CN103941892A - 一种智能家电笔式控制终端及其工作方法 - Google Patents

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辛义忠
房淑娥
周撼宇
崔文光
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Suzhou sunrise Microelectronics Technology Co., Ltd.
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CHANGSHU SIRUIKE ELECTRONIC Co Ltd
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Abstract

一种智能家电笔式控制终端，其属于人机交互技术领域。该控制终端包括圆形薄膜式压力传感器、主控模块、供电模块无线通讯模块和A/D转换器。圆形薄膜式压力传感器接收手指的压力信息并转换为模拟信号传至A/D转换器；A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，并传送到主控模块；主控模块接收和处理由传感器的压力信息转化成的数字信号，并将处理之后的信息传送至无线通讯模块；通过无线通讯模块将触控笔的操作信息的数据传输到主机上；供电模块负责给整个电路提供所需的电源。它保留了传统手写笔在文字书写和绘画的优越性，同时增加了便捷的优越性，用户在握笔姿势下使用该控制终端，通过手指的点击或滑动触摸压力传感器，可实现多种操作命令。

Description

一种智能家电笔式控制终端及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种智能家电笔式控制终端及其工作方法，具体涉及到利用笔式交互界面中的一种手写触控笔来实现对于智能家电的控制，其属于人机交互技术领域。
背景技术
笔式交互是通过计算机软硬件技术及相关领域的研究，来模拟人类“笔录纸现”这种日常的笔纸交互方式。作为智能家电系统的控制终端的一种，笔式控制终端可以更好的为用户提供交互体验，并与大型屏幕输入终端，如电视、智能茶几等，行程良好的配合。
在这种用户界面中，用户可以借助笔式设备在支持手写的屏幕上自由地书写或绘制各种文字和图形，计算机通过对这些输入对象的识别和理解获得执行任务所需要的信息。笔式交互充分利用书写的自然性和墨水丰富的表达能力，使人们更加自然、直观地使用计算机。
笔的优势主要体现在书写和绘画上。然而针对于传统的桌面操作任务（如选取、点击、滑动等操作），人们在使用笔与计算机进行交互时，仍存在如下几个缺点：(1) 在通常的笔式交互系统中，笔只支持二维坐标信息，与鼠标相比输入带宽较低，它不能同时完成选取与操作两个任务；(2) 使用笔式交互设备在浏览网页、文档的过程中，无法像使用鼠标滚轮一样进行页面的快速滚动：只能通过笔点击页面滚动条并滑动，才能实现翻页。这样的操作不但容易出错，而且还非常麻烦、费时费力。
基于上述背景，本发明设计了一个具有高输入带宽、可以方便用户进行目标选择与操作和页面浏览的智能手写触控笔，可以支持多维控制指令为智能家电系统提供控制信号，为用户提供更好的交互式体验。
发明内容
本发明的目的在于克服上述人机交互的缺点和不足，通过为传统的手写触控笔添加薄膜传感器，设计了一种具有多通道输入功能的智能手写触控笔。该触控笔不但保留了传统手写笔在文字书写和绘画的优越性，而且同时还具有了鼠标操作的便捷性。
本发明的技术方案为：一种智能家电笔式控制终端，包括主控模块、供电模块无线通讯模块和A/D转换器，它还包括三个圆形薄膜式压力传感器呈与笔杆同方向的“一”字嵌入到笔杆的前端，所述圆形薄膜式压力传感器的直径为3-5毫米，厚度为0.2-0.22毫米；所述圆形薄膜式压力传感器与A/D转换器（2）电连接，所述主控模块与无线通讯模块和A/D转换器进行电连接，所述供电模块与主控模块、无线通讯模块、A/D转换器和圆形薄膜式压力传感器为电连接。
所述的一种智能家电笔式控制终端的工作方法：所述圆形薄膜式压力传感器接收手指的压力信息并转换为模拟信号传至A/D转换器；A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，并传送到主控模块；主控模块接收和处理由传感器的压力信息转化成的数字信号，并将处理之后的信息传送至无线通讯模块；通过无线通讯模块将触控笔的操作信息的数据传输到主机上；供电模块负责给整个电路提供所需的电源。
该触控笔可以同传统的触控笔一样进行使用，在多种电子设备上执行如：书写、绘画、点击、滑动和选取等操作。使用该触控笔的过程中，用户可以通过手指点击（敲笔动作）/滑动（挠笔动作）压力传感器实现多种操作。使用该笔的过程中，用户可以通过手指点击或滑动触摸位于该笔前端的传感器，进而实现特定的操作命令。
本发明与现有技术相比具有下列优势：
 (1) 增加了笔的功能，提高了操作便捷性。该触控笔不但保留了传统手写笔在文字书写和绘画的优越性，而且同时增加了在鼠标和其他触摸输入设备中才具有的一些便捷优越性。用户在握笔姿势下使用该触控笔，通过手指的点击或滑动触摸压力传感器，可实现多种操作命令。如：在浏览网页、文档时，通过手指滑动可以实现快速的浏览和翻页；在使用该笔选取目标时，通过手指点击可以实现如触发鼠标右键菜单，或者复制、剪切等操作。因此，在很大程度上增加了笔的功能，提高了笔的操作便捷性。
(2) 提高了笔的输入带宽。在统的输入带宽建立在二维坐标输入的基础上，本发明通过为笔增加压力传感器实现了多通道的笔式输入技术。
(3) 简单易用。使用该触控笔在交互界面上进行手写、书画和目标操作时，用户不用改变握笔手的姿势，只需要一个手指的动作，即可完成既定的操作任务。使本发明符合人体工程学的设计。
(4) 交互方式自然。笔式交互是一种自然的人机交互方式。本发明在传统的笔式交互方式基础上，通过增加压力传感器，丰富了笔式交互技术的内容。本发明提出了一种实类似于“挠笔”和“敲笔”的动作。这种操作方式不但简单、自然，易学、易用，而且这些动作本身也具备一定的娱乐性。将这种操作方式和传统笔式交互结合起来，会增加用户的操作体验和使用该设备的兴趣。
(5) 允许用户自定义笔式命令。用户间使用笔的习惯往往不同，如果命令与手势之间的映射只有一种则本发明的应用领域将受到限制。为了避免以上问题，本发明采用用户自定义命令模式来解决以上问题，使得用户可以根据自己的习惯更改命令匹配的方法。这种方法可以拓宽命令的数量，增加了输入性能。
附图说明
图1为一种智能家电笔式控制终端的外观示意图。
图2为一种智能家电笔式控制终端的内部结构图。
图3为一种智能家电笔式控制终端的原理示意图。
图4为一种智能家电笔式控制终端的“敲笔”应用示意图。
图5为一种智能家电笔式控制终端的“挠笔”应用示意图。
图中：1、圆形薄膜式压力传感器，2、A/D转换器，3、主控模块，4、供电模块，5、无线传输模块，6、笔尖，7、笔杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。
本发明整体形状外观如图1所示。从外观上讲，本发明同传统的笔相似，其主要特征为在笔的前端有三个圆形的凸起区域，该凸起区域内部为嵌入到笔中的圆形薄膜式压力传感器1。
本发明所描述手写触控笔的内部结构如图2所示。其中，圆形薄膜式压力传感器1用于检测作用在传感器表面的压力值。该传感器的特点是对压力敏感，可以检测0-110牛顿的力，体积小，直径和厚度仅为5毫米和0.208毫米，容易地嵌入到笔式设备中。为了使用户在保持握笔姿势时能够点击传感器，本发明将这三个圆形薄膜式压力传感器1呈“一”字（与笔杆同方向）嵌入到触控笔的前端，并且这三个圆形薄膜式压力传感器1彼此之间相邻；A/D转换器2负责将传感器的模拟信号转化为数字信号，并传送到主控模块3；主控模块3为整个系统的核心，负责接收和处理传感器的压力信息；经过信息处理之后，主控模块3会将处理之后的信息传送至无线通讯模块5；通过无线通讯模块5，将触控笔的操作信息等数据传输到主机上；供电模块4负责给整个电路提供所需的电源。
本发明的作用原理（见图3）是：每一个圆形薄膜式传感器1均经过一个A/D转换器2，连接至主控模块3的不同引脚。通过不同引脚的连接，主控模块3可以接收并区分来自不同圆形薄膜式传感器1的信息。因此，接收到不同传感器的信息之后，通过主控模块3的信息处理，可以实现不同命令的识别。当用户手指分别点击其中一个圆形薄膜式传感器1时，主控模块3会接收一个圆形薄膜式传感器1的信息，此时可以产生三种不同的点击命令；当用户的手指依次划过三个圆形薄膜式压力传感器1时，主控模块3会接收三个传感器的信息。根据检测到不同圆形薄膜式传感器值的变化和规律，经过主控模块信息处理，此时可以检测到手指的滑动命令。根据这三个传感器压力值的变化次序，进而可以检测到用户手指滑动的方向。
本发明所描述的手写触控笔的实际应用举例如下，但本发明的具体应用不局限于此：
该触控笔同传统的触控笔一样，可在多种电子设备上使用，执行如：书写、绘画、点击、滑动和选取等操作。使用该触控笔的过程中，用户可以通过手指点击（敲笔动作）/滑动（挠笔动作）压力传感器实现多种操作。
该当用户手指点击压力传感器时，传感器可以检测到压力值的变化。点击三个不同的传感器，可以分别映射为不同的命令。点击第一个圆形薄膜式传感器触发单击鼠标左键的功能，点击第二个圆形薄膜式传感器触发单击鼠标右键的功能，点击第三个圆形薄膜式传感器触发改变笔的控制/移动比率。此时，该操作方式类似于“敲笔”的动作，见图4。
当用户手指依次划过这三个压力传感器时，每个传感器都会检测到压力值的变化，此时可以检测识别到用户手指的滑动操作；根据这三个圆形薄膜式传感器压力值的变化次序，进而可以检测到用户手指滑动的方向。通过双向的滑动操作，可实现类似于触摸设备的手指滑动（flick）和类似于鼠标滚轮的功能。如：翻页、快速浏览网页和文档。手指滑动方向与笔尖相反，实现向下滚屏或翻页；手指滑动方向与笔尖相同，实现向上滚屏或翻页。此时，该操作方式类似于“挠笔”的动作，见图5。
在本发明中，可以映射的命令种类不局限于此。上述举例只是为了便于说明上述不同操作方式的特点。本发明允许用户根据特定的场景和需要，设定触发的操作命令。

Claims (2)

1.一种智能家电笔式控制终端，包括主控模块（3）、供电模块（4）无线通讯模块（5）和A/D转换器（2），其特征在于：它还包括三个圆形薄膜式压力传感器（1）呈与笔杆（7）同方向的“一”字嵌入到笔杆（7）的前端，所述圆形薄膜式压力传感器（1）的直径为3-5毫米，厚度为0.2-0.22毫米；所述圆形薄膜式压力传感器（1）与A/D转换器（2）电连接，所述主控模块（3）与无线通讯模块（5）和A/D转换器（2）进行电连接，所述供电模块（4）与主控模块（3）、无线通讯模块（5）、A/D转换器（2）和圆形薄膜式压力传感器（1）为电连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能家电笔式控制终端的工作方法，其特征在于：所述圆形薄膜式压力传感器（1）接收手指的压力信息并转换为模拟信号传至A/D转换器（2）；A/D转换器（2）将模拟信号转化为数字信号，并传送到主控模块（3）；主控模块（3）接收和处理由传感器的压力信息转化成的数字信号，并将处理之后的信息传送至无线通讯模块（5）；通过无线通讯模块（5）将触控笔的操作信息的数据传输到主机上；供电模块（4）负责给整个电路提供所需的电源。
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