CN109597504B - 变电容式电磁触控笔及其触控系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种变电容式电磁触控笔及其触控系统，变电容式电磁触控笔包括笔外壳、笔系统电路和笔尖；笔外壳包括笔外壳前端和笔外壳后端；笔系统电路包括电源模块、电源控制模块和信号发生模块；电源控制模块连接在电源模块与信号发生模块之间，用于控制电源模块向信号发生模块供电；电源模块包括电池和升压电路，电源控制模块包括感应开关、倍压电路和延时电路；电池与感应开关连接，感应开关通过倍压电路与延时电路连接，延时电路通过升压电路与信号发生模块连接；电池设置在笔外壳后端内，笔系统电路设置在笔外壳内，笔尖设置在笔外壳前端处；信号发生模块发射电磁信号。本申请能够避免电能的浪费，结构简单，性能稳定，制作成本低。
Description
技术领域
本申请属于触控笔技术领域，具体涉及一种变电容式电磁触控笔及其触控系统。
背景技术
电磁触控笔的工作原理是利用电磁感应技术来模拟笔的书写或其他操作。电磁触控笔作为电磁信号的发射端，触控面板内的电磁感应器为电磁信号的接收端，当电磁触控笔在触控面板上进行书写时，电磁感应器所感应到的磁通量就会发生变化，进而产生感应电压。触控面板根据感应电压能够定位出电磁触控笔在触控面板上的触控位置，以便于后续的触控操作。
根据是否需要在电磁触控笔内安装电池，电磁触控笔主要分为被动式和主动式。其中，主动式电磁触控笔中，需要安装电池以提供发射电磁信号所需的电能。现有的电磁触控笔通过触控笔上设置的功能按键来开启或关断电源。当使用者不使用触控笔时，往往忘记关断触控笔的电源，而使触控笔一直处于工作状态，导致电能的浪费。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种变电容式电磁触控笔及其触控系统。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种变电容式电磁触控笔，其包括笔外壳、笔系统电路和笔尖；
所述笔外壳包括笔外壳前端和笔外壳后端；
所述笔系统电路包括电源模块、电源控制模块和信号发生模块；所述电源控制模块连接在所述电源模块与信号发生模块之间，用于控制所述电源模块向所述信号发生模块供电；所述电源模块包括电池和升压电路，所述电源控制模块包括感应开关、倍压电路和延时电路；所述电池与感应开关连接，所述感应开关通过所述倍压电路与所述延时电路连接，所述延时电路通过所述升压电路与信号发生模块连接；
所述电池设置在所述笔外壳后端内，所述笔系统电路设置在笔外壳内，所述笔尖设置在所述笔外壳前端处；
所述感应开关通过感应电磁触控笔的震动产生高低电平，高低电平通过所述倍压电路放大整形后来控制所述延时电路的充放电；所述电池通过所述感应开关、倍压电路、延时电路和升压电路为所述信号发生模块提供工作电压；所述信号发生模块发射电磁信号。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述感应开关的一端连接所述电源，其另一端串联电阻后接地，所述倍压电路的输出端与控制开关的控制端连接，所述控制开关的电压输入端与所述电源连接，其电压输出端与所述升压电路的使能端连接，所述控制开关的电压输出端通过所述延时电路串联至接地点。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述控制开关采用NPN型三极管。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述延时电路包括第一电容和第二电阻，所述第一电容的一端与所述控制开关的电压输出端连接，其另一端与接地点连接，所述第二电阻并联在所述第一电容的两端。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述信号发生模块包括LC谐振电路、可变电容式压力传感器和功能按键；所述LC谐振电路包括第二电容、第三电容、调整电容以及电磁信号输出线圈；所述调整电容与电磁信号输出线圈并联，所述可变电容式压力传感器中的可变电容并联在LC谐振电路的两端；所述升压电路与可变电容式压力传感器连接；所述功能按键分别与第二电容和第三电容串联后并联在LC谐振电路中。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述电磁信号输出线圈设置在所述笔外壳前端内，位于所述笔尖周围。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述电磁信号输出线圈由磁环和在所述磁环表面密绕的多层漆包线铜线圈构成，或者由磁环和在所述磁环表面密绕的多层纱包线铜线构成。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述可变电容式压力传感器包括传感器外壳、复位弹簧、可变电容、触控开关和压力传动器件；所述可变电容包括绝缘介片和软性导电片；
所述绝缘介片的第一面敷设导电体，是所述可变电容的第一电极；所述绝缘介片的第二面是可变电容的绝缘介质面，离绝缘介质面极小的间隔设置所述软性导电片，所述软性导电片的一端与所述复位弹簧的一引出端连接，所述复位弹簧的另一引出端构成所述可变电容的第二极；所述软性导电片为可压缩的导电泡棉或可挤压形变的导电橡胶，所述绝缘介片第二面的绝缘介质是所述可变电容的第一极与第二极间的电容介质；所述软性导电片与压力传动器件连为一体；
所述触控开关包括一个静触点和一个动触点，所述静触点固定在所述绝缘介片的第一面，所述可变电容的第二极形成动触点。
如上所述的变电容式电磁触控笔，所述软性导电片与可变电容的绝缘介质面相对的一面，表面为是锯齿形线条，或者中间凸的弧面，或者是均匀分布的任意凸起形状。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种变电容式电磁触控笔的触控系统，其包括上述任一项所述的变电容式电磁触控笔和电磁触控感应器；所述电磁触控感应器上设置有触控感应天线单元和信号处理单元；所述触控感应天线单元感应电磁触控笔发射的电磁信号，并发送给所述信号处理单元，所述信号处理单元对电磁信号进行处理后在所述电磁触控感应器上形成电磁触控笔的运行轨迹。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的变容式电磁触控笔通过设置感应开关和延时电路能够自动切断信号发生模块的电源供应，避免电能的浪费。信号发生模块采用变电容式谐振回路，结构简单，笔尖行程变化小，性能稳定，制作成本低。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请具体实施方式提供的一种变电容式电磁触控笔的结构示意图。
图2为本申请具体实施方式提供的一种变电容式电磁触控笔中电源控制模块的电路原理图。
图3为本申请具体实施方式提供的一种变电容式电磁触控笔的电路原理图。
图4为本申请具体实施方式提供的一种变电容式电磁触控笔中可变电容式压力传感器的结构图。
图5为本申请具体实施方式提供的一种变电容式电磁触控笔的触控系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、笔外壳；2、笔系统电路；21、电源模块；211、电池；212、升压电路；22、电源控制模块；221、感应开关；222、倍压电路；223、延时电路；23、信号发生模块；231、LC谐振电路；232、可变电容式压力传感器；2321、传感器外壳；2322、复位弹簧；2323、可变电容；2324、压力传动器件；233、功能按键；3、笔尖；4、电磁触控感应器；41、触控感应天线单元；42、信号处理单元。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
实施例一
图1为本申请实施例一提供的变电容式电磁触控笔的结构示意图。如图1所示，该变电容式电磁触控笔包括笔外壳1、笔系统电路2和笔尖3。笔外壳1包括笔外壳前端和笔外壳后端，笔系统电路2包括电源模块21、电源控制模块22和信号发生模块23。电源控制模块22连接在电源模块21与信号发生模块23之间，用于控制电源模块21向信号发生模块23供电。电源模块21包括电池211和升压电路212，电源控制模块22包括感应开关221、倍压电路222和延时电路223。电池211与感应开关221连接，感应开关221通过倍压电路222与延时电路223连接，延时电路223通过升压电路212与信号发生模块23连接。笔外壳后端内设置电池211，笔外壳1内设置笔系统电路2，笔外壳前端处设置笔尖3。
电源模块21采用电池211供电，感应开关221通过感应电磁触控笔的震动产生高低电平，高低电平通过倍压电路222放大整形后来控制延时电路223的充放电。延时电路223通过电容充放电的方式使得升压电路212向信号发生模块23输出需要的电压或停止输出需要的电压。当电磁触控笔静止不动时，感应开关221就不会有高低电平的变化，进而电源会被关断或进入低功耗模式，避免电能的浪费。升压电路212为信号发生模块23提供工作电压。信号发生模块23向触控面板发射电磁信号。
实施例二
图2为本申请实施例二提供的一种变电容式电磁触控笔中电源控制模块的电路原理图。本实施例的技术方案以实施例一为基础，如图2所示，在本实施例中，感应开关221采用型号为BL-2500的滚珠型全方位信号触发传感元件。该元件包括一密封的方形壳体，其内部设置有滚珠和滚轴。方形壳体的对称两面由导电的金属构成，其他面由塑胶构成。其中，导电金属可以为铜、铝和金等。当外界有轻微振动或位移时，滚珠沿滚轴来回运动，进而使方形壳体两端的金属不断的导通关闭，从而产生不规则的高低电平。
具体地，如图2所示，倍压电路222采用四倍压电路222。感应开关221的一端连接电源模块21，其另一端串联第一电阻R1后接地。倍压电路222的输入端并联在第一电阻R1两端。倍压电路222的输出端与控制开关Q的控制端连接，控制开关Q的电压输入端与VCC连接，其电压输出端与升压电路212的使能端连接。控制开关Q的电压输出端通过延时电路223串联至接地点。需要说明的是，倍压电路222可以根据需要采用二倍压电路222、三倍压电路222、四倍压电路222等多倍压电路222。具体地，控制开关Q采用NPN型三极管。
延时电路223包括第一电容C1和第二电阻R2，第一电容C1的一端与控制开关的电压输出端连接，其另一端与接地点连接，第二电阻R2并联在第一电容C1的两端。
具体工作原理是：当感应开关221感应到电磁触控笔产生轻微的震动或相对位置的变化时，感应开关221内部滚珠不规则的运动导致感应开关221不规则的开关，进而产生不规则的微小信号。
微小信号经过倍压电路222不断的放大和整形，最后得到一个高电平用来开启控制开关Q，从而使得控制开关Q的电压输入端输入的电压VCC能够给第一电容C1充电。第一电容C1的放电过程通过其两端并联的第二电阻R2来实现。通过调整第二电阻R2的阻值，可以改变第一电容C1的放电时间。
当第一电容C1的放电电压达到升压电路212的门限电压后，升压电路212开始工作，输出信号发生模块23所需的电压；当第一电容C1的放电电压低于升压电路212的门限电压时，升压电路212停止工作。
实际应用中，除电容外，延时电路223还可以需要其他具有能量储存功能的器件，本申请并不以此为限。
具体地，信号发生模块23采用LC谐振电路。
该电磁触控笔的具体工作过程为：当感应开关221感应到电磁触控笔产生轻微的震动或相对位置的变化时，感应开关221产生的微小信号输入倍压电路222，倍压电路222对感应开关221输出的微小信号进行放大和整形，输出高电平。高电平开启控制开关Q，控制开关Q对延时电路223中的第一电容C1进行充电。第一电容C1充电到预定电压后，通过并联的电阻R5放电。放电电压达到升压电路212的门限电压后，升压电路212输出信号发生模块23所需的电压，信号发生模块23向外发射电磁信号；当第一电容C1的放电电压低于升压电路212的门限电压时，升压电路212停止工作，信号发生模块23自动进入低功耗模式。本实施例提供的变电容式电磁触控笔的电路结构简单，容易实现，且延时电路223的延时时间可控，能够提高电磁触控笔的使用性能。
实施例三
图3为本申请实施例三提供的一种变电容式电磁触控笔中信号发生模块的电路原理图。本实施例的技术方案以实施例二为基础，如图3所示，在本实施例中，信号发生模块23包括LC谐振电路231、可变电容式压力传感器232和功能按键233。LC谐振电路231包括第二电容C2、第三电容C3、调整电容C以及电磁信号输出线圈L。电磁信号输出线圈L是LC谐振电路231的谐振电感。调整电容C和电磁信号输出线圈L并联。可变电容式压力传感器232中的可变电容ΔC并联在LC谐振电路231的两端。升压电路212与可变电容式压力传感器232连接。功能按键233分别与第二电容C2和第三电容C3串联后并联在LC谐振电路中。
具体地，电磁信号输出线圈L由磁环和在磁环表面密绕的多层漆包线铜线圈构成，也可以是由磁环和在磁环表面密绕的多层纱包线铜线构成。电磁信号输出线圈L设置在笔外壳前端内，位于笔尖3周围。笔外壳1的前端采用绝缘材料。
信号发生模块23的工作频率f由以下公式决定：
由上式可知，如果可变电容式压力传感器232中的可变电容ΔC改变，或者功能按键233按下接入串联的第二电容C2和第三电容C3改变，或者调整电容C改变，信号发生模块23的工作频率f都会对应改变。
LC谐振电路的谐振电感兼电磁信号输出线圈L输出交变电磁信号，交变电磁信号包含书写的压感信号和功能按键233信号，输出信号可由调整电容C微调校准。
笔尖3可以是绝缘材料，也可以是导电材料。当笔尖3采用导电材料时，笔尖3可以连接电场输出信号以直接取代电场信号辐射天线；或者与电场信号辐射天线连接在一起做电场信号辐射天线，来增强电场信号的辐射强度，增强变电容式电磁触控笔的书写灵敏度。
具体地，图4为本申请实施例提供的一种变电容式电磁触控笔中可变电容式压力传感器的结构图。如图4所示，可变电容式压力传感器232包括传感器外壳2321、复位弹簧2322、可变电容2323、触控开关和压力传动器件2324。其中，可变电容2323包括绝缘介片和软性导电片。绝缘介片的第一面敷设导电体，是可变电容2323的第一电极。绝缘介片的第二面是可变电容2323的绝缘介质面，离绝缘介质面极小的间隔设置软性导电片。软性导电片的一端与复位弹簧2322的一引出端连接，复位弹簧2322的另一引出端构成可变电容2323的第二极。软性导电片为可压缩的导电泡棉或可挤压形变的导电橡胶，绝缘介片第二面的绝缘介质是可变电容2323的第一电极与第二电极间的电容介质。软性导电片与压力传动器件2324连为一体。当压力传动器件2324受到触碰力时首先传递给软性导电片，软性导电片产生形变后接触可变电容2323的绝缘介质面，传递给绝缘介片。触碰力越大，软性导电片产生的形变越大，软性导电片与绝缘介质面的接触面积也越大，可变电容2323两级间的电容值也越大。
触控开关包括一个静触点和一个动触点，其中，静触点固定在绝缘介片的第一面，可变电容2323的第二极形成动触点。当笔尖3受力时，动触点受到压力传动器件2324的力，复位弹簧2322会向下压缩，软性导电片会发生形变，直到软性导电片的形变到最大状态；当笔尖3受力消失时，复位弹簧2322又会把动触点送回原位。
软性导电片的形变会导致可变电容2323的电容值的变化，电容值的变化导致谐振电路频率发生改变，使得软性导电片形变的压力值可以间接的通过谐振电路的频率的改变体现出来。
在本实施例中，软性导电片与可变电容2323的绝缘介质面相对的一面，表面可以是锯齿形线条，或者中间凸的弧面，或者是均匀分布的任意凸起形状。
实施例四
图5为本申请实施例四提供的一种变电容式电磁触控笔的触控系统的结构示意图。本实施例的技术方案以实施例一、实施例二和实施例三为基础，如图4所示，在本实施例中，变电容式电磁触控笔的触控系统包括上述各实施例所述的变电容式电磁触控笔和电磁触控感应器4。其中，电磁触控感应器4上设置有触控感应天线单元41和信号处理单元42。触控感应天线单元41感应电磁触控笔发射的电磁信号，并发送给信号处理单元42，信号处理单元42对电磁信号进行处理后在电磁触控感应器4上形成电磁触控笔的运行轨迹。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。
Claims (7)
1.一种变电容式电磁触控笔，其特征在于，包括笔外壳、笔系统电路和笔尖；
所述笔外壳包括笔外壳前端和笔外壳后端；
所述笔系统电路包括电源模块、电源控制模块和信号发生模块；所述电源控制模块连接在所述电源模块与信号发生模块之间，用于控制所述电源模块向所述信号发生模块供电；所述电源模块包括电池和升压电路，所述电源控制模块包括感应开关、倍压电路和延时电路；所述电池与感应开关连接，所述感应开关通过所述倍压电路与所述延时电路连接，所述延时电路通过所述升压电路与信号发生模块连接；
所述电池设置在所述笔外壳后端内，所述笔系统电路设置在笔外壳内，所述笔尖设置在所述笔外壳前端处；
所述感应开关通过感应电磁触控笔的震动产生高低电平，高低电平通过所述倍压电路放大整形后来控制所述延时电路的充放电；所述电池通过所述感应开关、倍压电路、延时电路和升压电路为所述信号发生模块提供工作电压；所述信号发生模块发射电磁信号；
所述感应开关的一端连接所述电源模块，其另一端串联第一电阻后接地，所述倍压电路的输入端并联在所述第一电阻两端，所述倍压电路的输出端与控制开关的控制端连接，所述控制开关的电压输入端与VCC连接，其电压输出端与所述升压电路的使能端连接，所述控制开关的电压输出端通过所述延时电路串联至接地点；
所述信号发生模块包括LC谐振电路、可变电容式压力传感器和功能按键；所述LC谐振电路包括第二电容、第三电容、调整电容以及电磁信号输出线圈；所述调整电容与电磁信号输出线圈并联，所述可变电容式压力传感器中的可变电容并联在LC谐振电路的两端；所述升压电路与可变电容式压力传感器连接；所述功能按键分别与第二电容和第三电容串联后并联在LC谐振电路中；
所述可变电容式压力传感器包括传感器外壳、复位弹簧、可变电容、触控开关和压力传动器件；所述可变电容包括绝缘介片和软性导电片；
所述绝缘介片的第一面敷设导电体，是所述可变电容的第一电极；所述绝缘介片的第二面是可变电容的绝缘介质面，离绝缘介质面极小的间隔设置所述软性导电片，所述软性导电片的一端与所述复位弹簧的一引出端连接，所述复位弹簧的另一引出端构成所述可变电容的第二极；所述软性导电片为可压缩的导电泡棉或可挤压形变的导电橡胶，所述绝缘介片第二面的绝缘介质是所述可变电容的第一极与第二极间的电容介质；所述软性导电片与压力传动器件连为一体；
所述触控开关包括一个静触点和一个动触点，所述静触点固定在所述绝缘介片的第一面，所述可变电容的第二极形成动触点。
2.根据权利要求1所述的变电容式电磁触控笔，其特征在于，所述控制开关采用NPN型三极管。
3.根据权利要求1所述的变电容式电磁触控笔，其特征在于，所述延时电路包括第一电容和第二电阻，所述第一电容的一端与所述控制开关的电压输出端连接，其另一端与接地点连接，所述第二电阻并联在所述第一电容的两端。
4.根据权利要求1所述的变电容式电磁触控笔，其特征在于，所述电磁信号输出线圈设置在所述笔外壳前端内，位于所述笔尖周围。
5.根据权利要求1所述的变电容式电磁触控笔，其特征在于，所述电磁信号输出线圈由磁环和在所述磁环表面密绕的多层漆包线铜线圈构成，或者由磁环和在所述磁环表面密绕的多层纱包线铜线构成。
6.根据权利要求1所述的变电容式电磁触控笔，其特征在于，所述软性导电片与可变电容的绝缘介质面相对的一面，表面为是锯齿形线条，或者中间凸的弧面，或者是均匀分布的任意凸起形状。
7.一种变电容式电磁触控笔的触控系统，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的变电容式电磁触控笔和电磁触控感应器；所述电磁触控感应器上设置有触控感应天线单元和信号处理单元；所述触控感应天线单元感应电磁触控笔发射的电磁信号，并发送给所述信号处理单元，所述信号处理单元对电磁信号进行处理后在所述电磁触控感应器上形成电磁触控笔的运行轨迹。
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