CN102866792B - 一种触摸笔、触摸控制器、触摸检测系统及其方法 - Google Patents

一种触摸笔、触摸控制器、触摸检测系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于触控技术领域，提供了一种触摸笔、触摸控制器、触摸检测系统及其方法，其中触摸笔包括笔尖和笔身，所述笔尖和所述笔身连接，所述笔身为中空结构，所述中空结构内容置有电源、微处理器、信号产生单元、数据检测单元以及发射单元，所述电源为数据检测单元、微处理器、信号产生单元以及发射单元提供电源，所述数据检测单元用于获取触摸笔数据信息，微处理器控制所述信号产生单元根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，生成的触摸信号发送给所述发射单元，所述发射单元通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器。本发明实施中提供的触摸笔发射的触摸信号不仅包括驱动信号，还包括触摸笔数据信息，从而实现触摸笔的多种应用功能。

Description

一种触摸笔、触摸控制器、触摸检测系统及其方法
技术领域
本发明属于触控技术领域，尤其涉及一种触摸笔、触摸控制器、触摸检测系统及其方法。
背景技术
由于支持多点触摸技术，电容触摸屏成为触摸屏产品的新宠。越来越多的设备由电阻屏向电容屏转化。以中国为代表的东方国家由于象形文字和传统习惯，多数用户依然习惯用手写输入方式，但用手在电容触摸屏上进行手写输入时，会出现如下两个问题：(1)丢点：当用户进行手写时，笔迹会产生严重缺失；(2)溢点：手指抬起后，经常会产生严重的多余笔迹。当手指湿润时，丢点或溢点现象会更加严重，根本无法实现输入。因此电容触摸笔的需求日益强烈。如图1、图2和图3所示，手指或触摸笔100在触摸屏终端的触摸传感器101上输入信息，触摸屏终端的触摸控制器102对输入信息解析后予以响应。
图1中手触摸时，触摸传感器的垂直极线(Y)作为驱动线接收触摸控制器的驱动信号，水平极线(X)作为感性线接收感应信号，感应信号发送给触摸控制器，触摸传感器处于“互容”状态。图2中触摸笔触摸时，触摸传感器的垂直极线(Y)和水平极线(X)均作为感应线接收感应信号，感应信号发送给触摸控制器，触摸传感器处于“自容”状态。图3为“互容”状态和“自容”状态感应电极切换的示意图。
现有的电容式触摸笔分成无源和有源两种类型。无源类型的电容式触摸笔实际上只是简单的替代手指的触摸。目前的有源电容式触摸笔，也只能发射单一的驱动信号，该驱动信号仅仅用于建立触摸笔与触摸传感器之间耦合，并不能传递触摸笔的多种应用功能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种多种应用功能的触摸笔。
本发明是这样实现的，一种触摸笔，包括笔尖和笔身，所述笔尖和所述笔身连接，所述笔身为中空结构，所述中空结构内容置有电源、微处理器、信号产生单元、数据检测单元以及发射单元，所述电源为所述数据检测单元、微处理器、信号产生单元以及发射单元提供电源，所述数据检测单元用于获取触摸笔数据信息，微处理器控制所述信号产生单元根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，然后发送给所述发射单元，所述发射单元通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器。
本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种触摸笔的运行方法，包括步骤：
获取触摸笔数据信息；
根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，然后通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器。
本发明要解决的第三个技术问题在于提供一种触摸控制器，包括：
接收解调单元，用于接收触摸传感器耦合触摸笔所接收到的触摸信号，解调出触摸信号的强度信息；
同步单元，用于通过检测所述触摸信号的起始位置和/或结束位置，实现触摸传感器和触摸笔同步；
处理单元，用于根据所述触摸信号的强度得到触摸笔的坐标位置信息以及触摸笔数据信息，然后将所述触摸笔的坐标位置信息和触摸笔数据信息发送给主控作进一步处理。
本发明要解决的第四个技术问题在于提供一种触摸检测系统，包括触摸传感器以及上述的触摸笔以及上述的触摸控制器。
本发明实施例提供的触摸笔与现有技术相比，发射的触摸信号不仅包括驱动信号，还包括触摸笔数据信息，从而实现触摸笔的多种应用功能。
附图说明
图1是现有技术提供的利用手指在触摸终端的触摸传感器上进行输入的示意图；
图2是现有技术提供的利用触摸笔在触摸终端的触摸传感器上进行输入的示意图；
图3为现有技术中电极切换示意图；
图4是本发明实施例提供的触摸笔的结构图；
图5是图4中数据检测单元的一种结构图；
图6是本发明实施例提供的一种触摸信号的示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种触摸信号的波形示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种触摸信号的波形示意图；
图9是本发明另一实施例提供的一种触摸信号的波形示意图；
图10(a)和图10(b)是本发明实施例提供的两种以二进制编码形式实现信息传递的示意图；
图11是图4所示触摸笔的一种改进型结构图；
图12是本发明实施例提供的触摸笔的运行方法的流程图；
图13是本发明实施例提供的触摸控制器结构图；
图14是本发明实施例提供的触摸传感器的无手无笔检测状态下的时序示意图；
图15是本发明实施例提供的触摸传感器的手检测模式下的时序示意图；
图16是本发明实施例提供的触摸传感器的笔检测模式下的时序示意图；
图17是本发明实施例提供的触摸传感器的笔检测模式时触摸控制器的解码原理示意图；
图18是本发明实施例提供的触摸笔脉冲超前于触摸传感器的检测时序时的检测示意图；
图19是本发明实施例提供的触摸笔脉冲滞后于触摸传感器的检测时序时的检测示意图；
图20是本发明实施例提供的触摸笔脉冲与触摸传感器的检测时序同步时的检测示意图；
图21是本发明实施例提供的在同步情况下触摸传感器进行信息解调的时序示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图4，本发明实施例提供的触摸笔包括笔尖1和笔身2，笔尖1和笔身2连接，笔身2为中空结构，该中空结构内容置有电源21、数据检测单元22、微处理器23、信号产生单元24、以及发射单元25，在笔身2上还设置有至少两个与数据检测单元22连接的按键(图中仅以两个按键为例)。其中，电源21为数据检测单元22、微处理器23、信号产生单元24以及发射单元25提供电源，数据检测单元22用于获取触摸笔数据信息，微处理器23控制信号产生单元24根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，生成的触摸信号发送给发射单元25，发射单元25通过笔尖将触摸信号发送给触摸传感器，该触摸传感器可内置于触摸终端中。本发明实施例中触摸笔发射的触摸信号不仅包括驱动信号，还包括触摸笔数据信息，从而实现触摸笔的多种应用功能。
上述按键用于设置触摸笔的书写模式，如楷体、隶属、宋体等等。还可以在触摸笔笔尖的相对端再设置另一笔尖，该笔尖模拟橡皮擦的擦写功能。
如图5所示，数据检测单元22具体包括压力检测单元221、按键检测单元222、电源检测单元223，其中压力检测单元221与触摸笔的笔尖1电连接，用于获取笔尖1所承受的压力值；按键检测单元222与触摸笔的按键电连接，用于获取触摸笔笔身2上按键的按键值；电源检测单元223与触摸笔的电源21电连接，用于获取触摸笔笔身2内部电源21的性能参数，性能参数包括电源21的电压、电流或者电量等。
一实施例中，上述触摸信号进一步包括第一触摸信号以及第二触摸信号，第一触摸信号仅包括驱动信号，该驱动信号用于将触摸笔耦合到触摸传感器，第二触摸信号为携带触摸笔数据信息的信号。第一触摸信号和第二触摸信号是预设固定周期的信号。具体地，第二触摸信号的信息编码方式包括多种，比如二进制编码方式或不同频率表示不同触摸笔数据信息的编码方式。图6中以频率不同的方波信号401和402为例示出，其周期固定不变，第二触摸信号也包括多种不同频率的信号，图7以两种频率不同的正弦波信号F和Fi为例示出，而图8则示出了三种频率不同的正弦波信号F、Fi和Fj。Fi和Fj的混合可以表示多种触摸笔数据信息。图7和图8描述的是时域上不同频率的信号的混合，当然也有其他实现方式比如频域上的混合，如图9所示，两种原始的信号(分别以三角标示和菱形标示)，它们在时域上进行混合，形成触摸信号(以方块标示)。
信号产生单元24产生上述第一触摸信号和第二触摸信号的方式相同，对于第一触摸信号，可先生成至少一种频率的信号，再将上述至少一种频率的信号混合形成第一触摸信号，对于第二触摸信号，信号产生单元24先生成至少一种频率的信号，然后将至少一种频率的信号混合形成第二触摸信号，触摸传感器可以根据系统的噪声环境选择噪声较小的对应频率作为工作频率。如果第二触摸信号以不同频率表示多种不同的触摸笔数据信息，通过这种方式生成的第二触摸信号能够表示多种不同触摸笔数据信息，触摸传感器根据系统的噪声环境从第二触摸信号中选择噪声较小的对应至少一种频率作为工作频率。生成的第一触摸信号和第二触摸信号依次发送给触摸传感器。优选地，本发明实施例中优先发送第一触摸信号，再接着发送第二触摸信号。
如图10(a)和图10(b)所示，还有一种方式是第二触摸信号以二进制方式表征触摸笔数据，第二触摸信号按时间单元依次传递0或1的笔数据信息，1代表有笔数据信息，0表示没有笔数据信息。例如图10(a)中上图传递的信息为11111111，图10(b)传递的信息为10100101。触摸控制器可以通过驱动信号F计算编码的起始位置，再通过连续0的个数，计算编码分界以及编码值。
如上文所描述的，第二触摸信号用于携带触摸笔数据信息，该触摸笔数据信息为触摸笔笔尖所承受的压力值、触摸笔笔身上按键的按键值以及触摸笔笔身内部电源的性能参数中的任意一种或者组合。具体可根据利用不同频率或者二进制的信号表示触摸笔笔尖所承受的压力值、触摸笔笔身上按键的按键值以及触摸笔笔身内部电源的性能参数，然后再对第一触摸信号和第二触摸信号进行混合。
进一步地，如图11所示，触摸笔还包括第一接收单元26，该第一接收单元26接收触摸传感器发送的频率指示信号，信号产生单元24根据频率指示信号生成同样频率的第一触摸信号，频率指示信号是触摸传感器根据系统的噪声环境选择较小噪声的工作频率，根据该工作频率生成频率指示信号，这样触摸笔自动跳频到触摸传感器当前的工作频率，两者保持工作频率同步。
进一步地，本发明一实施例中触摸笔还包括一唤醒单元，用于当压力检测单元221检测笔尖承受的压力值小于预设第一压力阈值的时间超过预设时间阈值时，将触摸笔转入睡眠低耗状态，有利于节能；以及当压力检测单元221检测到笔尖承受压力值大于预设第二压力阈值时，将触摸笔从睡眠低耗状态转为正常工作状态，或者当所述按键检测单元检测到有按键值时，将触摸笔从睡眠低耗状态转为正常工作状态。
相应地，本发明实施例还提供了一种上述触摸笔的运行方法，如图12所示，详述如下：
在步骤S1201中，获取触摸笔数据信息。
同上文所描述的，触摸笔数据信息为触摸笔笔尖所承受的压力值、触摸笔笔身上按键的按键值以及触摸笔笔身内部电源的性能参数中的任意一种或者组合。
在步骤S1202中，根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号。
在步骤S1203中，通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器。
进一步地，上述步骤S1202中根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号包括步骤：
生成第一触摸信号：生成多种不同频率的信号，将多种不同频率的信号混合形成第一触摸信号，此第一触摸信号为驱动信号。
生成第二触摸信号：生成多种不同频率的信号，将多种不同频率的信号混合形成第二触摸信号，此第二触摸信号为包括触摸笔数据信息的信号。
上述生成的第一触摸信号和第二触摸信号是预设固定周期的信号。
如图13所示，本发明提供的触摸控制器包括接收解调单元131、同步单元132以及处理单元133，其中接收解调单元131用于接收触摸传感器耦合触摸笔所接收到的触摸信号，解调出触摸信号的强度信息；同步单元132，用于通过检测所述触摸信号的起始位置和/或结束位置，实现触摸传感器和触摸笔同步；处理单元133，用于根据触摸信号的强度得到触摸笔的坐标位置信息以及触摸笔数据信息，然后将触摸笔的坐标位置信息和触摸笔数据信息发送给主控作进一步处理。
具体地，一实施例中，触摸信号包括第一触摸信号和第二触摸信号，第一触摸信号包括驱动信号，第二驱动信号包括笔数据信息，接收解调单元131通过正交解调得到第一触摸信号和第二触摸信号的强度信息，同步单元132通过检测第一触摸信号的起始位置和/或结束位置，实现触摸传感器和触摸笔同步，优选地，同时检测第一触摸信号的起始位置和结束位置。处理单元133根据第一触摸信号的强度计算得到触摸笔的坐标位置信息，根据第二触摸信号的强度解码得到触摸笔数据信息，然后将触摸笔的坐标位置信息和触摸笔数据信息发送给主控作进一步处理。第一触摸信号和第二触摸信号为预设的固定周期的信号，具体如上文所述。本实施例中第二触摸信号与第一触摸信号之间时间间隔是固定的，只要保证触摸传感器的解码时间与第一触摸信号的起始时间同步，第二触摸信号也会被同步解码。
触摸控制器与一触摸传感器连接，触摸传感器上有X+Y个电极组成行列矩阵，每个电极可以感应到笔尖耦合的信号，其感应到的信号的强弱不同，距笔尖越近的电极感应到的信号越强，触摸终端可以根据各个电极感应到的信号强弱计算出笔尖触摸的精确位置信息，耦合的信号中同时携带有触摸笔数据信息，触摸终端可以解码出触摸笔数据信息。
本发明中，触摸控制器兼容手指触控和触摸笔触控两种输入方式，分别支持针对手指触控的手检测模式和针对触摸笔触控的笔检测模式。当触摸笔靠近触摸传感器时，触摸控制器将触摸传感器置于笔检测模式，反之，当触摸笔离开触摸传感器时，触摸控制器将触摸传感器置于手检测模式或者手和笔同时检测模式。在无输入时，触摸传感器为无手无笔检测状态，同时在一个扫描同期内以两种不同频率的信号501和502进行扫描，如图14所示。当触摸笔远离触摸传感器时，触摸控制器控制触摸传感器工作在无手无笔检测模式，当检测到手指操作时，触摸控制器控制触摸传感器工作在手检测模式，此时仅以信号501的频率进行扫描，如图15所示。而当触摸笔输入时，触摸控制器控制触摸传感器工作在笔检测模式，此时仅以信号502的频率进行扫描，如图16所示。
图17是以正弦波正交解调为例示出笔检测模式下触摸控制器的解码原理。触摸控制器内部的正弦/余弦波生成器同时生成正弦波信号和余弦波信号，该正弦波信号和余弦波信号与触摸控制器接收到感应信号(经过模数转换)先分别进行乘和运算，再进行平方运算，然后求和，再开平方运算，得到的触摸信号经过可靠性处理然后进入后续处理。
触摸笔在首次靠近触摸传感器时，由于触摸笔的时序与触摸传感器时序的偏差，会出现以下三种状态：
如图18所示，触摸笔的脉冲时间超前，触摸传感器只检测到信号的后半部分，触摸传感器共扫描了4帧数据，每帧包括了一组列(Y)数据和一组行(X)数据，在此状态下，触摸传感器只有前三组数据有效。为了使同步有效，需将感应的下一次扫描时间提前。如图19所示，触摸笔的脉冲滞后于触摸传感器检测时序，触摸传感器只检测到前半部分信号，在一帧扫描时，需延时扫描开始时间。如图20所示，触摸笔的脉冲时序与触摸传感器时序同步，1.2ms驱动频率处于触摸传感器检测的时间范围内，此状态下，驱动信号能被感应器完全感应，为有效的同步状态，触摸传感器下一次扫描时无需调整开始时间。如图21所示，在触摸笔和触摸传感器时序同步有效后，触摸传感器优选先解调第一触摸信号，再解调第二触摸信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种触摸笔，其特征在于，包括笔尖和笔身，所述笔尖和所述笔身连接，所述笔身为中空结构，所述中空结构内容置有电源、微处理器、信号产生单元、数据检测单元以及发射单元，所述电源为所述数据检测单元、微处理器、信号产生单元以及发射单元提供电源，所述数据检测单元用于获取触摸笔数据信息,微处理器控制所述信号产生单元根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，生成的触摸信号发送给所述发射单元，所述发射单元通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器；所述笔身上具有用于设置触摸笔书写字体模式的按键，所述按键与所述数据检测单元连接；
所述触摸笔还包括第一接收单元，用于接收触摸传感器发送的频率指示信号，所述信号产生单元根据所述频率指示信号生成同样频率的驱动信号；所述频率指示信号是触摸传感器根据系统的噪声环境选择的较小噪声的工作频率而生成。
2.根据权利要求1所述的触摸笔，其特征在于，所述触摸信号包括第一触摸信号以及第二触摸信号。
3.根据权利要求2所述的触摸笔，其特征在于，所述第一触摸信号为驱动信号，所述第二触摸信号为包括触摸笔数据信息的信号。
4.根据权利要求3所述的触摸笔，其特征在于，所述数据检测单元具体包括：
压力检测单元，与所述触摸笔的笔尖电连接，用于获取触摸笔笔尖所承受的压力值；
按键检测单元，与所述触摸笔的按键电连接，用于获取触摸笔笔身上按键的按键值；
电源检测单元，与所述触摸笔的电源电连接，用于获取触摸笔笔身内部电源的性能参数；
所述触摸笔数据信息为触摸笔笔尖所承受的压力值、触摸笔笔身上按键的按键值以及触摸笔笔身内部电源的性能参数中的任意一种或者组合。
5.根据权利要求2所述的触摸笔，其特征在于，所述信号产生单元先生成至少一种频率的信号，再将所述至少一种频率的信号混合形成所述第一触摸信号；所述信号产生单元先生成至少一种频率的信号，将所述至少一种频率的信号混合形成所述第二触摸信号。
6.根据权利要求4所述的触摸笔，其特征在于，还包括：
唤醒单元，用于当所述压力检测单元检测笔尖承受的压力值小于预设第一压力阈值的时间超过预设时间阈值时，将触摸笔转入睡眠低耗状态；以及当压力检测单元检测到笔尖承受压力值大于预设第二压力阈值时，将触摸笔从睡眠低耗状态转为正常工作状态；或当所述按键检测单元检测到有按键值时，将触摸笔从睡眠低耗状态转为正常工作状态。
7.一种触摸笔的运行方法，其特征在于，包括步骤：
获取触摸笔数据信息；所述触摸笔数据信息包含有触摸笔书写字体的模式信息；
根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号，然后通过笔尖将所述触摸信号发送给触摸传感器；所述驱动信号根据触摸传感器发送的频率指示信号生成，所述频率指示信号是触摸传感器根据系统的噪声环境选择的较小噪声的工作频率而生成。
8.根据权利要求7所述触摸笔的运行方法，其特征在于，所述根据触摸笔数据信息和驱动信号生成触摸信号包括步骤：
生成包括驱动信号的第一触摸信号；
生成包括触摸笔数据信息的第二触摸信号。
9.根据权利要求8所述触摸笔的运行方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
生成至少一种频率的信号，将所述至少一种频率的信号混合形成所述第一触摸信号；
生成至少一种频率的信号，将所述至少一种频率的信号混合形成所述第二触摸信号。
10.根据权利要求7至9任一项所述触摸笔的运行方法，其特征在于，所述触摸笔数据信息为触摸笔笔尖所承受的压力值、触摸笔笔身内部电源的性能参数、触摸笔笔身上按键的按键值的任意一种或者任意一种混合。
11.一种触摸控制器，其特征在于，包括：
接收解调单元，用于接收触摸传感器耦合触摸笔所接收到的触摸信号，解调出触摸信号的强度信息；所述触摸信号根据触摸笔数据信息和驱动信号生成，所述驱动信号根据触摸传感器发送的频率指示信号生成，所述频率指示信号是触摸传感器根据系统的噪声环境选择的较小噪声的工作频率而生成；所述触摸笔数据信息包含有触摸笔书写字体的模式信息；
同步单元，用于通过检测所述触摸信号的起始位置和/或结束位置，实现触摸传感器和触摸笔同步；
处理单元，用于根据所述触摸信号的强度得到触摸笔的坐标位置信息以及触摸笔数据信息，然后将所述触摸笔的坐标位置信息和触摸笔数据信息发送给主控作进一步处理。
12.根据权利要求11所述的触摸控制器，其特征在于，所述触摸信号包括第一触摸信号以及第二触摸信号，所述接收解调单元通过正交解调得到第一触摸信号和第二触摸信号的强度信息，所述同步单元通过检测所述第一触摸信号的起始位置和/或结束位置，实现触摸传感器和触摸笔同步；所述处理单元根据所述第一触摸信号的强度得到触摸笔的坐标位置信息，根据所述第二触摸信号的强度得到触摸笔数据信息，然后将所述触摸笔的坐标位置信息和触摸笔数据信息发送给主控作进一步处理。
13.一种触摸检测系统，其特征在于，包括触摸传感器以及权利要求1-5任一项所述的触摸笔以及权利要求11-12任一项所述的触摸控制器。
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