, пультов управления и др. До последнего времени бьши наиболее распространены пульты для ручного ввода информации, снабженные механическими контактами.

Клавипш с механическими контактами наряду с такими преимуществами, как малое переходное сопротивление контактов, возможность одновременного коммутирования нескольких относительно мощных цепей, дещевизна и др., имеют существенные недостатки, которые не позволяют использовать их для многих устройств современной техники. К таким недостаткам относятся: наличие искрообразования, явление дребезга и залипания контактов, обгорание и эрозия контактов, необходимость частых профилактических осмотров, невысокое быстродействие, влияние окружающей среды (влажности, запыленности и т.д.) на состояние контактных поверхностей, чувствительность к вибрации и ударам.

На рис. 6.4 показана осциллограмма тока, проходящего через механические контакты при их замыкании. При непосредственном электрическом сопряжении такой клавший с электронными схемами неизбежно будут возникать сбои и ошибки ввода информации. Кроме того, при сопряжении клавиш на механических контактах с электронными устройствами нарушается общий принцип совместимости.

Ток

Рис. 6.4. Типичная осциллограмма тока, проходящего через механические контакты при их замыкании

Отклю- чено,

Процесс включения (дребезг)

Включено

Совершенствовапие устройств с механическими контактами привело к созданию герметизированных контактов (герконов), однако и они не обладают требуемой надежностью ввода информации и долговечностью. Обьясняегся это процессами, возникающими при замыкании и размыкании контактной пары и вызывающими дребезг, залипание контактов, изменение переходных сопротивлений, механическое старение материалов.

Для ликвидации указанных недостатков предлагалось много вариантов конструкций клавиш, в которых коммутация управляемых цепей осуществлялась бесконтактным способом. Были предложены фотоэлектронные, емкостные, магнитные, индукционные и другие принципы бесконтактного управления параметрами электронных цепей. Однако использование каждого из этих принципов, давая определенные преимущества, не привело к оптимальному решению задачи [29].

Проблема создания эффективных бесконтактных клавиш ввода информации успешно решается при использовании современных микроэлектронных преобразователей магнитного поля. У клавиш с использованием ПМП по сравнению с клавишами аналогичного назначения, но построенными на основе других принципов, есть ряд преимуществ:

длительный срок службы;

устойчивость к вибрациям и ударам;

непосредственная совместимость с электронными схемами;

способность надежно работать в агрессивных и взрьшоопасных средах;

отсутствие необходимости эксплуатационных регулировок и квалифицированного обслуживания;

возможность сопряжения со стандартными логическими схемами (в том числе и для осуществления функции логических элементов).

Переключатели клавишного типа относятся к нажимным устройствам и предназначены для коммутации электрических цепей с помощью ручного привода.

Клавишные переключатели характеризуются следуюпщми параметрами:

усилием или моментом переключения;

числом положений фиксации;

способом фиксации;

длиной рабочего хода;

максимальньпй количеством переключений до полного отказа.

Одним из важных эксплуатационных показателей является скорость их работы, выражаемая максимальным числом нажатий в секунду. По этому параметру О. К. Хомерики [29] предлагает разделить все кнопки на три грунны:

устройства высокого быстродействия (до десяти нажатий в секунду). К ним относятся клавиатуры пишущих мапшнок, электронных клавипншх вычислительных маппш и т.н.;

устройства среднего быстродействия (до пяти нажатий в секунду). К ним относят клавиатуры пультов управления информационно-измерительной и вычислительной техники, систем управления, кассовых аннаратов и т.н.;

устройства малого быстродействия (менее одного нажатия в секунду). Это, например, клавипш для управления радиоэлектронной аннаратурой - магнитофонами, телевизорами и др., - характеризуемые одноразовым воздействием в течение относительно длительного промежутка времени.

Проектирование бесконтактных клавишных переключателей с учетом всех предъявляемых к ним требований представляет собой сложную задачу и пшроко обсуждается в специальной литературе [24, 29].

Бесконтактные клавишные переключатели, как правило, вьшолняются в виде достаточно унифицированных магнитоэлектронных устройств, которые получили название бесконтактных клавишных модулей (БКМ). Из таких модулей формируются блоки клавиатур и другие аналогичные устройства. Наиболее перспективньп*а1 бесконтактными клавишными устройствами считаются клавишные модули, вьшолненные с применением современных микроэлектронных преобразователей магнитного поля. Ниже рассмотрены некоторые конструкции таких модулей.

Клавишные модули, реализованные с применением магниторезисторов

На рис. 6.5 схематически приведена конструкция бесконтактного клавишного модуля с пружинным возвратом подвижной части в исходное состояние [27, 68].

Рис. 6.5. Конструкция клавишного модуля с пружинным возвратом подвижной части в исходное состояние: 1 -подвижный постоянный магнит; 2, 3 -магниторезисторы; 4 - пружина; 5 - корпус модуля; 6 -электронная схема; 7 - головка клавишного модуля

Принцип действия клавишного модуля сводится к следуюп1;ему. При нажатии на головку клавишного модуля 7 перемеп1;ается встроенный в нее постоянный магнит 1, что вызьшает изменение напряженности магнитного поля и, как следствие, изменение сопротивления магниторезисторов 2 и 3. Пружина 4 служит для возврата кнопки в исходное положение. Магниторезистор 2 выполняет функции замыкаюп1;его контакта, а магниторезистор 3 - размьпсаюп1;его.

В зависимости от конструкции кнопки изменение сопротивления магниторезисторов управляет либо непосредственно вторичной цепью, либо встроенной в корпус электронной схемой 6, обеспечиваюп1;ей переключение в цепи нагрузки.

Магнит модуля вьшолнен из сплава альнико. Для уменьшения магнитного сопротивления между полюсами магнита 1 и для экранирования магниторезисторов от воздействия внешних магнитных полей корпус модуля 5 вьшолнен из магнитомягкого железа. В кнопках используются отечественные магниторезисторы типа СМ4-1 с номинальньпй сопротивлением 40 Ом при допустимом отклонении ±20%..

Сопротивление магниторезисторов при нажатии на головку модуля изменяется не менее чем в 5 раз.

Зависимости сопротивления магниторезисторов, вьшолняюпщх функции замьпсающего и размьпсающего контактов, от перемещения S подвижного магнита для модуля рассматриваемой конструкции приведены на рис. 6.6.а,б[11].

Изменение температуры оказьшает определенное влияние на параметры магниторезисторов: с увеличением температуры относительное изменение их сопротивления в магнитном поле уменьшается (рис. 6.6.6).