CN103440054A

CN103440054A - 电磁笔及具有其的人机交互系统

Info

Publication number: CN103440054A
Application number: CN2013103444438A
Authority: CN
Inventors: 欧常春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-08
Also published as: CN103440054B

Abstract

本发明提出一种电磁笔，包括：锁相环模块，其中，锁相环模块具有基准频率提供器、与基准频率提供器相连的鉴相鉴频器、与鉴相鉴频器相连的电荷泵、与电荷泵相连的振荡器和与振荡器和鉴相鉴频器相连的除法器；镜像振荡器，该镜像振荡器与电荷泵相连，该镜像振荡器为振荡器的镜像；镜像传感器，镜像传感器与镜像振荡器相连，且根据检测到的压力信号对镜像振荡器的输出频率进行调整。本发明实施例的电磁笔能够随着笔压的变化而产生并输出准确的频率，并可根据该输出频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，且该电磁笔还具有制造成本低的优点。本发明还提出了一种人机交互系统。

Description

电磁笔及具有其的人机交互系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电磁笔及具有其的人机交互系统。

背景技术

目前，电磁屏的应用越来越普及，相比目前最为流行的电容屏触控技术，电磁屏的定位更加精准，并且具备笔压感应的能力。目前，电磁屏的工作原理如下：电磁屏由纵向和横向的天线阵列组成；而电磁笔由频率发生装置构成，一般通过电容和电感构成振荡器，其振荡频率由内部的电感值和电容值决定。通过电磁笔发送固定频率到电磁屏，在电磁屏中，越靠近电磁笔的天线，接收到的电磁信号就越强，这样就可以检测出电磁笔的位置，同时，如果笔尖与电磁屏体接触，笔尖将感应到的压力传送给电磁笔内的电感或者压敏电容，从而，电感值或电容值发生改变，电磁笔的频率将会发生改变，进而从频率的改变程度来识别出笔压。

对于目前普遍使用的电磁笔，内部由以电感和电容为主的振荡电路构成，当没有笔尖触碰时，电磁笔将会发送固定频率的信号。固定频率值根据电磁屏的接收需要确定。而当笔尖有触碰时，电磁笔发送的频率将偏移该固定频率。所以，电磁笔应当具备这样一个特性：当笔尖没有触碰时，能发送一个固定的频率，而当笔尖有触碰发生时，频率将偏移该固定频率。

在目前普遍的做法中，电磁笔的发送频率由构成振荡器的电容和电感值决定，而电容和电感的绝对值总存在偏差，而绝对值的偏差会引起发送频率发生偏差，为了克服这种偏差，在电磁笔的生产过程中，需要对电容值或电感值进行调节，使其发送的频率设置于固定的某个值。但是，这样的过程将很大程度加大电磁笔的制造成本，而且，这种调节过程容易造成误差，最终影响用户的体验。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电磁笔，该电磁笔能够随着笔压的变化而产生并输出准确的频率，并可根据该输出频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，且该电磁笔还具有制造成本低的优点。

本发明另一个目的在于提供一种人机交互系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电磁笔，包括：锁相环模块，其中，所述锁相环模块具有基准频率提供器、与所述基准频率提供器相连的鉴相鉴频器、与所述鉴相鉴频器相连的电荷泵、与所述电荷泵相连的振荡器和与所述振荡器和所述鉴相鉴频器相连的除法器；镜像振荡器，所述镜像振荡器与所述电荷泵相连，所述镜像振荡器为所述振荡器的镜像；镜像传感器，所述镜像传感器与所述镜像振荡器相连，所述镜像传感器根据检测到的压力信号对所述镜像振荡器的输出频率进行调整。

根据本发明实施例的电磁笔，通过锁相环设定了一个固定频率，并增加了镜像振荡器和镜像传感器，从而在镜像传感器没有接收到压力信号时，镜像振荡器输出上述固定频率，而在镜像传感器接收到压力信号时，则根据该压力信号控制镜像振荡器的输出频率在固定频率的基础上发生相应的偏移。即该电磁笔能够随着笔压的变化而产生并输出准确的频率，并可根据该频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，另外，该电磁笔还具制造成本低的优点。

另外，根据本发明上述实施例的电磁笔还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的实施例中，所述振荡器与所述镜像振荡器相同。

在本发明的实施例中，所述电磁笔还包括：传感器，所述传感器与所述振荡器相连，根据检测到的压力信号对所述振荡器的输出频率进行调整。

在本发明的实施例中，还包括：第一缓冲器，所述第一缓冲器连接在所述振荡器和所述电荷泵之间；以及第二缓冲器，所述第二缓冲器连接在所述镜像振荡器和所述电荷泵之间。

在本发明的实施例中，所述镜像传感器和所述传感器为力敏电阻。

在本发明的实施例中，所述基准频率提供器为晶振。

本发明第二方面的实施例还提供了一种人机交互系统，包括：电磁屏；以及本发明第一方面实施例提出的所述电磁笔。

根据本发明实施例的人机交互系统，其内部设置有电磁笔，通过锁相环设定了一个固定频率，并增加了镜像振荡器和镜像传感器，从而在镜像传感器没有接收到压力信号时，镜像振荡器输出上述固定频率，而在镜像传感器接收到压力信号时，则根据该压力信号控制镜像振荡器的输出频率在固定频率的基础上发生相应的偏移。即该人机交互系统能够随着外界压力信号的变化而产生并输出准确的频率，并可根据该频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，另外，该人机交互系统还具有制造成本低的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电磁笔的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的电磁笔的工作流程图；

图3为根据本发明一个实施例的电磁笔的具体应用示意图；

图4为根据本发明另一个实施例的电磁笔的结构示意图；以及

图5为根据本发明又一个实施例的电磁笔的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图详细描述根据本发明实施例的电磁笔及具有其的人机交互系统。

图1为根据本发明一个实施例的电磁笔的结构示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的电磁笔100（图1中未标出），包括：锁相环模块110（图1中未标出）、镜像振荡器120和镜像传感器130。

具体而言，锁相环模块110具有基准频率提供器111、与基准频率提供器111相连的鉴相鉴频器112、与鉴相鉴频器112相连的电荷泵113、与电荷泵113相连的振荡器114和与振荡器114和鉴相鉴频器112相连的除法器115。其中，在本发明的一个实施例中，基准频率提供器111为晶振。

镜像振荡器120与电荷泵113相连，镜像振荡器120为振荡器114的镜像。在发明的一个实施例中，振荡器113与镜像振荡器120相同，均为压控振荡器。

镜像传感器130与镜像振荡器120相连，且镜像传感器130根据检测到的压力信号对镜像振荡器120的输出频率进行调整。

进一步地，结合图1所示，该电磁笔100还包括：传感器140、第一缓冲器150和第二缓冲器160。具体而言，传感器140与振荡器114相连，根据检测到的压力信号对振荡器114的输出频率进行调整。其中，在本发明的一个优选实施例中，镜像传感器130和传感器140均为力敏电阻，从而可将外界的压力转化为电信号。

第一缓冲器150连接在振荡器114和电荷泵113之间，用于隔离振荡器114对锁相环模块110的锁相环路的影响，并输出一个稳定的由锁相环路确定的电压值Vtune。

第二缓冲器160连接在镜像振荡器120和电荷泵113之间，用于隔离镜像振荡器120对锁相环模块110的锁相环路的影响，并输出一个稳定的由锁相环路确定的电压值Vtune。

综上所述，结合图1所示，该电磁笔100在传统的锁相环的基础上，增加了一个额外的压控振荡器（即镜像振荡器120），且镜像振荡器120与振荡器114相同，则该镜像振荡器120和振荡器114同时受锁相环路中电荷泵113产生的控制电压Vtune的控制，从而，振荡器114和镜像振荡器120产生相同的频率。另外，还引入相同的第一缓冲器150和第二缓冲器160，并且在第一缓冲器150和第二缓冲器160之间分别插入了传感器140和镜像传感器130。其中，传感器140和镜像传感器130优选地为力敏电阻，当Vtune信号经过第二缓冲器160，再经过力敏电阻分压后对镜像振荡器120进行控制。需要说明的是，传感器140和镜像传感器130也可以为其他感应器件，此处不作赘述。具体而言，在电磁笔100工作过程中，与镜像振荡器120相连的镜像传感器130实时检测外部的压力信号，如果镜像传感器130未接收到任何压力信号，则此时振荡器114和镜像振荡器120受到相同大小的电压的控制，因此，两者将输出相同的频率；如果镜像传感器130接收到了压力信号，则镜像振荡器120的控制电压发生变化，其输出频率也随之发生改变，偏离于振荡器114的输出频率。

作为一个具体示例，例如：由基准频率提供器111输入一个基准输入频率，并根据锁相环技术，得到一个固定的输出基准频率，记为Fout1，则振荡器114的输出频率为Fout1，基于锁相环的基本原理可得：

Fout1=N*Fref，

其中，N为锁相环模块110中的分频比，其由除法器115设定。Fref为锁相环模块110的输入频率。在上述过程中，需要说明的是，基准输出频率根据实际需要而确定，例如当该频率产生电路作为一个发送源，而接收器的中心频率为100KHZ时，则将基准输出频率设置为100KHZ。

进一步地，将锁相环路中电荷泵113产生的控制电压Vtune通过第二隔离缓冲器160和镜像传感器130，以控制镜像振荡器120产生与锁相环路输出频率Fout1相同的频率，记为Fout2。如果镜像传感器130未检测到任何压力信号，则Fout1等于Fout2；当镜像传感器130检测到外界的压力信号时，Fout2将随之改变，偏离于Fout1，且频率偏移程度随压力信号的强度变化而变化。需要说明的是，镜像传感器130的变化范围决定了镜像振荡器120的输入端电压的变化范围，进而决定了输出频率Fout2的频率变化范围。

其中，在上述示例中，第一缓冲器150和第二缓冲器160相同，且传感器140和镜像传感器130相同，其目的在于保持振荡器114和镜像振荡器120具有更好的一致性。

图2为根据本发明一个实施例的电磁笔的工作流程图。如图2所示，根据本发明一个实施例的电磁笔，其工作流程包括以下步骤：

步骤S201，选取输入基准频率。具体而言，该基准频率的产生一般通过晶振电路实现。

步骤S202，设定锁相环分频比。即选取分频比，通过上述的输入基准频率和该分频比可得到输出基准频率，例如为：Fout1=N*Fref，其中，N为分频比，Fref为输入基准频率。

步骤S203，从环路中抽取Vtune并加入隔离缓冲器。即引出锁相环路的控制电压Vtune，并作为第一缓冲器和第二缓冲器的输入，其中，第一缓冲器的输出端连接振荡器。

步骤S204，复制压控振荡器。即加入与振荡器相同的镜像振荡器，并与第二缓冲器的输出端相连。

步骤S205，插入传感器。即在第一缓冲器和振荡器之间插入传感器，在第二缓冲器和镜像振荡器之间插入镜像传感器，其中，传感器和镜像传感器相同，且优选地，传感器和镜像传感器为力敏电阻。

则在上述过程中，当镜像传感器未检测到压力信号时，镜像振荡器的输出频率（即Fout2）与振荡器的输出频率Fout1相同，即Fout1=Fout2；而当镜像传感器检测到压力信号时，Fout2将发生变化，偏离于Fout1，且Fout2的变化随压力信号的大小而变化。

为了更加具体的描述本发明上述的电磁笔100，以下结合图3-5作为具体的示例对本发明实施例的电磁笔作进一步描述。

图3为根据本发明一个实施例的电磁笔的具体应用示意图。如图3所示，作为一个具体的应用示例，假设需要产生300KHZ的频率，且该频率随外界压力信号变化范围为300KHZ到308KHZ。

具体而言，为了获取300kHZ的频率，如图3所示，选取Fref=30kHZ的晶振电路（即基准频率提供器111），根据传统的锁相环技术，选取分频比为N=10，则通过公式Fout1=N*Fref，即可得到300kHZ的输出基准频率，同时，通过设计确定振荡器114和镜像振荡器120的振荡系数均为300KHZ/V。选取力敏电阻作为传感器140和镜像传感器130，经过第一缓冲器150和第二缓冲器160的电压通过力敏电阻分压以分别控制振荡器114和镜像振荡器120。如果选取力敏电阻RS2（即镜像传感器130）使其阻值随外界压力信号的变化从10K欧姆到14K欧姆，则当外界压力改变RS2的值时，镜像振荡器120的输出频率Fout2随压力的变化变化范围为300KHZ到308KHZ。值得注意的是，在压力信号的检测过程中，需确保与振荡器114相连的传感器140不受外界影响，但不难理解，如果将压力作用到RS1（即传感器140），而保持RS2不受压力，同样会引起镜像振荡器20输出频率Fout2的变化。

如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，在该电磁笔100的中，其镜像振荡器120的频率输出端可连接频率发射器，以将输出频率Fout2发送给相应的接收装置。具体而言，电磁笔100的笔尖压力通过镜像传感器130，以控制镜像振荡器120改变发送频率，接收装置接收到该频率进而判断出笔尖压力的大小。

如图5所示，在该电磁笔100中，镜像振荡器120的频率输出端可连接频率检测器，频率检测器通过对输出频率的判断，进而获得镜像传感器130接收到的压力信号的大小。

根据本发明实施例的电磁笔，通过锁相环设定了一个固定频率，并增加了镜像振荡器和镜像传感器，从而在镜像传感器没有接收到压力信号时，镜像振荡器输出上述固定频率，而在镜像传感器接收到压力信号时，则根据该压力信号控制镜像振荡器的输出频率在固定频率的基础上发生相应的偏移。即该电磁笔能够随着笔压的变化而产生并输出准确的频率，并根据该频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，另外，该电磁笔还具有制造成本低的优点。

本发明还提供了一种人机交互系统，该系统包括：电磁屏和本发明上述实施例的电磁笔100。

根据本发明实施例的人机交互系统，其内部设置有电磁笔，通过锁相环设定了一个固定频率，并增加了镜像振荡器和镜像传感器，从而在镜像传感器没有接收到压力信号时，镜像振荡器输出上述固定频率，而在镜像传感器接收到压力信号时，则根据该压力信号控制镜像振荡器的输出频率在固定频率的基础上发生相应的偏移。即该人机交互系统能够随着外界压力信号的变化而产生并输出准确的频率，并根据该频率推断出压力值，从而提高用户的体验度，另外，该人机交互系统还具有制造成本低的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电磁笔，其特征在于，包括：

锁相环模块，其中，所述锁相环模块具有基准频率提供器、与所述基准频率提供器相连的鉴相鉴频器、与所述鉴相鉴频器相连的电荷泵、与所述电荷泵相连的振荡器和与所述振荡器和所述鉴相鉴频器相连的除法器；

镜像振荡器，所述镜像振荡器与所述电荷泵相连，所述镜像振荡器为所述振荡器的镜像；

镜像传感器，所述镜像传感器与所述镜像振荡器相连，所述镜像传感器根据检测到的压力信号对所述镜像振荡器的输出频率进行调整。

2.如权利要求1所述的电磁笔，其特征在于，所述振荡器与所述镜像振荡器相同。

3.如权利要求1所述的电磁笔，其特征在于，还包括：

传感器，所述传感器与所述振荡器相连，根据检测到的压力信号对所述振荡器的输出频率进行调整。

4.如权利要求1所述的电磁笔，其特征在于，还包括：

第一缓冲器，所述第一缓冲器连接在所述振荡器和所述电荷泵之间；以及

第二缓冲器，所述第二缓冲器连接在所述镜像振荡器和所述电荷泵之间。

5.如权利要求3所述的电磁笔，其特征在于，所述镜像传感器和所述传感器为力敏电阻。

6.如权利要求1所述的电磁笔，其特征在于，所述基准频率提供器为晶振。

7.一种人机交互系统，其特征在于，包括：

电磁屏；以及

如权利要求1-6任一项所述的电磁笔。