觸摸屏和膜片開關(guān)適用于扁平外形的可視化控制面板。但一些應(yīng)用要求設(shè)計人員重視安全性、易用性、高電壓或大電流的切換、開機時的已知配置和穩(wěn)健性。此類情景下，機械開關(guān)和按鈕往往成為理想的選擇，但設(shè)計人員仍需慎重選擇。

機械開關(guān)的種類很多，具有各式各樣的形狀、樣式、尺寸、功能、功率容量和機械特性。本文將幫助設(shè)計人員整理這些選擇參數(shù)，以及如何以最佳方式應(yīng)用一些最新器件。

選擇哪種開關(guān)或按鈕？

要確定合適的開關(guān)，首先應(yīng)確定系統(tǒng)要求。要尋找適合應(yīng)用的機械開關(guān)，首先查找符合人體工學(xué)和物理需求的開關(guān)外形尺寸，然后選擇具有相應(yīng)的電氣和環(huán)境規(guī)格且適合該外形尺寸的開關(guān)。

緊急停止

緊急停止按鈕是一個顯而易見的安全示例。許多工業(yè)系統(tǒng)嚴(yán)格要求必須具備大尺寸的紅色或橙色按鈕，并以大號字體、便于閱讀者辨識的形式標(biāo)示文字“緊急停止”。此按鈕必須置于顯眼且易于接觸的位置，并且易于按下，具有明確的觸覺反饋，以指示開關(guān)功能是否已經(jīng)完成。在一些工業(yè)環(huán)境下，不符合此標(biāo)準(zhǔn)可能非常危險。

此應(yīng)用的理想解決方案之一是來自RAFIUSA的Lumotast16緊急停止按鈕。此NO（常開型）按鈕為常見的大尺寸、圓錐蘑菇形按鈕（圖1）。當(dāng)操作員用手猛擊此按鈕時，兩個銀色的觸頭彼此連接、閂鎖并保持接觸狀態(tài)，即便在操作員松手之后也是如此。要將按鈕重置到開路位置，需要沿任一方向旋轉(zhuǎn)蘑菇頭。

圖1：RAFIUSALumotast16緊急停止按鈕的安裝非常簡單，而且可以輕松裝入標(biāo)準(zhǔn)的16.2毫米安裝孔中

Lumotast16可處理高達6安電流和250瓦功率，專為高可靠性操作而設(shè)計。內(nèi)部開關(guān)設(shè)計具有三個平行的冗余觸頭，因此，如果一組觸頭連接失敗，其他兩組觸頭可確保可靠的停止事件。為提供視覺連接確認，該開關(guān)可在激活后發(fā)出明亮的紅光。開關(guān)正面的防護等級為IP67，因而適合大多數(shù)惡劣的工業(yè)環(huán)境。

Lumotast16的按鈕直徑為30毫米(mm)，其尺寸既適合在工業(yè)控制面板中使用，也適合在手持式控制箱中實施。

要安裝Lumotast16，首先確保開關(guān)所在位置下有18毫米的安裝深度凈空。鉆取一個16.2毫米的安裝孔。將帶有黑色“緊急停止”字樣的黃色安裝孔襯圈放在安裝孔上面。然后將Lumotast16開關(guān)放入安裝孔內(nèi)，并用附帶的安裝環(huán)螺母加以固定。完成底面兩個標(biāo)準(zhǔn)公頭快連鏟形端子的連線。

防止人為破壞

機械按鈕的另一項重要應(yīng)用是防范人為破壞。防盜壞開關(guān)必須能夠承受蓄意破壞開關(guān)構(gòu)造的行為，例如反復(fù)錘擊或企圖撬開開關(guān)。

針對防盜壞應(yīng)用，E-Switch開發(fā)了PVA3H2B0SS3R1SPDT防破壞發(fā)光按鈕開關(guān)。這是一種2安、36伏直流開關(guān)，防護等級達IP65。它具有一個RGB照明環(huán)，其扁平的外形能夠更有效地防范破壞（圖2）。

圖2：帶紅色發(fā)光邊框的E-SwitchPVA3。它的安裝位置幾乎與面板平齊，因此比厚度更大的開關(guān)具有更強的防破壞性能

對于任何具有16毫米安裝孔的面板，此開關(guān)的安裝位置幾乎與面板平齊。確保安裝位置留出足夠的凈空，以便連接下面的觸頭。這是一個具有四個觸頭、三個用于RGB照明的額外LED觸頭，以及一個公共接地的SPDT開關(guān)。因此，面板下面需要進行共計八項連接。規(guī)劃好面板布局，以便能夠輕松完成所有連接，而不至于擠壓或彎曲連接線。

安裝面板的厚度可以為1至8毫米。不過，面板越厚，防破壞保護能力越強。

選擇適合應(yīng)用的PVA3配置，包括瞬時接觸或閉鎖接觸。將致動器按入開關(guān)實體可激活開關(guān)。平致動器與開關(guān)肩部平齊表明按鈕已激活，致動器位置高出開關(guān)肩部表明按鈕未激活。

要提供開關(guān)狀態(tài)的視覺反饋，請使用微控制器或可編程邏輯控制器(PLC)信號來點亮指示環(huán)中的紅色、綠色和藍色LED。要生成自定義顏色，請將LED連接到來自微控制器或PLC的脈沖寬度調(diào)制輸出。

為了進一步防止人為破壞，開關(guān)的主體和致動器還提供了鎳或不銹鋼選項。

啟動時讀取配置

有時，開關(guān)并非用戶控制所需，而是用于后臺的開發(fā)或配置。盡管EEPROM和閃存可以提供可在啟動時讀取的非易失性存儲，但有時在對系統(tǒng)通電之前，必須以視覺方式確認配置。針對這類情景，開發(fā)人員多年來一直依賴曾經(jīng)非常流行的8位DIP開關(guān)，例如來自O(shè)mronElectronics的A6FR-8101（圖3）。

圖3：Omron的A6FR系列DIP開關(guān)具有較短的致動器，也稱為鋼琴開關(guān)，采用通孔方式安裝到插座或PC板中

這些DIP開關(guān)適合在對系統(tǒng)通電之前必須設(shè)置配置或啟動參數(shù)的情形。雖然用手指便能調(diào)整DIP開關(guān)的位置，但用鋼筆尖頭可以更輕松地進行控制。這些開關(guān)提供了短型或長型致動器，并且可安裝到16針DIP插座，或直接焊接到PC板上。與較早的DIP開關(guān)設(shè)計不同，A6FR采用雙滑動式觸頭，以確保高度可靠的閉合/斷開連接。這些DIP開關(guān)的額定值為25mA、24伏直流電，因而非常適合數(shù)字電路。

高電壓和電流控制

有時需要對電壓和電流進行簡單的硬性控制。軟膜片開關(guān)若要執(zhí)行高功率控制，需要一個接口電路，而這可能會增加不必要的操作復(fù)雜性，尤其當(dāng)控制不依賴于其他系統(tǒng)時更是如此。這些情景下，搖臂開關(guān)可以提供安全的電壓和電流控制以及高可靠性。

例如，E-Switch開發(fā)了堅固的RA811C1121發(fā)光電源搖臂開關(guān)（圖4）。它能處理16安、125伏交流電。

圖4：E-SwitchRA8系列搖臂開關(guān)采用一個塑料分離器來保護兩個端子免于意外短路

該系列具有眾多選項，包括彩色、直式或直角端子，以及各種開關(guān)配置E-SwitchRA8系列開關(guān)安裝在19x13毫米矩形孔內(nèi)。盡管搖臂開關(guān)可能易于使用，但原型開發(fā)最困難的部分可能在于形成供搖臂開關(guān)卡入的矩形孔。一種常用的方法是，使用略小于矩形孔寬度的鉆頭，在本例中為13毫米。先用鉛筆畫一個矩形孔，然后在面板中鉆取兩個相鄰的孔，小心不要超出鉛筆線的范圍以外。下一步，用一個銼刀銼出矩形孔并消除毛刺。

RA8可在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中使用。其工作溫度范圍為-20至+85°C，采用PVC蓋帽時的防護等級達IP54。接觸電阻為30mΩ，最大限度減少了高壓下的熱量。

在操作高壓開關(guān)時，確保各個連接彼此分離，以免發(fā)生意外短路。RA8通過提供塑料分離器來對端子進行物理隔離，更輕松地實現(xiàn)了這一點。

短接啟動非常不可取，但有時在生產(chǎn)環(huán)境中這是無法避免的。雖然RA8可以降低短接啟動期間發(fā)生意外的可能性，但仍需采取所有安全預(yù)防措施，包括佩戴絕緣手套。