CN108463788A - 主动笔及基于主动笔的手势检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子通信技术领域，公开了一种主动笔及基于主动笔的手势检测方法。本发明中，一种主动笔包括：电容式触摸传感器、处理单元、无线收发器以及笔壳；所述电容式触摸传感器设置于所述笔壳，所述电容式触摸传感器用于检测触摸信息；所述处理单元连接于所述电容式触摸传感器与所述无线收发器；其中，所述处理单元用于根据所述触摸信息生成手势信号，所述无线收发器用于将所述手势信号发送出去。通过本发明提供的一种主动笔及基于主动笔的手势检测方法，解决了主动笔因受传感器限制，可实现的功能和应用场景不够丰富的问题。

Description

主动笔及基于主动笔的手势检测方法 技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种主动笔及基于主动笔的手势检测方法。

背景技术

目前的电子设备，除了手势操作，还常常会配置主动笔以辅助操作。现有的主动笔除了具有笔尖定位功能，有的还会带有笔尖压力传感器等元器件，以增强主动笔的操作功能。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在使用主动笔操作电子设备的过程中，无法一并使用电子设备的手势操作功能；即，当用户使用主动笔在电子设备的触控屏(或触控板)上进行操作时，若要采用手势操作，只能放下主动笔，然后手指直接在触控屏(或触控板)上进行操作，相当不便。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种主动笔及基于主动笔的手势检测方法，主动笔能够检测用户的手势操作并发送至主设备，从而丰富了主动笔的功能和应用场景，方便了用户操作。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种主动笔，包括：电容式触摸传感器、处理单元、无线收发器以及笔壳；所述电容式触摸传感器设置于所述笔壳，所述电容式触摸传感器用于检测触摸信息；所述处理单元 连接于所述电容式触摸传感器与所述无线收发器；其中，所述处理单元用于根据所述触摸信息生成手势信号，所述无线收发器用于将所述手势信号发送出去。

本发明的实施方式还提供了一种基于主动笔的手势检测方法，包括：通过电容式触摸传感器检测触摸信息；根据所述触摸信息生成手势信号；通过无线收发器将所述手势信号发送至主设备。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过设置在主动笔的笔壳上的电容式触摸传感器，对手指触摸、滑动、旋转、按压等手势操作进行识别，并传递给处理单元进行处理，最终通过无线收发器实现与主设备的交互，使得主动笔本身就可以对手指的触摸和手势进行检测，极大的丰富了主动笔的功能和应用场景，方便了用户操作。

另外，电容式触摸传感器包括自容式触摸传感器。本实施例提供了电容式触摸传感器的一种实现方式，自容式触摸传感器的结构相对简单，从而可以使得主动笔尽可能的轻薄，使用起来更加轻巧方便。

另外，处理单元包括触控芯片与微控制器；所述微控制器连接于所述无线收发器与所述触控芯片之间；其中，所述触控芯片用于根据所述触摸信息生成所述手势信号；所述微控制器用于根据手势信号与操作命令的预设对应关系，判断所述手势信号是否存在对应的操作命令；当判定所述手势信号不存在对应的操作命令时，所述无线收发器将手势信号发送出去。本实施例中，主动笔具有根据手势信号识别操作命令的功能，只有当主动笔无法识别该手势信号时，才会将该手势信号发送至主设备。因此，主动笔能够在一定程度上减轻主设备的处理负担。

另外，当判定所述手势信号存在对应的操作命令时，所述微控制器还用于判断所述操作命令与所述主动笔是否匹配；当判定所述操作命令与所述主动笔匹配时，所述微控制器根据所述操作命令控制所述主动笔；当判定所述 操作命令与所述主动笔不匹配时，所述微控制器通过所述无线收发器将所述操作命令发送至所述主设备。本实施例中，主动笔也可以由手势信号进行操作，即，用户的手势信号不仅可以操作主设备，还可以操作主动笔；因此，进一步丰富了主动笔的功能和应用场景。

另外，微控制器还用于接收并储存所述主设备返回的所述手势信号与所述手势信号对应的操作命令。主动笔通过将使用过的手势信号与对应的操作命令进行存储，使得在下次检测到相同手势时可以直接获取对应的操作命令对设备进行操作，便于操作。

另外，无线收发器包括蓝牙收发器或者无线网络收发器。本实施例中，提供了无线收发器的一种实现方式；采用蓝牙或无线网络收发器，交互便捷、快速。

附图说明

图1是本发明第一实施方式一种主动笔的结构框图；

图2是本发明第一实施方式一种主动笔与主设备的交互示意图；

图3是本发明第二实施方式一种主动笔的结构框图；

图4是本发明第二实施方式中三角形图案自容触摸传感器设置在笔壳上的示意图；

图5是本发明第二实施方式中点阵图案自容触摸传感器设置在笔壳上的示意图；

图6是本发明第二实施方式中三角形图案自容触摸传感器展开后的示意图；

图7是本发明第二实施方式中点阵图案自容触摸传感器展开后的示意图；

图8是本发明第三实施方式一种基于主动笔的手势检测方法的流程图；

图9是本发明第四实施方式一种基于主动笔的手势检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种主动笔，主要适用智能手机、平板电脑等带有触摸和显示操作的电子设备。本实施方式中的主动笔请参考图1、2所示。

主动笔100包括：电容式触摸传感器101、处理单元102、无线收发器103、笔壳104。

电容式触摸传感器101设置于笔壳104，用于检测触摸信息；较佳的，电容式触摸传感器101一般设置在用户的握笔位置。其中，一般而言，电容式触摸传感器101安装在笔壳的外表面；然不限于此，当笔壳104为由绝缘材料制成且笔壳104的厚度做的非常薄时，电容式触摸传感器101也可以安装在笔壳的内表面，只要位于笔壳104内表面的电容式触摸传感器101通过感测到作用在笔壳104外表面的手势操作即可。

电容式触摸传感器可以采用自容式触摸传感器，自容式触摸传感器的结构相对简单的，可以使得笔壳104相对轻薄，用户操作主动笔时更加舒适。当然，在实际应用中，并不局限于触摸传感器只能为自容式的，也可以采用互容式的触摸传感器。另外，主动笔还包含有其他电子元件，比如按键、压 力传感器、加速度计等。

处理单元102连接于电容式触摸传感器101与无线收发器103，用于根据电容式触摸传感器101检测到触摸信息生成手势信号。

无线收发器103用于将处理单元102生成的手势信号发送给主设备。具体的说，无线收发器可以为蓝牙收发器或无线网络收发器，通过采用蓝牙收发器或无线网络收发器，建立主动笔与主设备之间的通信连接，实现主动笔和主设备的交互。当然，无线收发器还可以为主动笔通过与主设备之间自定义的通信协议所建立的通信连接。

在实际应用中，主动笔与主设备之间的交互模式如图2所示。

主动笔100上的自容式触摸传感器101检测人的手指对主动笔100的触摸，通过自容式触摸传感器101分析得到手指的触摸位置和位置移动信息，并由处理单元对这些信息进行分析得到手指的触摸和手势操作，然后识别出这些手势操作在整个系统中所代表的操作指令，实现与主设备的触控屏(或触控板)200的交互。

本实施方式中，设置在主动笔的笔壳上的电容式触摸传感器，对手指触摸、滑动、旋转、按压灯手势操作进行识别，并传递给处理单元进行处理，最终通过无线收发器实现与待操作设备的交互，使得主动笔本身就可以对手指的触摸和手势进行检测，极大的丰富了主动笔的功能和应用场景，方便了用户操作。并且，用自容式的触摸传感器，使得主动笔的体积更加小巧，操作起来更加方便。

需要说明的是，在实际应用中，主动笔的笔身内部还可以设置有电池仓，在使用时将主动笔的笔身顶部拧开，即可安放电池；另外，主动笔的笔身上还设有开关按钮，用来控制主动笔的开启和关闭，主动笔的笔身上还可以设置有工作指示灯，当开关打开时，主动笔在工作状态时，指示灯亮；当用户关闭开关时，指示灯熄灭；另外，主动笔的顶部还设置有金属笔夹，可以方 便用户将主动笔夹在口袋或者记事本中，方便携带；本实施方式对主动笔的具体结构不作任何限制。

本发明的第二实施方式涉及一种主动笔，如图3所示。本实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处为，处理单元102包括触控芯片1021和微控制器1022，触控芯片1021连接于电容式触摸传感器101，微控制器1022连接于无线收发器103与触控芯片1021之间。

其中，触控芯片1021用于根据触摸信息生成手势信号；微控制器1022用于根据手势信号与操作命令的预设对应关系，判断手势信号是否存在对应的操作命令。当判定手势信号不存在对应的操作命令时，无线收发器103将手势信号发送出去；当判定手势信号存在对应的操作命令时，微控制器1022还用于判断操作命令与主动笔100是否匹配。当判定所述操作命令与主动笔100匹配时，微控制器1022根据操作命令控制主动笔100，当判定操作命令与主动笔100不匹配时，微控制器1022通过无线收发器103将操作命令发送至主设备。

其中，当主设备内预设了新的手势信号与操作命令的对应关系后，有可能没有及时发送至主动笔储存；即，若主动笔上还未使用过该手势操作，那么主动笔中就可能不存在该手势操作对应的操作命令，此时需要将通过无线收发器将手势信号发送至主设备。或者，也可以设置为：主动笔上仅储存与所述主动笔匹配的手势操作及其对应的操作命令，因此，当想要通过在主动笔上施加手势操作来控制主设备时，由于主动笔获取不到该手势操作对应的操作命令，因此就会将手势信号发送至主设备。

另外，微控制器1022还用于接收并储存主设备返回的手势信号与手势信号对应的操作命令。主动笔100通过将使用过的手势信号与对应的操作命令进行存储，使得在下次检测到相同手势时可以直接获取对应的操作命令对设备进行操作，便于操作。

本实施方式中，自容式触摸传感器可以为三角形图案自容触摸传感器或者点阵图案自容触摸传感器。

如图4所示，主动笔的传感器为三角形图案自容触摸传感器；当用户触摸到三角形图案自容触摸传感器时，会产生触摸信息，三角形图案自容触摸传感器上被触摸的小三角形(这里指代图4中小三角形区域的三角形图案自容触摸传感器)会对产生的触摸信息进行检测，获取具体的触摸位置和位置移动信息。如图5所示，主动笔的传感器为点阵图案自容触摸传感器；当用户触摸到点阵图案自容触摸传感器时，同样会产生触摸信息，点阵图案自容触摸传感器被触摸的圆点图案(这里指代图5中圆点区域的点阵图案自容触摸传感器)会对产生的触摸信息进行检测，获取具体的触摸位置和位置移动信息。

下面针对三角形图案自容触摸传感器和点阵图案自容触摸传感器的具体工作原理进行说明。

图6是将三角形图案自容触摸传感器沿着主动笔的圆形横截面展开，其中，坐标轴中的x方向为笔的轴向，y方向为笔壳圆周方向。当手指放在某个位置时，该位置的三角形图案自容触摸传感器检测到电容发生变化，通过该传感器在整个图案中的位置就可以大致确定手指的触摸位置。在一对三角形图案自容传感器中，当手指放在某一处时，通过A和B电容的变化量大小的比较就可以确定在x方向上更精确的位置，同时也可以确定在y方向上更精确的位置。本结构可以检测单个手指或者多个手指的触摸位置，或者检测识别手掌大面积握住主动笔。触控芯片通过在时间上连续检测触摸位置，可以识别出滑动、旋转、握住等操作。

图7是将点阵图案自容触摸传感器沿着主动笔的圆形横截面展开，其中，坐标轴中的x方向为笔的轴向，y方向为笔身圆周方向。当手指放在点阵图案自容触摸传感器的某个位置时，其所在位置的独立的小自容触摸传感 器检测到的电容就会发生变化，通过该独立的小自容触摸传感器的位置就可以检测到手指触摸的大体位置。手指触摸时通常会覆盖多个独立的小自容式触摸传感器，通过这些被影响的每个独立的小自容触摸传感器检测到的电容变化量的大小，就可以通过插值来计算得到更加精确的触摸位置。点阵式结构也可以检测单个手指或者多个手指的触摸位置，或者检测识别手掌大面积握住主动笔。触控芯片通过在时间上连续检测触摸位置，可以识别出滑动、旋转、握住等操作。

需要说明的是，在实际应用中，三角形图案自容触摸传感器中的小三角形的个数和点阵图案自容触摸传感器中的小圆点的个数可以根据主动笔上需要设置的自容触摸传感器面积的大小来决定，如果主动笔需要设置的自容触摸传感器在笔壳上的覆盖面积越大，则组成三角形图案自容触摸传感器的每个小三角形或组成点阵图案自容触摸传感器的小圆点就越多，并且每个小三角形或小圆点都需要与触控芯片相连。当然，自容触摸传感器还可以为其他图案，比如矩形、菱形等多种图案，并不局限于三角形和圆形。

本实施方式中，主动笔上的自电容触摸传感器检测人的手指对主动笔的触摸，通过主动笔上触控芯片的分析得到手指的触摸位置和位置移动信息，并由触控芯片对这些信息进行分析得到手指的触摸和手势操作。触控芯片将这些信息传输给主动笔的微控制器(MCU)，MCU识别出这些手势操作在整个系统中所代表的操作指令。如果此指令是对主动笔本身进行某项操作，则直接对主动笔上的某些模块进行某项操作，如果是对主设备进行某项操作，则通过笔上的无线传输模块将操作指令传输给主设备，由主设备进行相应的操作，从而极大的丰富了主动笔的功能和应用场景。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分， 本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种基于主动笔的手势检测方法，具体操作流程如图8所示。

在步骤801中，通过电容式触摸传感器检测触摸信息。

具体的说，主动笔通过设置于笔壳上的电容式触摸传感器检测的触摸信息主要包括：触摸位置和位置移动信息。

更具体的说，检测到的触摸信息可以用于生成手势信号。

在步骤802中，根据触摸信息生成手势信号。

具体发说，处理单元对电容式触摸传感器检测到的触摸信息进行分析，得到对应的手势信号。

在步骤803中，通过无线收发器将手势信号发送至主设备。

具体的说，主动笔通过无线收发器将经处理单元分析得到的手势信号，发送到主设备，方便主设备获取对应的操作指令。

本实施方式中，设置在主动笔的笔壳上的电容式触摸传感器，对手指触摸、滑动、旋转、按压灯手势操作进行识别，并传递给处理单元进行处理，最终通过无线收发器实现与主设备的交互，使得主动笔本身就可以对手指的触摸和手势进行检测，极大的丰富了主动笔的功能和应用场景。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种基于主动笔的手势检测方法。本实施方式在第三实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处为，主动笔在将手 势信号发送至主设备之前，需要判断手势信号是否存在对应的操作命令，具体操作流程如图9所示。

在步骤901中，通过电容式触摸传感器检测触摸信息。

在步骤902中，根据触摸信息生成手势信号。

由于图9中的步骤901、步骤902与图8中的步骤801、步骤802大致相同，旨在通过设置在主动笔上的电容式触摸传感器检测触摸信息，处理单元根据触摸信息生成手势信号，此处不再赘述。

在步骤903中，判断手势信号是否存在对应的操作命令。

具体的说，在生成手势信号后，主动笔需要根据手势信号与操作命令的预设对应关系，判断手势信号是否存在对应的操作命令，如果存在对应的操作命令，则执行步骤904；如果不存在对应的操作命令，则执行步骤905。

在步骤904中，判断操作命令与主动笔是否匹配。

具体的说，主动笔通过判断，判定生成的手势信号存在对应的操作命令时，进入到当前步骤，判断当前对应的操作命令是否与主动笔匹配，如果匹配，则进入到步骤907；如果不匹配，则进入步骤908。

在步骤905中，通过无线收发器将手势信号发送至主设备。

其中，当主设备内预设了新的手势信号与操作命令的对应关系后，有可能没有及时发送至主动笔储存；即，若主动笔上还未使用过该手势操作，那么主动笔中就可能不存在该手势操作对应的操作命令，此时需要将通过无线收发器将手势信号发送至主设备。或者，也可以设置为：主动笔上仅储存与所述主动笔匹配的手势操作及其对应的操作命令，因此，当想要通过在主动笔上施加手势操作来控制主设备时，由于主动笔获取不到该手势操作对应的操作命令，因此就会将手势信号发送至主设备。

本步骤与第三实施例中的步骤803大致相同，此处不再赘述。

在步骤906中，接收并存储主设备返回的手势信号与操作命令。

具体的说，主设备根据主动笔发送的手势信号，获取对应的操作命令以实现手势操作功能。并且，主设备会并该手势信号与该手势信号对应的操作命令发送到主动笔；主动笔将从主设备接收到的手势信号与操作命令，并储存该手势信号与该操作命令的对应关系。当下次在检测到该手势信号时，即可从手势信号与该操作命令的预设对应关系中查找到该手势信号对应的该操作命令

一般而言，用户可以在主设备上设定手势信号和操作命令的预设对应关系。当主动笔上首次使用一个手势信号时(主动笔中未存储该手势信号)，主动笔中没有储存该手势信号对应的操作命令，则主动笔将该手势信号直接发送至主设备，主设备根据储存的手势信号和操作命令的预设对应关系，获取该手势信号获取对应的操作命令并执行该操作命令。而后，主动笔将从主设备接收到的手势信号与操作命令，并储存该手势信号与该操作命令的对应关系。因此，当主动笔使用过一个手势信号时，能够储存该手势信号对应的操作命令；以便于下次使用该手势信号时，能够直接获取该手势信号对应的操作命令。

然而，本实施方式对主动笔储存手势信号与操作命令的预设对应关系的具体方式不作任何限制。例如，用户可以直接在主动笔上设置该预设对应关系；或者，用户在主设备上设定该预设对应关系后，可以在主设备上操作以使得该预设对应关系同步储存至主动笔中。

在步骤907中，根据操作命令控制主动笔。

具体的说，当主动笔通过判断，判定操作命令与主动笔匹配，直接根据已经存在与手势信号对应的操作命令对主动笔进行控制。即，主动笔也可以根据手势信号进行自我控制，从而可以增加主动笔自身的操作功能。

在步骤908中，通过无线收发器将已经存在的操作命令发送至主设备。

具体的说，主动笔通过判断，判定操作命令与主动笔不匹配时，表示该操作命令是对应于主设备，则主动笔将该操作命令发送至主设备。

通过本实施方式中基于主动笔的手势检测方法，在实现了主动笔与主设备的交互的基础上，根据手势信号与操作命令预设的对应关系对手势信号进行判定，并通过判断对应的操作命令是否与主动笔匹配，决定该操作命令时针对主动笔的还是主设备的，极大的丰富了主动笔的功能和应用场景。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏 离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1. 一种主动笔，其特征在于，包括：电容式触摸传感器、处理单元、无线收发器以及笔壳；

   所述电容式触摸传感器设置于所述笔壳，所述电容式触摸传感器用于检测触摸信息；

   所述处理单元连接于所述电容式触摸传感器与所述无线收发器；

   其中，所述处理单元用于根据所述触摸信息生成手势信号，所述无线收发器用于将所述手势信号发送至一电子设备。
2. 根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述电容式触摸传感器包括自容式触摸传感器。
3. 根据权利要求2所述的主动笔，其特征在于，所述自容式触摸传感器包括三角形图案自容触摸传感器或者点阵图案自容触摸传感器。
4. 根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述处理单元包括触控芯片与微控制器；

   所述微控制器连接于所述无线收发器与所述触控芯片之间；

   其中，所述触控芯片用于根据所述触摸信息生成所述手势信号；所述微控制器用于根据手势信号与操作命令的预设对应关系，判断所述手势信号是否存在对应的操作命令；当判定所述手势信号不存在对应的操作命令时，所述无线收发器将手势信号发送出去。
5. 根据权利要求4所述的主动笔，其特征在于，当判定所述手势信号存在对应的操作命令时，所述微控制器还用于判断所述操作命令与所述主动笔是否匹配；

   当判定所述操作命令与所述主动笔匹配时，所述微控制器根据所述操作 命令控制所述主动笔；

   当判定所述操作命令与所述主动笔不匹配时，所述微控制器通过所述无线收发器将所述操作命令发送至所述主设备。
6. 根据权利要求4所述的主动笔，其特征在于，所述微控制器还用于接收并储存所述主设备返回的所述手势信号与所述手势信号对应的操作命令。
7. 根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述无线收发器包括蓝牙收发器或者无线网络收发器。
8. 一种基于主动笔的手势检测方法，其特征在于，包括：

   通过电容式触摸传感器检测触摸信息；

   根据所述触摸信息生成手势信号；

   通过无线收发器将所述手势信号发送至主设备。
9. 根据权利要求8所述的基于主动笔的手势检测方法，其特征在于，在所述通过无线收发器将所述手势信号发送至主设备之前，还包括：

   根据手势信号与操作命令的预设对应关系，判定所述手势信号不存在对应的操作命令。
10. 根据权利要求9所述的基于主动笔的手势检测方法，其特征在于，所述基于主动笔的手势检测方法还包括：

    当判定所述手势信号存在对应的操作命令时，判断所述操作命令与所述主动笔是否匹配；

    当判定所述操作命令与所述主动笔匹配时，根据所述操作命令控制所述主动笔；

    当判定所述操作命令与所述主动笔不匹配时，通过所述无线收发器将所 述操作命令发送至所述主设备。
11. 根据权利要求9所述的基于主动笔的手势检测方法，其特征在于，所述基于主动笔的手势检测方法还包括：

    接收并储存所述主设备返回的所述手势信号与所述手势信号对应的操作命令。