CN106095174A - 电子白板主动笔及触控输入系统和驱动方法 - Google Patents

电子白板主动笔及触控输入系统和驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子白板主动笔、触控输入系统及其驱动方法，在主动笔内设置有微控制器，包括按键开关模块、放大电路模块和高压升压模块，还包括压力传感器模块和笔尖模块，其笔尖模块用于传输高压升压模块处理后的高压驱动信号，其放大电路模块用于放大由压力传感器模块采集到的压力信号，其按键开关模块用于实现按键的打开和关闭功能。本发明通过改变主动笔作用于电子白板上的形变量来实现压力信号量输出的变化，根据压力信号模拟真实笔触与线条，使主动笔能感测用户书写力度的变化，从而可以根据书写力度的变化来改变笔迹的粗细。本发明通过按压主动笔上的按键开关，发出按键开关状态信号，进而实现书写笔迹颜色的自由切换，人机互动效果好。

Description

电子白板主动笔及触控输入系统和驱动方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种电子白板主动笔、触控输入系统及其驱动方法。
背景技术
电子白板作为新兴产品，是一种汇集了尖端电子技术、软件技术等多种高科技手段的高新技术产品。电子白板通过与计算机或投影仪相配合使用，可以实现无纸化办公和教学，它可以像普通白板或教学黑板一样直接书写。电子白板的优势在于人机互动良好，操作者可以直接在电子白板上对文档和软件进行操作，非常的方便和直观。
目前用于电子白板上触摸屏的手写笔主要包括被动笔和主动笔。其中，被动笔的作用相当于人的手指，当被动笔接触触摸显示器时，触摸显示器有一小部分电流从触摸点处流入被动笔，这等效为触摸点处电极电容的改变，触摸显示器的触控芯片通过检测电极电容的变化可以确定出触摸点的位置，被动笔无法表达笔压力值的大小，因此无法表现出文字的线条以及粗细美感。而主动笔是可以改善被动笔的不足，主动笔是在现有电容式触摸屏系统的硬件基础上实现的技术。
现有技术中，电子白板领域还未普及使用主动笔，即使个别使用主动笔的电子白板，在精准度和书写用户体验方面不足。然而，越来越多的应用软件需要更高精度的触摸，由于手指较粗所以很难在屏幕上进行精确书写和快速书写。并且，现有技术的主动笔书写无笔迹颜色切换功能，无法很好的表现出文字线条的粗细和颜色美感，极大的影响了用户的操作体验。因此，研发一种精度较好、成本较低、用户体验好的电子白板主动笔、触控输入系统等成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种电子白板主动笔、触控输入系统及其驱动方法，不但能实现不同粗细的书写笔迹，而且可实现书写笔迹颜色的自由切换。
本发明目的之一是提供电子白板主动笔，与电子白板相配合设置，在主动笔内设置有微控制器，包括与所述微控制器分别连接的按键开关模块、放大电路模块和高压升压模块，还包括压力传感器模块和笔尖模块，所述微控制器包括电源测量管理模块、按键处理模块、无线模块和AD转换模块，所述笔尖模块用于传输高压升压模块处理后的高压驱动信号，所述高压升压模块将微控制器处理后的输出信号进行高压升压处理，提供高压驱动信号，所述的压力传感器模块根据笔尖模块作用于电子白板上形变量输出对应的压力感应信号。
本发明电子白板主动笔，进一步地，设置一与所述微控制器通信连接的电池模块，所述电池模块用于给微控制器提供电源，所述电源测量管理模块用于对电池模块进行电量测量和电源管理。
本发明电子白板主动笔，进一步地，所述按键开关模块包括一个或多个按键开关，所述按键开关包括机械按键开关或触摸按键开关，按键开关模块与微控制器具体有通信连接，使按键处理模块测量按键开关模块的按键开关状态信息。
本发明电子白板主动笔，进一步地，所述的放大电路模块用于放大压力传感器采集到的压力信号，所述放大电路模块与微控制器具有通信连接，使AD转换模块将放大电路模块处理后的压力信号转换成1024阶数字信号。
本发明电子白板主动笔，进一步地，所述无线模块用于将AD转换模块转换后的压力数字信号，按键开关状态信息，电池电量信息以一定的频率发送给触控芯片。
本发明目的之二是提供一种电子白板触控输入系统，包括电子白板和主动笔，所述电子白板包括触摸屏，所述触摸屏包括多个触控电极及与所述触控电极连接的触控芯片，所述触控芯片根据各所述触控电极收到的高压驱动信号，检测各所述触控电极的电容变化量，计算出主动笔的坐标位置信息，所述触控芯片接收并处理所述主动笔发射的信息。按键开关状态信息及电池电量信息并做处理。包括压力信息、按键开关状态信息及电池电量信息。
本发明电子白板触控输入系统，进一步地，还包括控制主板和与其连接的显示器，所述控制主板用来接收并处理触控芯片发送来的坐标位置信息、压力信息、按键开关状态信息及电池电量信息，然后在显示器上显示以实现实时人机交互功能。
基于上述电子白板主动笔和电子白板触控输入系统的设计，本发明还提供电子白板触控输入系统的驱动方法，包括下述步骤：
-----压力传感器模块根据所述主动笔作用于电子白板上的形变量输出对应的压力感应信号；
-----放大电路模块将接收到的压力感应信号进行相应倍数的放大处理；
-----微控制器中的AD转换模块将放大电路模块处理后的压力信号转换成1024阶压力数字信号；
-----微控制器中的按键处理模块测量按键开关模块的按键开关状态信息；
-----微控制器中的电源测量管理模块用于对电池模块进行电量测量和电源管理；
-----微控制器中的无线模块用于将AD转换模块转换后的压力数字信号，按键开关状态信息，电池电量信息以一定的频率发送给触控芯片；
-----高压升压模块将微控制器处理后的输出信号进行高压升压处理，提供高压驱动信号；
-----笔尖模块将主动笔高压驱动信号发送至电子白板。
本发明电子白板触控输入系统的驱动方法，进一步地，电子白板中触控芯片根据接收到的主动笔高压驱动信号，检测各触控电极的电容变化量，得到主动笔坐标位置信息，触控芯片通过内部的无线模块接收主动笔发射出来的压力信息，按键开关状态信息及电池电量信息并做处理。
本发明电子白板触控输入系统的驱动方法，更进一步地，控制主板将主动笔的坐标位置信息、压力信息及按键开关状态信息反馈至显示器，显示器根据坐标位置信息和压力信息显示笔迹粗细，显示器根据按键开关状态信息显示笔迹颜色。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
①本发明通过改变主动笔作用于电子白板上的形变量来实现压力信号量输出的变化，根据压力信号模拟真实笔触与线条，使主动笔能感测用户书写力度的变化，从而可以根据书写力度的变化来改变笔迹的粗细；
②本发明通过按压主动笔上的按键开关，发出按键开关状态信号，进而实现书写笔迹颜色的自由切换，用户体验人机互动效果好；
③本发明微控制器与高压升压模块具有通信连接，高压升压模块将微控制器处理后的输出信号进行高压处理，具有更强的驱动能力及抗干扰能力，使上述笔迹粗细显示精度高，使上述笔迹颜色精度高色彩度好；
④本发明供电方式多样，采用可反复充电的电池模块供电，满足不同用户的需求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明电子白板主动笔结构示意图；
图2是本发明电子白板触控输入系统结构示意图；
图3是本发明电子白板主动笔工作原理图；
图4是本发明电子白板主动笔中按键开关模块结构框图；
图5是本发明电子白板主动笔无线发射模块通讯数据格式示意图；
图6是本发明电子白板触控输入系统的驱动方法的流程图。
图中各附图标记的含义如下。
1 主动笔 100 电池模块
101 微控制器 102 按键开关模块
103 放大电路模块 104 压力传感器模块
105 高压升压模块 106 笔尖模块
2 电子白板 201 触摸屏
202 触控电极 203 触控芯片
204 显示器 205 控制主板
301 压力数据 302 按键开关状态数据
303 电池状态信息数据 304 CRC校验位
1011 电源测量管理模块 1012 按键处理模块
1013 无线模块 1014 AD转换模块
1021 按键A 1022 按键B
1023 按键C
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本发明的范围。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一、电子白板主动笔
参见图1至图4，一种电子白板主动笔，与电子白板2相配合设置，在主动笔1内设置有微控制器101，包括与所述微控制器101分别连接的按键开关模块102、放大电路模块103和高压升压模块105，还包括压力传感器模块104和笔尖模块106，所述笔尖模块106用于传输高压升压模块105处理后的高压驱动信号，所述放大电路模块103用于放大由压力传感器模块104采集到的压力信号，所述按键开关模块102用于实现按键打开和关闭功能。
设置有压力传感器模块104，该压力传感器模块104根据笔尖模块106作用于电子白板2上形变量输出对应的压力感应信号。压力传感器模块104输出压力感应信号的电压值或电流值随所述形变量的增大而增大，或是压力传感器模块104输出压力感应信号的电压值或电流值随所述形变量的减小而减小，从而压力传感器模块104可以轻松检测1024阶的笔尖压力，实现书写力度的感应。因此，本发明通过改变主动笔作用于电子白板上的形变量来实现压力信号量输出的变化，根据压力信号模拟真实笔触与线条，使主动笔能感测用户书写力度的变化，从而可以根据书写力度的变化来改变笔迹的粗细。
应当说明的是，放大电路模块103用于放大压力传感器104采集到的压力信号，所述放大电路模块103与微控制器101具有通信连接，使AD转换模块1014将放大电路模块103处理后的压力信号转换成1024阶数字信号。所述无线模块1013用于将AD转换模块1014转换后的压力数字信号，按键开关状态信息，电池电量信息以一定的频率发送给触控芯片203。
如图3所示，本发明电子白板主动笔的工作原理图，主动笔1基于互容式的触摸屏结构上，主动笔1发射信号来取代触摸屏上TX通道，而此时触摸屏上的TX通道转换为RX通道和原来的RX通道轮流在X和Y轴感测主动笔的发射信号，通过定位X和Y轴上的电容峰值交叉点来得到主动笔的位置信息。
该触控屏201也可以采用自电容原理。通过研究发现触摸屏201传感器模式中TX电极和RX电极的形状，直接关系到耦合信号的强度和像素响应曲线的形状。触摸屏201的TX电极和RX电极在主动笔1操作状态均会作为接收器，这时触控芯片203侦测到的电容是主动笔1笔尖和TX、RX电极之间的耦合电容。
具体说明所设置的按键开关模块102及其工作原理，本发明通过该按压主动笔上的按键开关模块102、微控制器101中的按键处理模块1012，测量按键开关模块102的按键开关状态信息，微控制器101中的无线模块1013用于将按键开关状态信息以一定的频率发送给触控芯片203，触控芯片203将主动笔按键开关信息发送给控制主板205，进而实现书写笔迹颜色的自由切换，用户体验人机互动效果好。优选地，所述按键开关模块102包括一个或多个按键开关，所述按键开关包括机械按键开关和触摸按键开关。
举例，如图4，按键开关模块102包括但不限于按键A1021、按键B1022和按键C1023，可根据需要设置多个按键。上述按键A1021、按键B1022和按键C1023通过GPIO(总线扩展器)分别跟微控制器101进行通信连接，微控制器101中的按键处理模块1012测量按键A，按键B和按键C的按键开关状态信息。如果按键开关模块102采用机械按键，微控制器101中的按键处理模块1012根据连接按键A，按键B和按键C的GPIO口电平高低判断按键的开关状态，GPIO口电平为低，说明按键被按下，GPIO口电平为高，说明按键抬起。
如果按键开关模块102采用触摸按键，微控制器101中的按键处理模块1012根据按键A，按键B和按键C上的电容触摸变化量判断按键的开关状态，按键上的触摸变化量大于触摸阀值，说明按键被按下，按键上的触摸变化量小于触摸阀值，说明按键抬起。
微控制器101中的无线模块1013以固定频率固定的数据格式将压力信息，按键开关状态信息及电池电量信息广播发送给触控芯片203。
图5为微控制器101中的无线模块1013发送的2字节数据格式如下：
301为10位压力数据----1024阶压力。
302为3位按键开关状态数据。
303为1位电池状态信息数据。
304为2位CRC校验位。
按键A被按下，302中3位按键开关状态数据中bit0为1；
按键A抬起，302中3位按键开关状态数据中bit0为0；
按键B被按下，302中3位按键开关状态数据中bit1为1；
按键B抬起，302中3位按键开关状态数据中的bit1为0；
按键C被按下，302中3位按键开关状态数据中的bit2为1；
按键C抬起，302中3位按键开关状态数据中的bit2为0；
触控芯片203将接收到的主动笔压力信息，按键开关状态信息及电池电量信息发送给控制主板205。控制主板205根据接收到的主动笔压力信息并处理，控制显示器显示笔迹的粗细。
控制主板205根据接收到的主动笔按键开关状态信息并处理，控制显示器204显示不同颜色笔迹。按键的不同组合可以实现多种颜色切换，结合一较佳实施例来看：
302中的3位按键开关状态数据中的bit0为1，说明按键A被按下，控制主板205接收到此信息，控制显示器204显示红色笔迹。
302中的3位按键开关状态数据中的bit1为1，说明按键B被按下，控制主板205接收到此信息，控制显示器204显示绿色笔迹。
302中的3位按键开关状态数据中的bit2为1，说明按键C被按下，控制主板205接收到此信息，控制显示器204显示蓝色笔迹。
302中的3位按键开关状态数据中的bit0，bit1,bit2为0，说明按键A，按键B和按键C抬起，控制主板205接收到此信息，控制显示器204显示黑色笔迹。
结合一较佳的实施方式来看，主动笔1可外接电源，或是设置一与所述微控制器101通信连接的电池模块100，所述电池模块100用于给微控制器101提供电源并具有重复充电功能，所述微控制器101对电池模块100进行电量测量并具有电源管理功能。上述供电方式多样，可采用外接电源供电，也可采用可反复充电的电池模块供电，因而能满足不同用户的需求。
实施例二、电子白板触控输入系统
参见图2，一种电子白板触控输入系统，包括电子白板2和所述主动笔1，所述电子白板2包括触摸屏201，所述触摸屏201包括多个触控电极202及与所述触控电极202连接的触控芯片203，所述触控芯片203根据各所述触控电极202收到的信号，检测各所述触控电极202的电容变化量。所述触控电极202包括多条接收电极RX和多条驱动电极TX，所述触控芯片203用于根据各所述触控电极202收到的主动笔发送信号，检测各所述触控电极202的电容变化量，并计算出主动笔1的坐标位置信息，所述触控芯片203接收并处理所述主动笔1发射的信息。按键开关状态信息及电池电量信息并做处理。包括压力信息、按键开关状态信息及电池电量信息。
如图2所示还可知，电子白板触控输入系统还包括控制主板205和与其连接的显示器204，所述控制主板205用来接收并处理触控芯片203发送来的坐标位置信息、压力信息、按键开关状态信息及电池电量信息，所述显示器204用于显示交互式的用户操作内容，例如显示主动笔的书写笔迹，笔迹粗细和笔迹颜色。并且，电子白板触控输入系统也包括控制主板205，所述控制主板205用来处理触摸屏201和显示器204的数据以实现实时人机交互。
应当说明的是，该触控屏201可以采用互电容原理，触控屏201也可以采用自电容原理。通过研究发现触摸屏201传感器模式中TX电极301和RX电极301的形状，直接关系到耦合信号的强度和像素响应曲线的形状。触摸屏201的TX电极301和RX电极301在主动笔1操作状态均会作为接收器，这时触控芯片203侦测到的电容是主动笔1笔尖和TX、RX电极之间的耦合电容。
实施例三、电子白板触控输入系统的驱动方法
如图6所示，包括下述步骤：
S500，主动笔1中的压力传感器模块104根据所述主动笔1作用于电子白板2上的形变量输出对应的压力感应信号。
S501，主动笔1中的放大电路模块103将接收到的压力感应信号进行相应倍数的放大处理。
S502，主动笔1中的微处理器101中的AD转换模块1014将放大电路模块103处理后的压力信号转换成1024阶压力数字信号。
S503，主动笔1中的微控制器101中的按键处理模块1012测量按键开关模块的按键开关状态信息。
S504，主动笔1中的微控制器101中的电源测量管理模块1011用于对电池模块100进行电量测量和电源管理。
S505，主动笔1中的微控制器101中的无线模块1013用于将AD转换模块1014转换后的压力数字信号、按键开关状态信息、池电量信息以一定的频率发送给电子白板2。
S506，主动笔中的笔尖模块用于将高压升压模块处理后的高压驱动信号传递给触控电子白板。
S507，触摸屏中的触控芯片根据所述触摸屏中的各触控电极收到的所述主动笔发送的信号，检测各所述触控电极的电容变化量，并解析出主动笔的坐标位置信息，触控芯片通过内部的无线模块接收主动笔发射出来的压力信息，按键开关状态信息及电池电量信息并做处理。
S508，控制主板接收触摸屏发送的主动笔的坐标位置信息、压力信息、按键状态信息并处理，控制主板将坐标位置信息和压力信息做处理并在显示器所对应的位置显示主动笔的笔迹粗细，控制主板将按键状态信息做处理并在显示器上显示主动笔的笔迹颜色。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.电子白板主动笔，与电子白板(2)相配合设置，在主动笔(1)内设置有微控制器(101)，其特征在于：包括与所述微控制器(101)分别连接的按键开关模块(102)、放大电路模块(103)和高压升压模块(105)，还包括压力传感器模块(104)和笔尖模块(106)，
所述微控制器(101)包括电源测量管理模块(1011)、按键处理模块(1012)、无线模块(1013)和AD转换模块(1014)，所述笔尖模块(106)用于传输高压升压模块(105)处理后的高压驱动信号，所述高压升压模块将微控制器(101)处理后的输出信号进行高压升压处理，提供高压驱动信号，所述的压力传感器模块(104)根据笔尖模块(106)作用于电子白板(2)上形变量输出对应的压力感应信号。
2.根据权利要求1所述的电子白板主动笔，其特征在于：设置一与所述微控制器(101)通信连接的电池模块(100)，所述电池模块(100)用于给微控制器(101)提供电源，所述电源测量管理模块(1011)用于对电池模块(100)进行电量测量和电源管理。
3.根据权利要求1所述的电子白板主动笔，其特征在于：所述按键开关模块(102)包括一个或多个按键开关，所述按键开关包括机械按键开关或触摸按键开关，按键开关模块(102)与微控制器(101)具体有通信连接，使按键处理模块(1012)测量按键开关模块(102)的按键开关状态信息。
4.根据权利要求1所述的电子白板主动笔，其特征在于：所述的放大电路模块(103)用于放大压力传感器(104)采集到的压力信号，所述放大电路模块(103)与微控制器(101)具有通信连接，使AD转换模块(1014)将放大电路模块(103)处理后的压力信号转换成1024阶数字信号。
5.根据权利要求1所述的电子白板主动笔，其特征在于：所述无线模块(1013)用于将AD转换模块(1014)转换后的压力数字信号，按键开关状态信息，电池电量信息以一定的频率发送给触控芯片(203)。
6.一种电子白板触控输入系统，包括电子白板(2)和权利要求1至6任一项所述主动笔(1)，其特征在于：所述电子白板(2)包括触摸屏(201)，所述触摸屏(201)包括多个触控电极(202)及与所述触控电极(202)连接的触控芯片(203)，所述触控芯片(203)根据各所述触控电极(202)收到的高压驱动信号，检测各所述触控电极(202)的电容变化量，计算出主动笔坐标位置信息，所述触控芯片(203)接收并处理所述主动笔(1)发射的信息。
7.根据权利要求6所述的电子白板触控输入系统，其特征在于：还包括控制主板(205)和与其连接的显示器(204)，所述控制主板(205)用来接收并处理触控芯片(203)发送来的坐标位置信息、压力信息、按键开关状态信息及电池电量信息，然后在显示器(204)上显示以实现实时人机交互功能。
8.电子白板触控输入系统的驱动方法，其特征在于包括下述步骤：
压力传感器模块(104)根据所述主动笔(1)作用于电子白板(2)上的形变量输出对应的压力感应信号；
放大电路模块(103)将接收到的压力感应信号进行相应倍数的放大处理；
微控制器(101)中的AD转换模块(1014)将放大电路模块(103)处理后的压力信号转换成1024阶压力数字信号；
微控制器(101)中的按键处理模块(1012)测量按键开关模块(102)的按键开关状态信息；
微控制器(101)中的电源测量管理模块(1011)用于对电池模块(100)进行电量测量和电源管理；
微控制器(101)中的无线模块(1013)用于将AD转换模块(1014)转换后的压力数字信号，按键开关状态信息，电池电量信息以一定的频率发送给触控芯片；
高压升压模块(105)将微控制器(101)处理后的输出信号进行高压升压处理，提供高压驱动信号；
笔尖模块(106)将主动笔高压驱动信号发送至电子白板(2)。
9.根据权利要求8所述的电子白板触控输入系统的驱动方法，其特征在于：
电子白板(2)中触控芯片(203)根据接收到的主动笔高压驱动信号，检测各触控电极(202)的电容变化量，得到主动笔(1)坐标位置信息，触控芯片(203)通过内部的无线模块(1013)接收主动笔(1)发射出来的压力信息，按键开关状态信息及电池电量信息并做处理。
10.根据权利要求8所述的电子白板触控输入系统的驱动方法，其特征在于：控制主板(205)将主动笔(1)的坐标位置信息、压力信息及按键开关状态信息反馈至显示器(204)，显示器(204)根据坐标位置信息和压力信息显示笔迹粗细，显示器(204)根据按键开关状态信息显示笔迹颜色。
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