CN103941890A - 一种无线供电的手写笔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及手写笔领域，尤其涉及一种无线供电的手写笔，包括手写笔端和手写板端，所述手写板端包括：充电发射电路和接收天线，所述手写笔端包括：充电接收转换电路和振荡电路，所述充电发射电路通过接收天线向手写笔端无线供电，所述充电接收转换电路用于接收接收天线发来的信号，所述手写笔端还设置有频率调节结构，用于配合振荡电路产生一个可调整的频率，本发明通过由手写板端向手写笔端无线供电的方式，使得手写笔在使用过程中不用更换电池，不用充电，且手写笔端结构简单、装配方便、成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及手写笔领域，尤其涉及一种无线供电的手写笔。
背景技术
写字板(或点读机)的产品通常使用手写笔(或点读笔)，手写笔一般采用电容、电感等组成谐振或者振荡电路，在使用过程中，触发笔中的结构装置，使电容值或是电感值发生变化，从而改变发射电磁波的频率，写字板的天线部分感应到发射频率，并将其转换为电信号，经信号放大、信号波形处理，处理器的运算，识别出手写笔的位置、运动轨迹、笔迹的粗细，根据应用场景在显示屏上显示或者是音频提示。
现有的手写笔多采用电池供电或有线充电，这样就增加了手写笔的体积和重量，使用不便。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无线供电的手写笔，使用过程中不用更换电池，不用充电，且结构简单、装配方便、成本较低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种无线供电的手写笔，包括手写笔端和手写板端，所述手写板端包括：充电发射电路和接收天线，所述手写笔端包括：充电接收转换电路和振荡电路，所述充电发射电路通过接收天线向手写笔端无线供电，所述充电接收转换电路用于接收接收天线发来的信号，所述手写笔端还设置有频率调节结构，用于配合振荡电路产生一个可调整的频率。
其中，所述充电发射电路包括：R1电阻、R2电阻、R3电阻、Q1三极管和L2电感，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R2电阻的一端及Q1三极管的基极，R2电阻的另一端、R1电阻的一端与3.3V电源连接，R1电阻的另一端与Q1三极管的集电极连接，Q1三极管的发射极与R3电阻的一端和L2电感的一端连接在一起，R3电阻的另一端接地，L2电感的另一端接地。
其中，所述充电发射电路包括：R5电阻、Q2三极管、L4电感和C7电容，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R5电阻的一端及Q2三极管的基极，R5电阻的另一端、L4电感的一端、C7电容的一端与3.3V电源连接，L4电感的另一端、C7电容的另一端与Q2三极管的集电极连接，Q2三极管的发射极接地。
其中，所述充电接收转换电路包括：C1可变电容、C2电容、C3电容、C4电容、C5电容、C6电容、L1电感、D1二极管、D2二极管、D3二极管、D4二极管和U1稳压模块，所述C1可变电容的一端与C2电容的一端、L1电感的一端、D1二极管的负极、D2二极管的正极连接在一起，所述C1可变电容的另一端与C2电容的另一端、L1电感的另一端、D3二极管的负极、D4二极管的正极连接在一起，D1二极管的正极和D3二极管的正极一起接地，D2二极管的负极和D4二极管的负极、C3电容的一端、C4电容的一端、U1稳压模块的管脚3连接在一起，C3电容的另一端接地，C4电容的另一端接地，U1稳压模块的管脚2接地，U1稳压模块的管脚1与C6电容的一端、C5电容的一端一起连接到VCC电源端，C5电容的另一端接地，C6电容的另一端接地。
其中，所述振荡电路包括：R4电阻、R6电阻、R7电阻、C8电容、C9可变电容、C10电容、C11电容、C12电容、Q3三极管和L3可变电感，R4电阻的一端与C8电容的一端、C9可变电容的一端、L3可变电感的一端一起连接到VCC电源端，R4电阻的另一端与Q3三极管的基极、C11电容的一端连接，Q3三极管的集电极与C8电容的另一端、C9可变电容的另一端、L3可变电感的另一端、C10电容的一端连接，Q3三极管的发射极与R6电阻的一端连接，R6电阻的另一端与R7电阻的一端、C10电容的另一端、C12电容的一端连接，C11电容的另一端与R7电阻的另一端、C12电容的另一端一起接地。
其中，所述频率调节结构中设置有可变电容或可变电感，在使用手写笔书写过程中，手写笔端受力，改变所述可变电容或可变电感的大小，从而改变所述振荡电路产生的频率的大小。
其中，所述频率调节结构包括：第一电感线圈、第二电感线圈、磁芯、磁芯推杆、第一回位弹簧、回位杆和第一笔芯，所述第一电感线圈和第二电感线圈组成电感线圈组，所述第一电感线圈内设置有通孔，所述磁芯设置于通孔内，所述磁芯的一端与磁芯推杆的一端紧密连接，所述磁芯推杆的另一端与第一笔芯紧密连接，在使用手写笔书写过程中，所述第一笔芯推动磁芯推杆，使磁芯在所述第一电感线圈内运动，改变了所述电感线圈组的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述磁芯的另一端通过回位杆和第一回位弹簧连接，当手写笔端离开手写板端时，第一回位弹簧使磁芯回到原位。
其中，所述频率调节结构包括：第二笔芯、第二推杆、导电片、陶瓷电容片、第一电极和第二电极，所述导电片与第二推杆的一端紧密连接，所述第二推杆的另一端与第二笔芯紧密连接，所述第一电极与陶瓷电容片连接，所述第二电极与导电片连接，所述第一电极和第二电极之间形成可变电容，所述导电片与陶瓷电容片之间设置有环形绝缘片，所述导电片、陶瓷电容片与环形绝缘片之间形成间隙，在使用手写笔书写过程中，由于第二推杆的挤压，所述间隙变小，导致所述可变电容的电容值发生变化，进而改变所述频率调节结构的频率。
其中，所述频率调节结构包括：第三笔芯、铜环、第三推杆、第三电感线圈和第三回位弹簧，所述第三电感线圈固定于手写笔端的内侧壁上，所述第三笔芯上设置有凸起结构，在使用手写笔书写过程中，所述凸起结构带动铜环远离第三电感线圈，改变所述第三电感线圈的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述铜环与第三推杆的一端卡接，所述第三推杆的另一端和第三回位弹簧连接，当手写笔端离开手写板端时，第三回位弹簧使铜环回到原位。
本发明的有益效果为：一种无线供电的手写笔，包括手写笔端和手写板端，所述手写板端包括：充电发射电路和接收天线，所述手写笔端包括：充电接收转换电路和振荡电路，所述充电发射电路通过接收天线向手写笔端无线供电，所述充电接收转换电路用于接收接收天线发来的信号，所述手写笔端还设置有频率调节结构，用于配合振荡电路产生一个可调整的频率，本发明通过由手写板端向手写笔端无线供电的方式，使得手写笔在使用过程中不用更换电池，不用充电，且手写笔端结构简单、装配方便、成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种无线供电的手写笔的结构图。
图2是本发明实施例一提供的充电发射电路的电路图。
图3是本发明实施例二提供的充电发射电路的电路图。
图4是本发明实施例一提供的振荡电路的电路图。
图5是本发明实施例一提供的充电接收转换电路的电路图。
图6是本发明实施例三提供的充电接收转换电路的电路图。
图7是本发明实施例一提供的频率调节结构图。
图8是本发明实施例四提供的频率调节结构图。
图9是本发明实施例五提供的频率调节结构图。
其中，1-第一电感线圈，2-第二电感线圈，3-磁芯，4-磁芯推杆，5-第一回位弹簧，6-回位杆，7-第一笔芯，8-第二笔芯，9-第二推杆，10-导电片，11-陶瓷电容片，12-第一电极，13-第二电极，14-第三笔芯，15-铜环，16-第三推杆，17-第三电感线圈，18-第三回位弹簧。
具体实施方式
下面结合图1-图9并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种无线供电的手写笔的结构图。
一种无线供电的手写笔，包括手写笔端和手写板端，所述手写板端包括：充电发射电路和接收天线，所述手写笔端包括：充电接收转换电路和振荡电路，所述充电发射电路通过接收天线向手写笔端无线供电，所述充电接收转换电路用于接收接收天线发来的信号，所述手写笔端还设置有频率调节结构，用于配合振荡电路产生一个可调整的频率。
在本实施例中，通过由手写板端向手写笔端无线供电的方式，使得手写笔在使用过程中不用更换电池，不用充电，且手写笔端结构简单、装配方便、成本较低。
在本实施例中，所述充电接收转换电路具有接收、整流、滤波和稳压输出的功能。
如图2所示，在本实施例中，所述充电发射电路包括：R1电阻、R2电阻、R3电阻、Q1三极管和L2电感，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R2电阻的一端及Q1三极管的基极，R2电阻的另一端、R1电阻的一端与3.3V电源连接，R1电阻的另一端与Q1三极管的集电极连接，Q1三极管的发射极与R3电阻的一端和L2电感的一端连接在一起，R3电阻的另一端接地，L2电感的另一端接地。
在本实施例中，手写板端的主芯片产生一个固定频率的PWM信号，经过Q1三极管组成的射极跟随器，提升驱动电流增强发射能力，Q1三极管的发射极连接到由电感线圈组成的接收天线上。
如图5所示，在本实施例中，所述充电接收转换电路包括：C1可变电容、C2电容、C3电容、C4电容、C5电容、C6电容、L1电感、D1二极管、D2二极管、D3二极管、D4二极管和U1稳压模块，所述C1可变电容的一端与C2电容的一端、L1电感的一端、D1二极管的负极、D2二极管的正极连接在一起，所述C1可变电容的另一端与C2电容的另一端、L1电感的另一端、D3二极管的负极、D4二极管的正极连接在一起，D1二极管的正极和D3二极管的正极一起接地，D2二极管的负极和D4二极管的负极、C3电容的一端、C4电容的一端、U1稳压模块的管脚3连接在一起，C3电容的另一端接地，C4电容的另一端接地，U1稳压模块的管脚2接地，U1稳压模块的管脚1与C6电容的一端、C5电容的一端一起连接到VCC电源端，C5电容的另一端接地，C6电容的另一端接地。
在本实施例中，充电发射天线的区域范围大于或等于手写识别区域，当手写笔在手写区域范围时，所述充电接收转换电路上的C2电容、C1电容、L1电感耦合到接收天线的脉冲信号，经过D1二极管、D2二极管、D3二极管、D4二极管整流，C3电容、C4电容滤波，输出直流电平，考虑到手写笔端在实际书写过程中距手写板端的距离不一定相同，导致耦合的信号强度不同，输出电平也不同，增加一级由U1稳压模块、C5电容和C6电容组成的稳压电路，以提高输出电平的稳定性。
如图4所示，在本实施例中，所述振荡电路包括：R4电阻、R6电阻、R7电阻、C8电容、C9可变电容、C10电容、C11电容、C12电容、Q3三极管和L3可变电感，R4电阻的一端与C8电容的一端、C9可变电容的一端、L3可变电感的一端一起连接到VCC电源端，R4电阻的另一端与Q3三极管的基极、C11电容的一端连接，Q3三极管的集电极与C8电容的另一端、C9可变电容的另一端、L3可变电感的另一端、C10电容的一端连接，Q3三极管的发射极与R6电阻的一端连接，R6电阻的另一端与R7电阻的一端、C10电容的另一端、C12电容的一端连接，C11电容的另一端与R7电阻的另一端、C12电容的另一端一起接地。
在本实施例中，振荡电路的频率的产生采用电容三点式振荡器产生一个可调整的频率。
在本实施例中，所述频率调节结构中设置有可变电容或可变电感，在使用手写笔书写过程中，手写笔端受力，改变所述可变电容或可变电感的大小，从而改变所述振荡电路产生的频率的大小。
在本实施例中，所述充电发射电路发射的信号，经手写板端接收天线接收，信号放大器放大，经比较器与参考电平比较，还原成方波，方波的频率与发射信号的频率相同，书写过程中，手写笔用力的大小，促使可变的电容或电感的值发生变化，发射的信号频率也随之发生变化；比较后的信号连接到信号处理芯片的中断IO口，通过外部时钟源中断计数的方式，读取上升沿或下降沿的个数，统计开始到结束的时间，计算出频率，识别压力的大小，通常书写过程中，用力越大笔迹越粗，经过处理可以实现写在纸上的笔迹同显示在屏幕上的笔迹相似的效果。
例如，当手写时施加10克力，手写笔发射的频率是454.545KHZ,经过手写板接收天线接收，信号放大器放大，比较器后，处理芯片的中断IO口，22us的时间有10个上升沿(或是下降沿)，可以计算出频率＝1/(22/10)约等于454.545KHZ。
手写时施加100克力，手写笔发射的频率是416.667KHZ,经过手写板接收天线接收，信号放大器放大，比较器后，处理芯片的中断IO口，24us的时间有10个上升沿(或是下降沿)，可以计算出频率＝1/(24/10)约等于416.667KHZ。
如图7所示，在本实施例中，所述频率调节结构包括：第一电感线圈1、第二电感线圈2、磁芯3、磁芯推杆4、第一回位弹簧5、回位杆6和第一笔芯7，所述第一电感线圈1和第二电感线圈2组成电感线圈组，所述第一电感线圈1内设置有通孔，所述磁芯3设置于通孔内，所述磁芯3的一端与磁芯推杆4的一端紧密连接，所述磁芯推杆4的另一端与第一笔芯7紧密连接，在使用手写笔书写过程中，所述第一笔芯7推动磁芯推杆4，使磁芯3在所述第一电感线圈1内运动，改变了所述电感线圈组的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述磁芯3的另一端通过回位杆6和第一回位弹簧5连接，当手写笔端离开手写板端时，第一回位弹簧5使磁芯3回到原位。
在本实施例中，所述频率调节结构通过笔芯的运动来带动电感的变化，从而实现频率调节的功能，根据频率的大小来识别笔芯收到的压力的大小，这种频率调节结构结构简单、装配方便、成本低。
在本实施例中，所述笔芯可以从手写笔中拔出，更换为可写笔芯。
在本实施例中，将所述电感线圈组分为两个电感线圈，可以减小手写笔头部电感的尺寸，使手写笔的笔头做的更小，同时能充分利用笔头有限的空间，放置如换笔机构等其他机构。
实施例二
如图3所示，作为另一种实施例，所述充电发射电路包括：R5电阻、Q2三极管、L4电感和C7电容，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R5电阻的一端及Q2三极管的基极，R5电阻的另一端、L4电感的一端、C7电容的一端与3.3V电源连接，L4电感的另一端、C7电容的另一端与Q2三极管的集电极连接，Q2三极管的发射极接地。
在本实施例中，手写板端的主芯片产生一个固定频率的PWM信号，经过Q2三极管组成的放大电路，接收天线连接在Q2三极管的集电极上，L4电感与C7电容并联，组成谐振电路，可以提升反射信号的幅值，手写笔端也可以收到较大的幅值，提供的电压较高。
实施例三
如图6所示，在本实施例中，所述充电接收转换电路包括：C13可变电容、C14电容、C15电容、C16电容、C17电容、C18电容、L5电感、D5二极管和U2稳压模块，所述C13可变电容的一端与C14电容的一端、L5电感的一端、D5二极管的正极连接在一起，所述C13可变电容的另一端与C14电容的另一端、L5电感的另一端一起接地，D5二极管的负极、C15电容的一端、C16电容的一端、U2稳压模块的管脚3连接在一起，C15电容的另一端接地，C16电容的另一端接地，U2稳压模块的管脚2接地，U2稳压模块的管脚1与C17电容的一端、C18电容的一端一起连接到VCC电源端，C17电容的另一端接地，C18电容的另一端接地。
实施例四
如图8所示，作为另一种实施例，所述频率调节结构包括：第二笔芯8、第二推杆9、导电片10、陶瓷电容片11、第一电极12和第二电极13，所述导电片10与第二推杆9的一端紧密连接，所述第二推杆9的另一端与第二笔芯8紧密连接，所述第一电极12与陶瓷电容片11连接，所述第二电极13与导电片10连接，所述第一电极12和第二电极13之间形成可变电容，所述导电片10与陶瓷电容片11之间设置有环形绝缘片，所述导电片10、陶瓷电容片11与环形绝缘片之间形成间隙，在使用手写笔书写过程中，由于第二推杆9的挤压，所述间隙变小，导致所述可变电容的电容值发生变化，进而改变所述频率调节结构的频率。
在本实施例中，所述频率调节结构通过笔芯的运动来带动电容的变化，从而实现频率调节的功能，根据频率的大小来识别笔芯收到的压力的大小，这种频率调节结构结构简单、装配方便、成本低。
在本实施例中，较小的移动距离对电容值的改变较大，使笔芯经过较小的位移，就能实现压感的功能，提升了书写体验。
实施例五
如图9所示，作为另一种实施例，所述频率调节结构包括：第三笔芯14、铜环15、第三推杆16、第三电感线圈17和第三回位弹簧18，所述第三电感线圈17固定于手写笔端的内侧壁上，所述第三笔芯14上设置有凸起结构，在使用手写笔书写过程中，所述凸起结构带动铜环15远离第三电感线圈17，改变所述第三电感线圈17的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述铜环15与第三推杆16的一端卡接，所述第三推杆16的另一端和第三回位弹簧18连接，当手写笔端离开手写板端时，第三回位弹簧18使铜环15回到原位。
在本实施例中，所述频率调节结构通过笔芯的运动来带动电感的变化，从而实现频率调节的功能，根据频率的大小来识别笔芯收到的压力的大小，这种频率调节结构结构简单、装配方便、成本低。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何结构解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些结构都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无线供电的手写笔，包括手写笔端和手写板端，其特征在于，所述手写板端包括：充电发射电路和接收天线，所述手写笔端包括：充电接收转换电路和振荡电路，所述充电发射电路通过接收天线向手写笔端无线供电，所述充电接收转换电路用于接收接收天线发来的信号，所述手写笔端还设置有频率调节结构，用于配合振荡电路产生一个可调整的频率。
2.根据权利要求1所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述充电发射电路包括：R1电阻、R2电阻、R3电阻、Q1三极管和L2电感，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R2电阻的一端及Q1三极管的基极，R2电阻的另一端、R1电阻的一端与3.3V电源连接，R1电阻的另一端与Q1三极管的集电极连接，Q1三极管的发射极与R3电阻的一端和L2电感的一端连接在一起，R3电阻的另一端接地，L2电感的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述充电发射电路包括：R5电阻、Q2三极管、L4电感和C7电容，所述手写板端的主芯片发出的PWM信号传输到R5电阻的一端及Q2三极管的基极，R5电阻的另一端、L4电感的一端、C7电容的一端与3.3V电源连接，L4电感的另一端、C7电容的另一端与Q2三极管的集电极连接，Q2三极管的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述充电接收转换电路包括：C1可变电容、C2电容、C3电容、C4电容、C5电容、C6电容、L1电感、D1二极管、D2二极管、D3二极管、D4二极管和U1稳压模块，所述C1可变电容的一端与C2电容的一端、L1电感的一端、D1二极管的负极、D2二极管的正极连接在一起，所述C1可变电容的另一端与C2电容的另一端、L1电感的另一端、D3二极管的负极、D4二极管的正极连接在一起，D1二极管的正极和D3二极管的正极一起接地，D2二极管的负极和D4二极管的负极、C3电容的一端、C4电容的一端、U1稳压模块的管脚3连接在一起，C3电容的另一端接地，C4电容的另一端接地，U1稳压模块的管脚2接地，U1稳压模块的管脚1与C6电容的一端、C5电容的一端一起连接到VCC电源端，C5电容的另一端接地，C6电容的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述振荡电路包括：R4电阻、R6电阻、R7电阻、C8电容、C9可变电容、C10电容、C11电容、C12电容、Q3三极管和L3可变电感，R4电阻的一端与C8电容的一端、C9可变电容的一端、L3可变电感的一端一起连接到VCC电源端，R4电阻的另一端与Q3三极管的基极、C11电容的一端连接，Q3三极管的集电极与C8电容的另一端、C9可变电容的另一端、L3可变电感的另一端、C10电容的一端连接，Q3三极管的发射极与R6电阻的一端连接，R6电阻的另一端与R7电阻的一端、C10电容的另一端、C12电容的一端连接，C11电容的另一端与R7电阻的另一端、C12电容的另一端一起接地。
6.根据权利要求5所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述频率调节结构中设置有可变电容或可变电感，在使用手写笔书写过程中，手写笔端受力，改变所述可变电容或可变电感的大小，从而改变所述振荡电路产生的频率的大小。
7.根据权利要求6所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述频率调节结构包括：第一电感线圈(1)、第二电感线圈(2)、磁芯(3)、磁芯推杆(4)、第一回位弹簧(5)、回位杆(6)和第一笔芯(7)，所述第一电感线圈(1)和第二电感线圈(2)组成电感线圈组，所述第一电感线圈(1)内设置有通孔，所述磁芯(3)设置于通孔内，所述磁芯(3)的一端与磁芯推杆(4)的一端紧密连接，所述磁芯推杆(4)的另一端与第一笔芯(7)紧密连接，在使用手写笔书写过程中，所述第一笔芯(7)推动磁芯推杆(4)，使磁芯(3)在所述第一电感线圈(1)内运动，改变了所述电感线圈组的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述磁芯(3)的另一端通过回位杆(6)和第一回位弹簧(5)连接，当手写笔端离开手写板端时，第一回位弹簧(5)使磁芯(3)回到原位。
8.根据权利要求6所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述频率调节结构包括：第二笔芯(8)、第二推杆(9)、导电片(10)、陶瓷电容片(11)、第一电极(12)和第二电极(13)，所述导电片(10)与第二推杆(9)的一端紧密连接，所述第二推杆(9)的另一端与第二笔芯(8)紧密连接，所述第一电极(12)与陶瓷电容片(11)连接，所述第二电极(13)与导电片(10)连接，所述第一电极(12)和第二电极(13)之间形成可变电容，所述导电片(10)与陶瓷电容片(11)之间设置有环形绝缘片，所述导电片(10)、陶瓷电容片(11)与环形绝缘片之间形成间隙，在使用手写笔书写过程中，由于第二推杆(9)的挤压，所述间隙变小，导致所述可变电容的电容值发生变化，进而改变所述频率调节结构的频率。
9.根据权利要求6所述的一种无线供电的手写笔，其特征在于，所述频率调节结构包括：第三笔芯(14)、铜环(15)、第三推杆(16)、第三电感线圈(17)和第三回位弹簧(18)，所述第三电感线圈(17)固定于手写笔端的内侧壁上，所述第三笔芯(14)上设置有凸起结构，在使用手写笔书写过程中，所述凸起结构带动铜环(15)远离第三电感线圈(17)，改变所述第三电感线圈(17)的电感值，进而改变所述频率调节结构的频率，所述铜环(15)与第三推杆(16)的一端卡接，所述第三推杆(16)的另一端和第三回位弹簧(18)连接，当手写笔端离开手写板端时，第三回位弹簧(18)使铜环(15)回到原位。
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