CN108152525A - 一种磁滚轮装置及其旋转信息计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁滚轮装置及其旋转信息计算方法，包括多极磁铁、MCU、多个霍尔组件和设置在手写设备上的滚轮，所述多极磁铁设置在所述滚轮上，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。本发明采用了由多极磁铁和滚轮构成的磁滚轮装置来取代机械滚轮与触摸滚轮来进行手写设备的数据调节，并配合多个霍尔组件和MCU实现了磁滚轮装置的旋转信息的计算和获取，既克服了机械滚轮体积大的缺陷，又解决了触摸滚轮容易被干扰和被误触且生产一致性较差的问题，体积小、不易被干扰、误触率低且生产一致性好。本发明可广泛应用于手写设备领域。

Description

一种磁滚轮装置及其旋转信息计算方法
技术领域
本发明涉及手写设备领域，尤其是一种磁滚轮装置及其旋转信息计算方法。
背景技术
在手写板市场，滚轮被广泛地使用。滚轮一般被应用来进行连续的数据调节，使用起来十分方便与直观。目前常用的滚轮主要包括机械滚轮与触摸滚轮，机械滚轮虽然有稳定的特性，但其体积大，很占线路板空间；而触摸滚轮虽然较为轻薄，但其容易被干扰和被误触，且存在生产一致性较差等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种体积小、不易被干扰、误触率低和生产一致性好的磁滚轮装置及其旋转信息计算方法。
本发明所采取的第一技术方案是：
一种磁滚轮装置，包括多极磁铁、MCU、多个霍尔组件和设置在手写设备上的滚轮，所述多极磁铁设置在所述滚轮上，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。
进一步，所述多个霍尔组件均位于多极磁铁的磁场感应空间的同一平面上，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等。
进一步，所述多个霍尔组件中相邻两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
进一步，所述多极磁铁的旋转方向与各所述霍尔组件的位置垂直或平行。
进一步，所述多极磁铁为径向磁铁或轴向磁铁。
进一步，所述多个霍尔组件均包括能输出模拟量或能输出数字量的霍尔传感器。
进一步，所述多个霍尔组件均封装在同一IC芯片中或分别封装于不同的IC芯片中。
本发明所采取的第二技术方案是：
一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，包括以下步骤：
多个霍尔组件获取多极磁铁旋转时对应的电信号并发送给MCU，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等且均位于多极磁铁的磁场感应空间中的同一平面上；
MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息，所述旋转信息包括位置信息和旋转速度信息。
进一步，所述MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息这一步骤，具体包括：
MCU从多个霍尔组件选择任意两个相邻的霍尔组件；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度。
进一步，所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置这一步骤，具体为：
判断选择的霍尔组件中两个霍尔组件的电信号大小是否相等，若是，则判定多极磁铁当前磁极的中心位于两个霍尔组件的中间；反之，则判定多极磁铁向着两个霍尔组件中电信号较大的那个霍尔组件方向旋转，其中，选择的霍尔组件中两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
进一步，所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度这一步骤，具体包括：
MCU获取选择的霍尔组件中任一霍尔组件在预设时间内的电信号变化量；
MCU根据获取的电信号变化量和预设时间计算多极磁铁的旋转速。
本发明的有益效果是：本发明的磁滚轮装置及其旋转信息计算方法，采用了由多极磁铁和滚轮构成的磁滚轮装置来取代机械滚轮与触摸滚轮来进行手写设备的数据调节，并配合多个霍尔组件和MCU实现了磁滚轮装置的旋转信息的计算和获取，既克服了机械滚轮体积大的缺陷，又解决了触摸滚轮容易被干扰和被误触且生产一致性较差的问题，体积小、不易被干扰、误触率低且生产一致性好。
附图说明
图1为本发明一种磁滚轮装置的整体结构框图；
图2为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置垂直时的第一种结构简图；
图3为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置垂直时的空间结构示意图；
图4为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置垂直时的第二种结构简图；
图5为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置平行时的第一种结构简图；
图6为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置平行时的第二种结构简图；
图7为多极磁铁的旋转方向与霍尔组件的位置平行时的空间结构示意图；
图8为径向磁铁的一种结构示意图；
图9为轴向磁铁的一种结构示意图；
图10为本发明用于计算磁滚轮装置旋转信息的一种具体实施结构简图；
图11为图10多极磁铁的旋转方向与霍尔组件输出的信号波形关系图；
图12为手写板/绘图板的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一个在手写设备上运用的磁滚轮技术，利用多个霍尔组件，搭配MCU以及固定在滚轮上的多极磁铁来实现手写设备的连续数据读写。滚轮在旋转时，带动多极磁铁旋转产生变化的磁场，该变化的磁场与固定位置的多个霍尔组件作用产生霍尔效应(Hall Effect)。因每一个霍尔组件的位置不同，所以在同一时间下，每一个霍尔组件所感应的霍尔电压(相位、电流等)均不相同，MCU根据这一现象去判断和获取各霍尔组件所输出的信号差异，进而判断和计算出多极磁铁(即滚轮)旋转的信息。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
参照图1，本实施例一种磁滚轮装置，包括多极磁铁、MCU、多个霍尔组件和设置在手写设备上的滚轮，所述多极磁铁设置在所述滚轮上，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。其中，多个霍尔组件包括霍尔组件1，霍尔组件2，……霍尔组件n，n为大于等于2的整数。多极磁铁中磁极的对数可为1，2，3……。
进一步作为优选的实施方式，所述多个霍尔组件均位于多极磁铁的磁场感应空间的同一平面上，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等。
进一步作为优选的实施方式，所述多个霍尔组件中相邻两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
本实施例将多个霍尔组件设置在多极磁铁的磁场感应空间内的同一平面上，并使得霍尔组件与多极磁铁间的距离相等且小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半，其目的是使得多个霍尔组件有信号差异，并方便了后续旋转信息采用统一的标准来计算。
参照图2、图3、图4、图5、图6和图7，进一步作为优选的实施方式，所述多极磁铁1的旋转方向与各所述霍尔组件2的位置垂直或平行。
图2-图7中，霍尔组件2均包括霍尔组件21和霍尔组件22这两个霍尔组件。本领域的技术人员可以理解，本发明的霍尔组件2的数量还可以是3个或3个以上。其中，图2、图3和图4的多极磁铁1的旋转方向与霍尔组件2的位置呈垂直位置关系；图5、图6和图7 的多极磁铁1的旋转方向与霍尔组件2的位置呈水平位置关系。
参照图8和图9，进一步作为优选的实施方式，所述多极磁铁1为径向磁铁或轴向磁铁。图8为径向磁铁，图9为轴向磁铁，可供用户灵活进行选择。
进一步作为优选的实施方式，所述多个霍尔组件均包括能输出模拟量或能输出数字量的霍尔传感器。
本实施例中，霍尔传感器可选择线性型霍尔传感器，它由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，输出模拟量。霍尔传感器还可选择开关型霍尔传感器，它由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，输出数字量。
进一步作为优选的实施方式，所述多个霍尔组件均封装在同一IC芯片中或分别封装于不同的IC芯片中。本实施例的多个霍尔组件可根据实际的需要选择集中式封装或分离式封装，十分灵活和方便。
此外，本实施例的多个霍尔组件，可以置于多极磁铁的正下方，也可置于多极磁铁的非正下方，只要能让多个霍尔组件感应到磁场变化即可。
本实施例多个霍尔组件的输出，接入到MCU中，经由MCU中的程序判断和计算后，即可送出滚轮旋转的信息(包括旋转速度、旋转方向等)。
与图1的磁滚轮装置相对应，本实施例还提供了一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，包括以下步骤：
多个霍尔组件获取多极磁铁旋转时对应的电信号并发送给MCU，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等且均位于多极磁铁的磁场感应空间中的同一平面上；
MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息，所述旋转信息包括位置信息和旋转速度信息。
其中，多个霍尔组件获取的电信号可以是数字电压信号或模拟电压信号，与霍尔组件所选择的霍尔传感器类型有关。
进一步作为优选的实施方式，所述MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息这一步骤，具体包括：
MCU从多个霍尔组件选择任意两个相邻的霍尔组件；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度。
进一步作为优选的实施方式，所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置这一步骤，具体为：
判断选择的霍尔组件中两个霍尔组件的电信号大小是否相等，若是，则判定多极磁铁当前磁极的中心位于两个霍尔组件的中间；反之，则判定多极磁铁向着两个霍尔组件中电信号较大的那个霍尔组件方向旋转，其中，选择的霍尔组件中两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
本实施例将多个霍尔组件设置在多极磁铁的磁场感应空间内的同一平面上，并使得霍尔组件与多极磁铁间的距离相等且小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半，其目的是使得多个霍尔组件有信号差异，并方便了后续旋转信息采用统一的标准来计算。当磁滚轮旋转时，因霍尔组件置于不同的位置，所以永远都会有信号上的差异。
多极磁铁是在不断旋转的而多个霍尔组件的位置是固定的，所以在不同时刻与每个霍尔组件起作用的磁极是不同的，因此需要确定多极磁铁中当前磁极的位置。
进一步作为优选的实施方式，所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度这一步骤，具体包括：
MCU获取选择的霍尔组件中任一霍尔组件在预设时间内的电信号变化量；
MCU根据获取的电信号变化量和预设时间计算多极磁铁的旋转速。
本发明有多个霍尔组件，所以只需根据从两相邻的霍尔组件所获得的信号差关系，就能得知目前该多极磁铁中某个磁铁的位置。
具体地，以图10所示的多极磁铁、霍尔组件21和霍尔组件22这两个霍尔组件为例，其所输出的电信号波形与旋转方向的关系如图11所示。当霍尔组件21和霍尔组件22这两个霍尔组件输出的电信号大小相等时，代表该多极磁铁中当前磁铁的中心位于这两霍尔组件的中间；当霍尔组件21输出的电信号比霍尔组件22的电信号值大时，就可以知道，磁滚轮是向霍尔组件21的方向旋转；当霍尔组件22输出的电信号比霍尔组件21的电信号值大时，就可以知道，磁滚轮是向霍尔组件22的方向旋转。在旋转方向不变的前提下，再遇到霍尔组件21和霍尔组件22的电信号相等后，霍尔组件21和霍尔组件22的电信号的大小关系会颠倒。当霍尔组件21和霍尔组件22这两个霍尔组件的电信号不停地改变时，也代表着磁滚轮不停地转动。单位时间内，同一霍尔组件电信号的变化量即为磁滚轮的旋转速度。MCU根据上述的逻辑判断原理以及单位时间内的电信号变化量的统计，即可得知磁滚轮的旋转方向与相对旋转速度。
为了更好地说明本发明的磁滚轮装置的效果，引入了图12所示的手写板/绘图板。如图 12所示，手写板/绘图板一般都需要能够适用于左撇子与右撇子，所以其USB的出线口(即 USB接口)3，一般会在手写板/绘图板的中间，这样不管手写板/绘图板是左转180度还是右转180度，USB的出线都保持在中间。传统的机械滚轮，因很占用线路板的空间，所以USB接口3会放不下，这样只能增加滚轮到板边的距离，或者把滚轮置于非中心的位置(即将USB接口放置于非图12所示的位置)，但增加滚轮到板边的距离相应地增加了总成本，而把滚轮置于非中心的位置使用起来不够方便。而触摸滚轮，虽在主板上不占太多的空间，但其触摸板是另外的一块PCB，在组装时，需要与主板透过软扁平电缆进行连接，生产上复杂度较高，而且触摸技术易被干扰、被误触，还存在一致性的问题。与触摸滚轮和机械滚轮不同的是，本发明的磁滚轮装置在板上只需放置霍尔组件，所以有足够的空间放置USB接口3，利用了霍尔效应，也不需要额外的PCB板，实现简单，体积小、不易被干扰、误触率低和生产一致性好。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种磁滚轮装置，其特征在于：包括多极磁铁、MCU、多个霍尔组件和设置在手写设备上的滚轮，所述多极磁铁设置在所述滚轮上，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件的输出端均与MCU的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁滚轮装置，其特征在于：所述多个霍尔组件均位于多极磁铁的磁场感应空间的同一平面上，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等。
3.根据权利要求2所述的一种磁滚轮装置，其特征在于：所述多个霍尔组件中相邻两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
4.根据权利要求1所述的一种磁滚轮装置，其特征在于：所述多极磁铁的旋转方向与各所述霍尔组件的位置垂直或平行。
5.根据权利要求1所述的一种磁滚轮装置，其特征在于：所述多极磁铁为径向磁铁或轴向磁铁。
6.根据权利要求1所述的一种磁滚轮装置，其特征在于：所述多个霍尔组件均封装在同一IC芯片中或分别封装于不同的IC芯片中。
7.一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
多个霍尔组件获取多极磁铁旋转时对应的电信号并发送给MCU，所述多极磁铁包括至少一对极性相反的磁极，所述多个霍尔组件与多极磁铁间的距离相等且均位于多极磁铁的磁场感应空间中的同一平面上；
MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息，所述旋转信息包括位置信息和旋转速度信息。
8.根据权利要求7所述的一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，其特征在于：所述MCU根据多个霍尔组件获取的电信号进行判断和计算，得到多极磁铁的旋转信息这一步骤，具体包括：
MCU从多个霍尔组件选择任意两个相邻的霍尔组件；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置；
MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度。
9.根据权利要求8所述的一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，其特征在于：所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号大小进行判断，以确定多极磁铁的旋转方向和当前位置这一步骤，具体为：
判断选择的霍尔组件中两个霍尔组件的电信号大小是否相等，若是，则判定多极磁铁当前磁极的中心位于两个霍尔组件的中间；反之，则判定多极磁铁向着两个霍尔组件中电信号较大的那个霍尔组件方向旋转，其中，选择的霍尔组件中两个霍尔组件间的距离小于多极磁铁中每个磁极宽度的一半。
10.根据权利要求8所述的一种磁滚轮装置的旋转信息计算方法，其特征在于：所述MCU根据选择的霍尔组件的电信号变化量计算多极磁铁的旋转速度这一步骤，具体包括：
MCU获取选择的霍尔组件中任一霍尔组件在预设时间内的电信号变化量；
MCU根据获取的电信号变化量和预设时间计算多极磁铁的旋转速。
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