本发明涉及用于工业自动化和运动控制设备的可配置输入装置， 具体地说，涉及用于工业环境的操作面板。操作面板用作人机界面， 一般可在工业自动化设备上见到，用以控制机器的功能。

小型廉价的采取固定按钮配置的工业操作面板当前可以在市场 上购得，它们使用薄膜箔按钮或短冲程按键。这两种固定按钮输入 技术都利用外加力使组件弯曲或弹性变形，以便在两个电极之间产 生电连接。这些技术成本低廉、结实、恶劣的环境中仍能回弹，并 向用户提供触感和音频反馈。这些薄膜按钮一般是低压通/断开关， 按键一般用作即插即用开关。

对于工业面板用途，薄膜按钮和单个短冲程按键与工业面板用 的更高级的输入装置类型相比成本较低，但它们也有明显的缺点。 例如，薄膜按钮每块60个薄膜按钮的板可能约值$7，而按键可能约 值每个按键$2。对于典型的工业面板，短冲程按键比薄膜按钮昂贵。 对于较高级的操作面板，随着需要的键数增加，短冲程按键的成本 可能变得不合理。另一方面。薄膜按钮还有其他缺点。例如，重复 使用之后，薄膜按钮容易磨损，使得重复按动后凸出的金属箔失去 回弹能力，致使按钮失效。另外，薄膜按钮在低压的情况下，并不 总是工作良好的(例如，按钮可能无意中停留在按下状态)。

但是，这些类型的技术有一个主要限制：利用这些技术的操作 面板不容易地由最终用户将其用户化，用户可能需要频繁地改变操 作面板的特征和能力。就是说，当前还没有一种方法，可以容易地 添加/除去按钮、改变按钮的位置、改变按钮的尺寸或形状、改变激 活按钮所需的力或加上专用图形。目前，希望对操作面板进行用户 化的最终用户有两种解决方案。第一种解决方案要求最终用户重新 设计和重新加工、生产上述面板。对于薄膜按钮薄板，再加工费用 目前约为$25,000或更多。与再加工的的费用和工作量相比，比较容 易实现和成本较低的第二解决方案是利用触摸屏。

对于要求独特的按钮配置或几种要求定期改变的配置，昂贵的 触摸屏是目前唯一可行的选择。不幸的是，触摸屏只是在高成本而 缺乏耐久性和健壮性的情况下才提供灵活性。工业触摸屏是全图像 的，对触摸敏感的LED显示器，它便于操作员在同一屏上进行控制 和过程监视。触摸屏不使用物理按键，而是使用显示在屏幕上的虚 拟按钮。触摸屏检测虚拟屏幕上一个位置上的压力。由于按钮和控 制都是用软件建立的，所以虚拟按钮的位置、形状和功能都可以根 据需要经常编程改变。虚拟按钮的配置存储在处于触摸屏外壳内或 者通过电缆连接到触摸屏的计算机(PC或PLC)中。计算机必须包括电 子线路和特定的视频驱动器来在LED上适当地显示虚拟按钮。但是， 与其他输入装置相比，触摸屏显得脆弱，可能难以承受工业自动化 中出现的恶劣的处理和环境。例如，触摸屏不能很好地吸收强烈的 冲击，或者集中的负荷，例如用螺丝刀尖对虚拟按钮进行触摸会严 重损坏传感器或严重地刮去触摸屏的外表面。触摸屏还可能无法承 受超过某种压力等级的输入。某些环境的腐蚀性不允许计算机及其 触摸屏长时间忍受，以证实它们的初期费用和一旦对其进行更换的 成本。

与现货供应的薄膜按钮和按键相比，触摸屏是昂贵的。若设置 在恶劣环境中的操作面板需要经常重新配置，则尽管它在物理上的 易损性，触摸屏仍旧是唯一的选择。

目前还存在其他不带易损性显示器的可配置输入装置，但是它 们不用在工业自动化中，而是准备用于家庭或办公室计算机输入。 典型的输入装置的两个示例包括可编程键盘和数字化图形输入板。

可编程键盘一般是标准按键计算机键盘，它包括额外的按键。 按键的设计类似于在工业面板上看到的短冲程按键(但耐久性比它差 得多)。一般说来，这些键盘具有把多个按键编程为对应于一系列标 准ASCII符号的能力。键信息可以存储在键盘内的非易失存储器中和 在计算机存储器内。密封和耐久性的限制是这些类型的键盘用于工 业环境的主要障碍。另外，这些键盘与短冲程按键面板和薄膜按钮 面板有着相同的问题：键的位置固定、无法改变尺寸，具有预定的 恒定的激活力，而且无法容易地接受用户图形。

采用专门的计算机辅助设计(CAD)软件时，某些数字化图形输入 板允许用户把图形输入板区域定义为虚拟按钮。例如，GTCO CalComp 公司连同软件一起销售的CadPRO可以与AutoCAD 2000(AutoDesk公 司)配合使用。在个人计算机中配置和存储虚拟按钮信息。几种装置 为用户提供一种套子，用以放置印制的虚拟按钮布局的拷贝。当用 户把指向装置放在数字化图形输入板对应于虚拟按钮的区域上并按 下特定的按钮(或指向装置或计算机键盘)时，CAD软件接受指令完成 虚拟按钮的功能。所有数字化图形输入板都要求个人计算机进行操 作，需要与诸如专门的光笔等专门的指向装置配合使用，并非针对 设计在恶劣的环境中使用的。另外，这些CAD数字化图形输入板可 能价格昂贵，一般用于办公室中的工程设计用途，而不是在环境条 件恶劣的工业装置中使用的。

因此，有必要提供一种替代的操作面板类型，它是可配置的、 耐久的、成本不高的操作面板，它能够在高级的工业自动化和运动 控制环境中使用。正如在上面看到的，当前的选择介乎低成本、不 可用户化的工业操作面板和昂贵的高端触摸屏之间。

发明概要

本发明提供一种易于制造、自含的操作面板，它成本不高、易 于并可以完全用户化，并且具有足以用于工业自动化或其他动态控 制的恶劣环境的耐用性。

按照特定的实施例，本发明提供一种具有可配置输入按钮的控 制面板装置。所述装置包括：触感传感器；多个可由用户程重新配 置的输入按钮；和连接到触感传感器的电子线路，用以测量对输入 按钮的触摸位置和触摸压力级或压力的存在，并用来存储多个功能。 多个输入按钮的表示设置在触感传感器上面。多个功能中的每一个 都与多个输入按钮中相应的一个相联系。对多个输入按钮中一个的 触摸引起电子线路对触摸位置和触摸压力级的测量，而触摸引起与 触摸位置和触摸压力级相关的多个功能中的一个的出现。

按照另一个特定的实施例，本发明提供一种对具有泡沫触感传 感器的操作控制装置进行配置的方法。所述方法包括以下步骤：定 义输入按钮和对应于触感传感器一部分的输入按钮的位置；定义输 入按钮的第一功能。第一功能与以下因素相关联：对触感传感器的 触摸的存在；触感传感器的第一定义触摸压力级；以及对触感传感 器的触摸位置。所述方法还包括定义输入按钮第二功能的步骤。第 二功能与以下因素相关联：对触感传感器的触摸的存在；触感传感 器的第二定义触摸压力级；以及对触感传感器的触摸位置。

按照另一个实施例，本发明提供一种用于控制工业或恶劣环境 中的装置的系统。所述系统包括操作控制面板和连接到控制面板的 外部装置。操作控制面板包括泡沫触感传感器、泡沫触感传感器上 输入按钮的表示和电子线路。所述电子线路能够根据对泡沫触感传 感器上输入按钮的表示的触摸测量压力级和位置、处理所述压力级 和位置以及输出产生与所述压力级和位置相关联的功能的信号。所 述外部装置接收所述信号并执行所述功能。

结合以下的详细描述和附图，这些实施例和其他实施例更易于 理解。

附图简要说明

图1a举例说明按照本发明的具体实施例的其触感传感器具有两 层导电弹性体的可配置操作面板的剖视图；

图1b举例说明图1a的操作面板的正交分解视图；

图2a举例说明按照本发明另一个具体的实施例的其触感传感器 具有一层导电弹性体的可配置操作面板的剖视图；

图2b举例说明类似于图2a具体实施例的操作面板的正交分解 视图；

图3举例说明按照本发明一个具体实施例的具有带可拆卸顶盖 的外壳的操作面板的正交分解视图；

图4举例说明按照本发明另一个具体实施例的具有外壳并插入 了滑动门的操作面板的正交视图；

图5举例说明按照本发明另一个具体实施例的具有连接到操作 面板电子线路外部盒子的外壳的操作面板的正交视图；

图6举例说明按照本发明一个具体实施例的操作面板的微处理 器软件一般操作的流程图；

图7提供按照具体实施例的初始化过程301的更详细的流程图；

图8是按照具体实施例的测量过程302的更详细的流程图；

图9是流程图，举例说明按照本发明具体实施例利用测量数据 控制压敏三态按钮的状态，其中，所述按钮具有非激活状态PA和两 个附加状态PB和PC；

图10是总流程图，举例说明按照本发明另一个具体实施例利用 软件工具设计和配置操作面板按钮的过程；

图11是示意图，表示按照本发明具体实施例的，操作面板的触 感传感器上向PLC(可编程控制器)发送信号的”接通”按钮的示例；

图12是示意图，表示按照本发明具体实施例的，操作面板的触 感传感器上向连接到所述操作面板的电动机控制电路发送控制信号 的压敏”重复”按钮的示例；

图13a表示按照本发明具体实施例的Panel Editor(面板编辑器) 工具的图形用户接口的示例；

图13b表示图13a的具体实施例的利用Panel Editor工具配置 的操作面板按钮的图形背景表示的示例；

图13c表示按照图13a和图13b的具体实施例的，与用户利用 Panel Editor工具配置的操作面板按钮的图形背景表示对应的操作 面板触感传感器的按钮区域的示例；以及

图14表示按照具体实施例的图13a的Panel Editor工具，其 中，当前正在选择各按钮之一并且其相应的性能表窗口已打开，使 得用户能够设置所选择的按钮的参数。

具体实施例的详细描述

这里公开了使用带有导电弹性体的触感传感器和适当的电子线 路的可配置操作面板。所述装置依靠健壮而成本不高的触感传感器， 后者检测触摸位置(并可以检测触摸压力，也可以不检测)。可以容 易地与电子线路一起配置物理接口，所述电子线路根据触摸位置和 压力执行所需的功能。可配置操作面板设计成与大部分工业自动化 设备通信，包括(但不限于)电动机控制设备、可编程逻辑控制器 (PLC)、个人计算机，并可以控制需要外部模拟或数字输入的其他类 型的机械。

本发明的输入装置包括：触感弹性体传感器，用于由用户进行 触摸输入；电子线路，用于传感器测量、用以存储虚拟按钮的配置 并且用于通信；和软件，用以控制所述电子线路并且用于配置输入 装置的虚拟按钮。触感传感器提供耐久而成本不高的触摸表面，除 触摸位置外它还可以测量压力。输入装置用软件配置(并可以根据需 要经常重新配置)，所述软件运行在个人计算机(PC)或其他计数器装 置上。正如所配置的，可以通过用作输入装置的虚拟按钮的背景或 模板的任何设计或图像来提供输入装置的按钮和它们各自的功能。 可以打印虚拟按钮的设计(或图像)并将其插入触感传感器，以便向 用户指示触感传感器表面上虚拟按钮的位置。采用本发明，利用PC 上的软件首先配置虚拟按钮的尺寸、布置、类型和功能，然后将其 传输到输入装置内的电子线路。因此，输入装置不必为操作而与PC 或PLC保持连接。一旦配置(或重新配置)完毕，输入装置的模拟和数 字输出便连接到工业自动化和运动控制设备，而输入装置可以用来 根据用户的需要控制所述设备。

为本公开起见，弹性体定义为可以从其初始尺寸弹性变形10％或 10％以上的材料。弹性体一般包括含有热塑性和/或热固性塑料的混合 聚合物。示例包括(但不限于)聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、尼 龙、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、天然橡胶和顺式聚异戊间二烯。导 电弹性体定义为具有或可使之具有导电性(每厘米500Ω或500Ω以下) 的弹性体。随着外加力而改变其电阻至每厘米500Ω或500Ω以下的 弹性体(称为压电阻式)也可以认为是导电弹性体。导电弹性体可以 是通过在其形成过程中把导电颗粒(诸如碳、银、镍、金等)添加到 弹性体内而固有的导电性的。或者用导电液体或粉末涂覆蜂窝状结 构非导电弹性体，可以产生导电弹性体，这些材料通常是导电的开 孔泡沫体。于是，本专利用的术语”弹性体”在下文中专指导电弹性体。

导电泡沫现在是通过给聚合物掺杂碳和其他导电杂质由(化学上 或在环境上)惰性较大的材料，诸如聚乙烯和聚丙烯制成。固有导电 泡沫的一个示例是Zotefoams公司生产的Evazote。在这种泡沫中， 聚乙烯是通过在形成过程中向聚合物添加碳而变为导电性的。这些 材料比传统的弹性体难弯曲。测量电极和泡沫弹性体之间的电阻， 即可求出触感传感器上的触摸压力和位置。

在推荐的操作面板实施例中，利用导电泡沫弹性体的优点在于， 可以获得触摸压力和位置两者的测量结果。在用户可以不需要或不 想要测量和利用触摸压力的能力的某些情况下，触感传感器可以采 取不同的形式，而不是泡沫弹性体。一个示例是利用包括在大多数 触摸屏中的触摸传感器。主要组件是两片一面有导电涂层的聚合物 板(一般是高密度聚乙烯或聚酯)。两个聚合物板的具有导电的侧面 彼此相对并且隔开一条小缝隙；小的非导电脊、肋模(edge forces) 或弹性构件实施所述约束。在一组电极之间施加小的电压差。触摸 屏幕时，两块板接触，利用第二组电极测量位置。要使触摸屏正常 工作，不让外来杂质或液体可以进入导电板之间的间隙，密封是非 常重要的。正如上面讨论的，这些触摸屏面板与薄膜按钮或按键相 比是相对脆弱的，因为它们一般限制在非退火玻璃薄片之间(系统的 弱点)，这些传感器不能很好吸收冲击。另外，这些传感器无法检测 多个触摸。

因此，利用导电泡沫弹性体的触感传感器，由于耐久性、低成 本、耐冲击、即使在恶劣的环境中也是性能良好。这些泡沫弹性体 也易于加工，进一步降低成本。正如下面将要讨论的，在本发明一 个推荐的实施例中用的触感传感器具有单层或多层导电弹性体10。

参见图1a，其中示出按照本发明一个具体的实施例的可配置操 作面板的硬件。图1b表示图1a的可配置操作面板的分解正交视图(横 截面)。为了简化起见，图1b没有示出面板外壳。操作面板包括： 触感传感器(包括两层泡沫弹性体10和电极11，电极11设置在每个 弹性体层的平行边上，在X-Y布局中一个弹性体层上的电极设置成 垂直于另一个弹性体上的电极)；虚拟按钮的印制品15；连接到电极 11的导体23；带有测量电子线路25的印刷电路板24、其上的微控 制器26和通信电路27；面板外壳30；保护外表面31；基底32以及 基底上的用于输入/输出连接的通孔33。选择所有这些硬件组件，以 便实现低成本、耐用并且在很宽的工作条件范围内良好工作。

图2a表示按照本发明另一个具体实施例的可配置操作面板硬件 的横截面视图。所述操作面板包括：触感传感器(包括一层泡沫弹性 体10和电极11，电极11设置在弹性体层一侧的平行边上)；虚拟按 钮的印制品15；连接到电极11的导体23；带有测量电子线路25的 印刷电路板24，该印刷电路板上的微控制器26和通信电路27；面板 外壳30；保护外表面31；基底32；触摸传感器印刷电路板42，其上 的电极梳43，电极梳43垂直于电极11；以及输入/输出连接器(未示 出)。在这个触感传感器中，至少一个电极11刚性或牢固地附在弹 性体层10上，带有不随时间明显波动的最小的可能接触电阻。

按照另一个具体的实施例，图2b表示类似于图2a的可配置操 作面板硬件的正交分解视图。为简单起见，图2b未示出面板外壳。 所述操作面板包括：触感传感器(包括泡沫弹性体层10和电极11， 电极11设置在弹性体层一侧平行边上)；虚拟按钮的印制品15；连 接到电极11的导体23；带有测量电子线路25的印刷电路板28，印 刷电路板28上的微处理器26、通信电路27、电极梳61和电阻62； 保护外表面31；以及输入/输出连接器(未示出)。在这种触感传感器 中，至少一个电极11刚性或牢固地附在弹性体层10上，带有不随时 间明显波动的最小的可能接触电阻。

按照几个不同的具体的实施例，触感传感器可以是任何一种二 维表面，包括(但不限于)平的矩形段、圆环一部分或一段圆柱体。 为简单起见，图中示出矩形触感传感器。对形状只有一个限制：传 感器的形状必须允许电极附在导电弹性体的每一层上，使得电极可 以在整个弹性体的表面上产生独有的电压线。

与其他触摸式传感器不同，弹性体传感器不要求图1两层弹性 体10层之间(或图2中弹性体10和电极梳61之间)存在间隙。图1 弹性体层10之间的接触电阻随着所外加压力而变化，并用来测量位 置和所施加压力的量值。在共同拥有的未决美国专利申请 09/504,207(律师行档案号99P5844US01)中描述了作为本发明的触感 传感器工作得很好的触感传感器的一个示例。

按照一个具体的实施例，操作面板外壳30由聚合物或金属形成。 外壳的一个示例实施例，诸如在图3看到的，具有两片通过注入成 型形成的聚合物片。面板外壳顶盖101设计成可以利用一个或多个 垫圈103对保护外表面31和面板外壳底部进行密封。底部102中的 凹槽或导轨便于把虚拟按钮的印制品15容易地装配在触感传感器上 面。通过面板顶盖101孔拧入面板底部102中的螺纹的螺栓105提供 密封所需的压力。也可以采用其他夹紧方法，包括(但不限于)弹簧 加载夹紧、栓锁和带有锁定形状突出物的柔性薄膜。对于其他实施 例，密封路径设计为水密、耐化学和对高电压和热提供防护。选择 外壳材料、设计和制造工艺，以便降低成本并产生坚韧的外壳。

面板外壳30的设计包括把虚拟按钮的印制图像15容易而重复 地放置在顶部保护层31和导电弹性体10之间的所需的组件。顶部保 护层31选为耐化学并能明显挠曲的透明材料；一个示例是经过化学 蚀刻而具有防眩薄膜的聚酯薄片。

在图3所示的示例性实施例中，打开外壳顶盖101需要拧掉4 个螺栓105，来更换虚拟按钮的印制品15。一旦拧掉螺栓，面板外壳 顶盖101和保护顶部表面层31可以临时从面板外壳底部102取出。 面板外壳底部102设计成包含至少一角104可以用来使虚拟按钮的印 制品15与导电弹性体板10正确对齐。

图4举例说明单片面板外壳体110另一个示例性实施例。在所 述实施例中，操作面板最初由两片或多片制成，用缝112结合在一 起。例如，聚乙烯段可以用热或超声波焊在一起，或把两片聚氯乙 烯用甲基-乙基-酮焊接在一起。槽111用来插入或移走虚拟按钮的印 制品15(图中未示出)。所述槽111可以存在于最初的面板外壳元件 之一中，或者可以用机械加工在面板外壳110中。槽盖115可以用来 密封槽111，所述槽盖115设计成可以锁入面板外壳110，并在插入 虚拟按钮的印制品15之后加以密封。槽盖115可以用与面板外壳110 相同的材料制成，并用弱粘结剂或密封剂固定就位并密封面板。

正如图5举例说明的，电子线路可以放在外壳内部或者设置在 外部一个单独的盒子130内。若用单独的盒子130，则盒子设计(从 触感传感器120到盒子130的接线125)必须选择成和面板外壳121(上 述)同样结实耐用。

操作面板的电子线路包括一个或多个集成电路(IC)，用于进行 测量、通信并且用于存储和利用虚拟按钮信息。在大部分实施例中， 利用较少电阻组件时，IC总成本和制造成本较低。当要求的测量分 辨率相对较低(详见下文)而通信协议又是标准的时，则有时会发现 测量电子线路、微控制器和通信电子线路就在一片集成电路上。可 以用来减少所需IC数量(因而降低成本)的一个IC实例是MicroChip Technology Inc制造的PIC族微控制器。其他熟识电子线路设计的 人员会知道低价提供所需功能的其他集成电路族。

测量电子线路25采用模数转换器(A/D)把来自电极11的高电平 电压变化(大于20mV)转换为可以由其他电子线路处理的数字信号。 为所述装置选择的A/D转换器由要求的最小分辨率决定。例如，若 要求分辨率是0.01cm×20.0cm的矩形传感器，则每个方向需要至少 2000分离的段-在这个示例所选的A/D转换器必须是精确到至少11 位(2048个分度)。选择要求最低位数成本最低的A/D转换器作为测 量IC。

成本不高的微控制器是电子线路的核心。测量电子线路25连接 到存储和利用虚拟按钮信息的微控制器26。正如下面讨论的，微控 制器26中的程序利用来自测量电子线路的数据和存储的虚拟按钮的 数据，以便产生通信电子线路用的信号，或直接把信号发送到自动 化设备。微控制器26应该具有存储按钮参数并起非易失存储器作用 的能力。

通信电子线路27把到达微控制器26和来自微控制器26的信号 翻译为工业自动化设备用的协议。在本发明推荐的实施例中，协议 可以包括(但不限于)PC串行通信、PC并行、通用串行总线(USB)和 ProfiBus总线。把操作面板连接到外部设备用的连接器(未示出)应 该设计成与通信电子线路(亦即USB通信电子线路用的USB连接器)匹 配。

操作面板的微控制器软件管理来自测量电子线路的输入，以便 有效地确定和迅速产生要求的操作面板输出。所述微控制器程序和 虚拟按钮配置数据存储在操作面板的非易失存储器中。本发明可以 用两种方式工作：隔离方式，其中操作面板产生的信号(可以经过放 大或必要时根据受控的装置所要求的控制信号滤波的模拟信号)直接 发送到控制装置；以及这样一种方式，即，操作面板对诸如PLC等 外部计算装置起输入装置的作用，向外部计算装置发送信号(按钮ID 和其他参数，包括压力级)。

按照一个具体的实施例，以下的描述假定微控制器既具有A/D 端口，又具有内建通信硬件。

图6是一个流程图，举例说明按照本发明一个具体的实施例操 作面板的微控制器软件的一般操作。正如图6所示，微控制器软件(亦 称”微控制器程序”)在上电周期中完成两个主要动作。第一个动作是 步骤301的初始化过程。第二个动作是无限循环，它包括测量来自 操作面板触感传感器(步骤302)的输入信号的操作，后跟处理来自操 作面板触感传感器的测量到的输入信号的操作(步骤303)。所述循环 一直进行到操作面板复位为止，或者循环上电。

图6步骤301的初始化过程配置微控制器26。一般说来，初始 化过程301头两个例程建立到触感传感器硬件和到要由操作面板控 制的外部工业自动化装置的连接。图7提供按照一个具体的实施例， 初始化过程更详细的流程图。微控制器上电时，初始化过程301设 置微控制器端口，包括在步骤306的任何A/D端口，然后在步骤307 将通信信道初始化。在步骤308，为了预防触感传感器或布线中阻抗 的变化，螺管线圈(所述螺管线圈在一个推荐的实施例中，建立在操 作面板装置弹性体泡沫层一角，并且安装成向泡沫表面垂直加压)用 来标定传感器的四个角落。本专业的技术人员会知道上电时测试传 感器读数的其他方法。

然后，在步骤310，微控制器程序着手使与PC、PLC或连接到操 作面板的其他工业自动化设备的通信同步。例如，若操作面板通过 串行电缆连接到PC，则微控制器程序着手启动与PC的串行通信。若 检测不到工业自动化装置因而不执行与外部装置的同步，则所述初 始化执行步骤311。在步骤311，所述程序把操作面板设置为在只通 过标准连接器利用模拟输出线的”隔离方式”下工作，然后结束初始化 过程。

若检测到至少一个外部装置，诸如工业自动化装置并且出现同 步，则在步骤312继续进行初始化过程。在步骤312，将微控制器上 的通信端口优化，以便通过多I/O连接(各采用不同的通信协议)发送 和接收信息。例如，微控制器可以把某些输出端口用于与PC机的串 行通信，而利用ProfiBus把其他端口用于与电动机控制器的通信。

微控制器在步骤313查询所述装置，来确定是否要采用(用于所 述装置)新的测量周期或测量参数。若存在新的测量特性，则在步骤 314下载所述新的特性，并由微控制器存入非易失存储器。例如，若 工业自动化装置要求设置比当前操作面板更高的测量频率，则微控 制器程序将从工业自动化装置下载新的测量参数(在这种情况下是采 样频率)。然后在步骤315，所述程序查询工业自动化装置在操作面 板虚拟按钮的设计和参数上是否有任何变化。工业自动化装置可以 在步骤316通过向微控制器发送新的虚拟按钮信息加上、去掉或改 变任何按钮参数。这些参数包括(但不限于)按钮尺寸、按钮位置、 激活按钮的力和按钮的输出响应。按钮信息由微控制器存储在非易 失存储器中。在步骤316结束时，把压力的初始位置和力的量度全 都设置为0(未示出)。在这种情况下应该指出，没有新的按钮参数， 微控制器利用已经存入非易失存储器的现有按钮配置。工作在隔离 方式时，情况也是如此。

参见图6，在步骤301操作面板初始化之后，微控制器在步骤302 测量输入，并在步骤303处理所测量的数据。在图8中比较详细地示 出步骤302的测量步骤。微控制器程序在步骤341从测量操作面板触 感传感器上触摸的压力开始。若所测得的压力(亦称”外加压力”或”P外加”) 超过预定的阈值压力(就是最初编程到微控制器中的值，但可以 在图7步骤314初始化过程中改变)，然后在X(步骤343)和Y(步骤344) 两个方向上测量压力的位置。若从步骤341测量的压力小于或等于 阈值压力，则在步骤345和346把压力位置X方向和Y方向设置为最 后测量周期的值。

如图6所示，在步骤302进行的测量用来处理步骤303的触摸 数据。最初，所有按钮都处于非激活状态(当前没有触摸)。对于每 一个按钮，按钮参数(在图7步骤316最初编程或下载到微控制器中) 确定激活至少一个附加状态所需的压力)。按照一个具体的实施例， 图9示出压敏三态按钮输入处理步骤303的一个示例，其中，所述按 钮具有非激活状态PA和两个附加状态PB和PC。例如，非激活状态可 以配置为”断”，而同时第一激活状态可以配置为”通-设置1”，而第 二激活状态可以配置为”通-设置2”，其中设置可以根据哪一种类型 的工业自动化装置由所述操作面板控制。按钮激活状态的PB和PC所 要求的压力分别为P1和P2，其中规定P1小于P2。

如图9所示，图中描述了利用测量数据来控制三态按钮的过程。 如上所述，所述类型的逻辑用三个状态控制所有按钮：一个非激活 状态、两个激活状态。一旦在步骤302(图6)进行了测量，便在步骤 321把压力位置与按钮区域加以比较，来确定用户是否触摸了虚拟按 钮上的操作面板。若用户没有按压虚拟按钮，则在步骤302把所有 按钮都设置为非激活，并重复302的测量过程。

下一系列操作确定按钮状态，并且若合适，则确定如何处理在 上一周期按压的按钮。假定用户触摸了虚拟按钮上的面板，则程序 在步骤322把P外加与P1(虚拟按钮处在状态PB所需的压力)加以比较。 若P外加小于或等于P1，则在步骤330把所有按钮都设置为非激活状 态，并重复测量过程302。或者，若P外加大于P1，则程序在步骤322 把P外加与P2(虚拟按钮处在状态PC所需的压力)加以比较。当P外加大 于P1，且大于P2时，则在步骤331把虚拟按钮设置为状态PC。然后 程序在步骤326判定所述虚拟按钮是否就是在上一周期触摸的同一 个虚拟按钮。是同一个虚拟按钮时，过程303结束。否则，在步骤333 把上一周期按下的按钮设置为非激活，然后结束过程333。

若P外加小于P2(但在步骤322判定大于P1)，则程序在步骤324 判定当前触摸的虚拟按钮是否上一周期触摸的同一虚拟按钮。若不 是，则程序在步骤332把所述虚拟按钮设置为状态PB，然后程序在 步骤333把上一周期触摸的按钮设置为非激活。

在某些实施例中，可能重要的一点是，虚拟按钮被设置为高状 态之后，低状态不是激活状态。例如，被图9逻辑控制的虚拟按钮 在同一按钮前一周期曾是状态PC之后不能进入状态PB；过程步骤325 管理所述逻辑。当虚拟按钮与上一周期相同(在步骤324判定)而且所 述虚拟按钮在上一周期不处于状态PC(正如由步骤324判定的)时， 则程序在步骤335把所述虚拟按钮设置为状态PB。另一方面，若按 了同一虚拟按钮而且在上一周期所述虚拟按钮曾经处于状态PC(正如 步骤325判定的)，则过程334再次把所述虚拟按钮设置为状态PC。

作为可配置的操作面板的一部分，本发明包括伴随的软件工具， 称为”Panel Editor”(面板编辑器)，它提供方便的途径来为物理操作 面板接口产生用户设计，并按照特定的应用定义其操作。图10是总 流程图，举例说明按照本发明另一个具体的实施例利用所述软件工 具设计和配置操作面板按钮的过程。所述软件工具是图形编辑器， 其中图画(例如，位图)用来形成背景图像，其上”画”出多个区域，形 成操作面板的激活区域，或按钮。完成后，把描述基本按钮信息的 数据下载到操作面板电路，在其中存入非易失存储器。然后打印图 像背景，通过外壳间隙或利用可拆卸的外壳顶盖将其插入操作面板。

按照具体的实施例，用户可以利用图10的一般方法设计操作面 板布局和按钮配置。除诸如可以保存、装入和打印文件等一般在现 代软件应用程序看到的典型功能之外，Panel Editor的推荐实施例 还允许用户在步骤400装入用作操作面板接口的背景图像的位图文 件。此时用户可以在步骤401加上新的按钮。若用户在步骤401决定 加上新的按钮，则在步骤402用户利用所述软件工具画出属于位图 上所需尺寸和位置的新的按钮。然后在步骤403，用户设置按钮的特 定参数，诸如按钮类型、按钮的压力灵敏度和所述按钮的激活功能。 设计完成而用户决定不再在步骤401添加更多的按钮时，软件工具 在步骤404打印背景图像，所述图像已准备好放在操作面板触感传 感器上面。在步骤405通过适当的通信信道，诸如串行或电缆或无 线电信道，把所配置的按钮数据下载到连接到运行Panel Editor工 具的计算机上的操作面板。于是，安装了打印的输入按钮的图像的 操作面板已经准备就绪可以使用。下面将更加详细地描述Panel Editor软件工具。

可以利用Panel Editor工具设计的按钮类型的一些示例包括一 次操作用的乒乓按钮、连续操作用的重复按钮、一维定位用的一维 按钮和二维定位用的二维按钮。

具体地说，乒乓按钮可以用来引起一次操作，诸如用于”接通”” 断开”功能。例如，图11是示意图，表示按照本发明具体实施例的操 作面板触感传感器上”接通”按钮的示例，向诸如PLC等计算装置发送 控制信号。图11的简化图像表示操作面板500，它包括：具有”接通” 乒乓按钮509的图像503，它设置在触感传感器511上面；以及微控 制器505。用户触摸按钮509时，测量压力的存在和压力的位置并将 其送往微控制器505，后者处理测量结果并把适当的数据信号送往连 接到所述操作面板的诸如PLC等被控制的装置513。在本示例中，送 往PLC的数据信号可以只是按钮识别符，指示它已经被按下，而接 收按钮识别符信息使PLC完成相应的动作，诸如接”通”连接到所述PLC 的某种类型的机械。

在诸如图9所描述的某些具体的实施例中，乒乓按钮另外还可 以是压力敏感的或时间敏感的，使得能够根据某个预定的压力和/或 按钮被按下的时间的限度来激活预定的特定功能。例如，轻的或时 间短的压力，可以与在显示上提供”求助”功能相关；而较重的压力(或 作用时间长的压力)可以分配给把受控装置接通的功能，而且在同一 按钮上任何随后的压力都可能分配给”断”开功能。

提供连续的操作的”重复”按钮可以用来提供音量控制、加速度 或速度控制、或诸如此类的功能。图12是示意图，表示按照本发明 具体实施例的操作面板触感传感器上的压敏”重复”按钮的示例， 它向连接到操作面板的电动机控制电路发送控制信号。图12简化的 图像表示操作面板500，它包括：具有增量”重复”按钮522和减量” 重复”按钮524的图像520，它设置在触感传感器511上；以及微控 制器505。在这个示例中，按钮522和524分别控制附在连接到所述 操作面板的电动机控制电路的电动机速度的增/减。当用户507触摸 按钮522时，测量压力的存在和压力的位置，把测量的数据送往微 控制器505，后者处理测量结果，直接向电动机控制电路526发送适 当的模拟信号。在这个示例中，操作面板500运行于以前讨论的隔 离方式。

一维按钮根据诸如方向(水平、垂直)最小/最大值(左/右、顶/ 底)提供一维定位控制，或者根据按钮区域内相对位置提供其他控 制。二维按钮可以根据基于按钮区域内定位的相对坐标提供二维定 位控制。例如，二维按钮可以具有各种各样的形状，而触摸按钮的 特定部位会根据按钮上的触摸位置具有不同的功能。另外，压力灵 敏度可以是决定与触摸位置(例如，按钮内同一位置上的不同压力可 以对应于不同的功能)相关的功能的补充部分。上述这些类型的按 钮，以及其他按钮还将结合下面对Panel Editor软件工具的描述进 一步描述。

图13a示出按照具体实施例的Panel Editor工具图像用户界面 的示例。Panel Editor软件可以在计算机或服务器或其他计算装置 的软盘、磁性存储盘或磁带、CD-ROM或硬盘上提供。图13a表示Panel Editor图像用户界面窗口600。窗口600包括下拉式菜单棒602和图 标604。菜单棒602和图标604用来建立按钮的尺寸、类型和位置， 并向所建立的按钮分配特定的功能。在所述示例中，用户已经建立 完成的涡流控制面板的设计606。涡流控制面板606包括多个矩形按 钮610，用以选择音乐的不同类型，矩形压敏按钮612和614用以调 整音乐的音量，滑动温度控制按钮616、两个按钮618和620用以使 涡流系统接通和断开，而圆形三变量压敏按钮622用以控制涡流桶 的泡沫发生器。

按钮610是乒乓按钮，每个都可以用来引起单一的操作，诸如 用来使爵士音乐、摇滚音乐、乡间(country)音乐、techno音乐、ambient 音乐和hip-hop音乐”接通”或”断开”。因此，用户触摸按钮610中适 当的一个，即可控制连接到涡流控制面板的立体声系统播放的音乐。 三角形敏感按钮612和614是”重复”按钮，用以向上或向下调整所选 音乐的音量。滑动温度控制按钮616是一维按钮的示例，它可以根 据某个定义的参数提供定位控制。在这种情况下，按钮616提供72 和115度华氏之间的涡流温度设定控制。具体地说，触摸按钮616的 左端，配置成引起温度向72度调整，而触摸按钮616的右端引起温 度向115度的调整。按钮616还配置成使触摸两端之间的中间位置， 会引起温度向接近正比于其位置离开两端中一端相对位置的调整。 例如，触摸按钮616的中心，引起温度向约99度的调整；而触摸接 近”Temperature”中“T”，会使温度向约88度的调整，而触摸接 近”Temperature”中”re”，会引起温度向约110度的调整。按钮618 是乒乓按钮，它会引起涡流系统接”通”，按钮620是乒乓按钮，它可 以引起涡流系统”断开”。圆形三可变压敏按钮622是二维按钮的示 例，它可以根据基于按钮区域内的定位的相对坐标提供二维定位控 制。在所述示例中，按钮622配置成触摸区域624会引起小泡沫，触 摸区域626会引起较少的泡沫，触摸区域628会引起大泡沫，而触摸 区域630合引起许多泡沫。按钮622配置成触摸区域之间的中间区域 会产生不同的结果：触摸区域630和628之间会引起许多大泡沫，触 摸区域628和626之间会引起较少大泡沫，触摸区域624和630之间 会引起小泡沫，触摸区域622和624之间会引起中间数量的中等尺寸 的泡沫。

图13b表示操作面板按钮图画背景图像650的示例，如用户按 照图13a具体的实施例利用Panel Editor工具配置的。图像650可 以是利用图13a的图像用户界面窗口600配置的按钮印制品。图13c 表示涡流操作面板触感传感器虚拟按钮的示例，相当于按照图13a 和图13b具体的实施例，用户利用Panel Editor工具配置的操作面 板按钮的图画背景图像。就是说，按钮区域660对应于配置的音乐 选择按钮610，按钮区域662和664对应于配置的音量按钮612和614， 按钮区域666对应于配置的温度控制按钮616，按钮区域668和670 对应于配置的”通””断”按钮618和620，而按钮672对应于配置的泡 沫控制按钮622。

按照所述具体的实施例，图14表示图13a的Panel Editor工 具，其中，当前选择所述按钮之一并且其对应的特性表窗口已打开， 使得用户可以设置所选择的按钮参数。按钮参数包括(但不限于)按 钮类型、压力灵敏度设定和激活功能。在Panel Editor图像用户界 面窗口600中，当按钮，诸如hip-hop音乐选择按钮700被选中时， 所选按钮的特性表窗口710打开。从窗口710，用户可以选择描述标 签712、压力设置标签714、外观标签716。选择描述标签712，允许 用户确定：根据框718中的按钮名的按钮描述；通过选择框720选择 所述按钮是否”重复”；选择圆722决定所述按钮是不是”按键式按 钮”(若是如此，是短时按钮或乒乓按钮)，以及所述按钮是不是滑动 按钮(若是如此，滑动是垂直的还是水平的，应该是最大值还是最小 值)。选择压力设置标签714允许用户确定所述选中的按钮是否具有 与某些可定义的压力级关联的不同的功能或等级；选择外观标签716 允许用户确定按钮的物理形状、取向和位置。在另一个具体的实施 例中，其中，某些按钮上触摸施加压力的不同的时间长度可以决定 不同的功能，可以提供时间设置标签，以便允许用户确定选中的按 钮是否应该具有与某些可定义的时间关联的不同的功能。

应该明白，位于室外的涡流控制系统操作面板图13和14提供 的示例只是示例而已，而可配置的操作面板在任何工业装置上和其 他恶劣环境中都是有用的。被控制装置可以是，例如，电动机控制 器、温度控制器、PLC、计算机、传感器、稳压装置、激光器、窑炉、 涡流或机械处理装置等。

一旦利用Panel Editor工具完成设计，用户便可以把操作控制 面板的图像650(图13)打印出来，把所述图像放置在所述面板触感传 感器上，然后用软件工具来下载并把所述图像按钮配置的参数和功 能存入操作控制面板电子线路的存储器。然后把操作面板与运行软 件工具的计算机断开，可以连接到被控制的装置，以便按照用户对 特定应用程序的所需按钮的操作，控制所述装置。当特定的应用改 变(例如，特定的受控制装置升级或替换、或者加上或删除其他装置、 控制类型需要改变)时，操作控制面板可以简单地断开、用具有由用 户适应改变后的需要重新配置的相应按钮参数和按钮功能的图像的 最新版本装入。可配置性包括图像上不同按钮的尺寸、类型、位置、 形状、功能、压力灵敏度、时间敏感度等和操作面板触感传感器相 关虚拟按钮区域。

发明背景