CN112649049A - 一种数码笔及握姿检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数码笔，属于智能笔技术领域，本发明提供的数码笔包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体和握姿信息传送模块；握笔状态判断模块分别与握姿检测传感器和握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用握姿检测传感器，来检测数码笔本体上产生的握姿信息，并将握姿信息发送到上位机；当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握姿信息进行检测。本发明还提供了数码笔握姿检测方法，可以判断握笔者的握笔状态，只有握笔者在书写状态下，对握笔者的握姿进行判断，可以提高对握笔者握姿检测的精度，避免了握笔者因握笔距离不合适导致的近视或驼背。

Description

一种数码笔及握姿检测方法

技术领域

本发明属于智能笔技术领域，更具体地说，是涉及一种数码笔及握姿检测方法。

背景技术

智能笔在纸介上书写的同时，可以将书写轨迹以数字方式记录下来，以便进行后续的自动分析和处理，目前这种智能笔已经广泛应用于教育领域。常见的智能笔有电磁触控笔、电容触控笔、点阵笔等。

正确的握笔姿势是:握笔时手中指的指甲根从笔杆的下方将笔从下往上抵住，握笔手指之间到笔杆最下面留出一寸长的距离，一寸约为33毫米。

将孩子的握笔距离掌握在33毫米既能方便孩子看清书本的字体，又能保证孩子写字的舒适度。

由于数码笔在使用过程中，能够得到笔的倾斜角度和倾斜方向。根据书写的握笔习惯，区分为左手和右手两种情况。对于右手握笔者，其笔的倾斜方向一般倾向于右手虎口位置，即位于第4象限，如图1所示。并且倾斜角度与纸面的夹角一般为50度到80度之间，如图2所示，超出此范围，则属于握姿不对。

但还存在某些特殊情况，不可以判断为握姿问题，例如当使用者用直尺或图形模板等绘图工具作图时，存在笔倾斜方向与直尺垂直的可能，此时不能判断为握姿问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数码笔及握姿检测方法，旨在解决握笔者使用直尺或图形模板等绘图工具作图时，导致握姿检测不准确的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种数码笔，包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体和握姿信息传送模块；

所述握笔状态判断模块分别与所述握姿检测传感器和所述握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；所述握笔状态包括书写状态和作图状态；

当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用设置在所述数码笔本体上的所述握姿检测传感器，来检测所述数码笔本体上产生的握姿信息，并将所述握姿信息通过所述握姿信息传送模块发送到上位机，所述上位机根据所述握姿信息对握笔者的握笔姿态进行矫正；所述握姿信息包括数码笔本体与纸面的倾斜角度和数码笔本体与纸面的倾斜方向；

当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握笔者的握姿信息进行检测。

优选的，还包括握位检测传感器和握位信息传送电路；所述握位检测传感器与所述握位信息传送电路连接，用于检测当握笔者的握笔状态为书写状态时，在所述数码笔本体上产生的握位信息，并将所述握位信息通过所述握位信息传送电路上传到上位机；所述握位信息包括上握位信息、中握位信息和下握位信息；

所述握位检测传感器包括：上握位检测环、上握位检测传感器、下握位检测环和下握位检测传感器；

所述上握位检测环和所述下握位检测环均套设在所述数码笔本体上；所述上握位检测环和所述下握位检测环之间具有间隔；所述上握位检测环与所述上握位检测传感器连接，所述下握位检测环与所述下握位检测传感器连接；

当握笔者在书写状态时，接触到所述上握位检测环，则所述上握位检测传感器会输出低电平，记为上握位信息；

当握笔者在书写状态时，接触到所述下握位检测环，则所述下握位检测传感器会输出低电平，记为下握位信息；

当握笔者在书写状态时，没有接触到所述上握位检测环和所述下握位检测环，则所述上握位检测传感器和所述下握位检测传感器会同时输出高电平，记为中握位信息。

优选的，还包括上握位LED灯和下握位LED灯；

所述上握位检测传感器的输出端与所述上握位LED灯连接，当所述上握位检测传感器的输出端输出低电平时，所述上握位LED灯导通发光；

所述下握位检测传感器的输出端与所述下握位LED灯连接，当所述下握位检测传感器的输出端输出低电平时，所述下握位LED灯导通发光。

优选的，所述握位信息传送电路包括运放反馈电路和震荡电路；

所述运放反馈电路和所述震荡电路连接，用于将所述上握位检测传感器或者所述下握位检测传感器输出端输出的电平信号发送到所述震荡电路；所述震荡电路根据所述电平信号产生握位震荡频率，所述上位机接收所述握位震荡频率并对所述握位震荡频率进行解调得到所述握位信息。

优选的，所述运放反馈电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第二十电容、第十三电容、第二十四电容、第二十五电容、第二十六电容、三极管；

所述第一场效应管的栅极与所述下握位检测传感器的输出端连接，所述第一场效应管的源极与电源连接，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的栅极连接；所述第三场效应管的源极与所述第二十五电容的一端连接，所述第二十五电容的另一端接地，所述第三场效应管的漏极与所述第二十电容的一端连接，所述第二十电容的另一端与所述三极管的集电极连接；

所述第二场效应管的栅极与所述上握位检测传感器的输出端连接，所述第二场效应管的源极与电源连接，所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的栅极连接；所述第四场效应管的源极与所述第二十五电容的一端连接，所述第四场效应管的漏极与所述第十三电容的一端连接，所述第十三电容的另一端与所述三极管的集电极连接；

所述第二十四电容的一端与所述三极管的集电极连接，所述第二十四电容的另一端与所述第二十五电容的一端连接；

所述三极管的发射极与所述第二十五电容的一端连接，所述三极管的基极与电源连接；所述第二十六电容的一端与所述三极管的基极连接，所述第二十六电容的另一端接地。

优选的，所述震荡电路包括：电感、第二电容、第十六电容和第十七电容、第一电容、第三电容、第二开关和第三开关；

所述电感的一端与所述第二电容的一端连接，所述电感的另一端与所述第二电容的另一端连接；所述第二电容的一端与所述第十六电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第十六电容的另一端连接；所述第十六电容的一端与所述第十七电容的一端连接，所述第十六电容的另一端与所述第十七电容的另一端连接，所述第十七电容的另一端与所述三极管的集电极连接；所述第一电容的一端与所述第三开关的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第十七电容的一端连接，所述第三开关的另一端与所述第十七电容的另一端连接；

所述第三电容的一端与所述第二开关的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一电容的另一端连接，所述第二开关的另一端与所述第三开关的另一端连接。

一种数码笔握姿检测方法，包括：

步骤1：获取数码笔的笔尖在接触到纸张时，笔尖的初始坐标(x0,y0)；

步骤2：根据所述笔尖的初始坐标(x0,y0)和笔尖的当前坐标(x，y)得到笔尖在移动过程中，笔尖的当前坐标(x，y)相对于初始坐标(x0,y0)的距离值的集合；所述距离值的集合包括相对于x0的距离集合和相对于y0的距离集合；

步骤3：根据所述距离值的集合确定握笔者的握笔状态；所述握笔状态包括：书写状态和作图状态。

优选的，所述步骤3：根据所述距离值的集合确定握笔者的握笔状态，包括：

步骤3.1：当笔尖抬起时，获取所述相对于x0的距离集合中的最大值和所述相对于y0的距离集合中的最大值；

步骤3.2：判断所述相对于x0的距离集合中的最大值或者所述相对于y0的距离集合中的最大值是否大于书写长度阈值；

步骤3.3：若所述相对于x0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.4：若所述相对于x0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.5：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.6：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息。

优选的，所述步骤3.6：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息，包括；

步骤3.6.1：获取所述数码笔本体与纸面的倾斜角度和所述数码笔本体与纸面的倾斜方向；

步骤3.6.2：判断所述倾斜角度是否位于标准倾斜角度范围阈值内，所述倾斜方向是否位于标准倾斜方向范围阈值内；

步骤3.6.3：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确；

步骤3.6.4：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜方向，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.5：若所述倾斜角度没有位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜角度，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.6：若所述倾斜角度没有位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜角度和所述倾斜方向，矫正握笔者握姿。

优选的，在所述步骤3.6.3：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确之后，还包括：

获取标准握位检测位置和握位信息；所述标准握位检测位置包括：与下握位检测环接触、与上握位检测环接触、以及没有与所述上握位检测环和所述下握位检测环接触；

判断用户的握位是否为标准握位检测位置；

若用户的握位是标准握位检测位置，则用户的握位正确；

若用户的握位不是标准握位检测位置，则用户的握位不正确，上位机发送提示信息矫正用户的握位。

本发明提供的一种数码笔及握姿检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的数码笔包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体和握姿信息传送模块；握笔状态判断模块分别与握姿检测传感器和握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用握姿检测传感器，来检测数码笔本体上产生的握姿信息，并将握姿信息发送到上位机；当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握姿信息进行检测。本发明还提供了数码笔握姿检测方法，可以判断握笔者的握笔状态，只有握笔者在书写状态下，对握笔者的握姿进行判断，可以提高对握笔者握姿检测的精度，实时提醒握笔者注意握笔姿势，避免了握笔者因握笔距离不合适导致的近视或驼背现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一握笔姿势矫正原理图；

图2为本发明实施例提供的第二握笔姿势矫正原理图；

图3为本发明实施例提供的数码笔的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的下握位检测传感器原理图；

图5为本发明实施例提供的上握位检测传感器原理图；

图6为本发明实施例提供的LED灯提示电路原理图；

图7为本发明实施例提供的握位信息传送电路图；

图8为本发明实施例提供数码笔握姿检测方法原理图。

图中：

1、数码笔本体；2、上握位检测环；3、下握位检测环。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的在于提供一种数码笔及其数据传输方法，旨在解决握笔者使用直尺或图形模板等绘图工具作图时，导致握姿检测不准确的问题。

请参阅图3，现对本发明提供的数码笔进行说明。一种数码笔，包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体1和握姿信息传送模块；

握笔状态判断模块分别与握姿检测传感器和握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；握笔状态包括书写状态和作图状态；

当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用设置在数码笔本体1上的握姿检测传感器，来检测数码笔本体1上产生的握姿信息，并将握姿信息通过握姿信息传送模块发送到上位机，上位机根据握姿信息对握笔者的握笔姿态进行矫正；握姿信息包括数码笔本体1与纸面的倾斜角度和数码笔本体1与纸面的倾斜方向；

当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握笔者的握姿信息进行检测。

作为本发明的一种具体的实施方式，还包括握位检测传感器和握位信息传送电路；握位检测传感器与握位信息传送电路连接，用于检测当握笔者的握笔状态为书写状态时，在数码笔本体1上产生的握位信息，并将握位信息通过握位信息传送电路上传到上位机；握位信息包括上握位信息、中握位信息和下握位信息；

握位检测传感器包括：上握位检测环2、上握位检测传感器、下握位检测环3和下握位检测传感器；

上握位检测环2和下握位检测环3均套设在数码笔本体1上；上握位检测环2和下握位检测环3之间具有间隔；上握位检测环2与上握位检测传感器连接，下握位检测环3与下握位检测传感器连接；

当握笔者在书写状态时，接触到上握位检测环2，则上握位检测传感器会输出低电平，记为上握位信息；

当握笔者在书写状态时，接触到下握位检测环3，则下握位检测传感器会输出低电平，记为下握位信息；

当握笔者在书写状态时，没有接触到上握位检测环2和下握位检测环3，则上握位检测传感器和下握位检测传感器会同时输出高电平，记为中握位信息。

上握位检测传感器和下握位检测传感器均采用GT3LS01L。

在实际应用中，上握位检测环2或者下握位检测环3为环形的金属焊盘，利用电容检测的方式来检测手指位置。环形金属焊盘可以是喷涂或电镀到笔壳上的金属导电材料，也可以是由柔性印刷电路板制成。其中，上握位检测环2或者下握位检测环3的直径优选7.5mm，宽度优选1.16mm，上握位检测环2距离笔尖高度h1为30.3mm，下握位检测环3距离笔尖高度h2为23.75mm。

请一并参阅图4和图5，本发明采用GT3LS01L来检测手指触摸位置，GT3LS01L的检测原理是，金属焊盘对地的初始电容为Ci，当手指接近时，就会在焊盘与地之间并联一个电容Cp，当此当Cp电容足够大时，GT3LS01L的输出端会产生一个低电平。

本发明通过握位检测传感器实时检测握笔者在握笔时，在数码笔本体1上产生的握位信息，并将握位信息发送到上位机，上位机可根据握位信息来矫正握笔者的握笔位置，实时提醒握笔者注意握笔姿势，避免了握笔者因握笔距离不合适导致的近视或驼背现象。

请参阅图6，本发明还包括上握位LED灯和下握位LED灯；

上握位检测传感器的输出端与上握位LED灯连接，当上握位检测传感器的输出端输出低电平时，上握位LED灯导通发光；

下握位检测传感器的输出端与下握位LED灯连接，当下握位检测传感器的输出端输出低电平时，下握位LED灯导通发光。

本发明可通过LED灯的发光状况，来提醒使用者握笔的情况。

在电磁触控应用中，教育手写板通常可以用无线的方式，例如蓝牙、WIFI、4G等，来连接到服务器或者云端，将使用者书写的轨迹传送出去，以便老师、服务器等进行存储、分析或其他处理。因此，可以将握笔的握位信息附带进行传送，有助于监督使用者握笔的情况，并可以及时地加以指出和纠正。而不仅仅是通过LED灯等界面指示来提醒使用者本人。

请参阅图7，下面对本发明中的握位信息传送电路进行进一步说明。

握位信息传送电路包括运放反馈电路和震荡电路；

运放反馈电路和震荡电路连接，用于将上握位检测传感器或者下握位检测传感器输出端输出的电平信号发送到震荡电路；震荡电路根据电平信号产生握位震荡频率，上位机接收握位震荡频率并对握位震荡频率进行解调得到握位信息。

运放反馈电路包括：第一场效应管P4、第二场效应管P2、第三场效应管N2、第四场效应管N3、第二十电容C20、第十三电容C13、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、三极管；

第一场效应管P4的栅极与下握位检测传感器的输出端连接，第一场效应管P4的源极与电源连接，第一场效应管P4的漏极与第三场效应管N2的栅极连接；第三场效应管N2的源极与第二十五电容C25的一端连接，第二十五电容C25的另一端接地，第三场效应管N2的漏极与第二十电容C20的一端连接，第二十电容C20的另一端与三极管的集电极连接；

第二场效应管P2的栅极与上握位检测传感器的输出端连接，第二场效应管P2的源极与电源连接，第二场效应管P2的漏极与第四场效应管N3的栅极连接；第四场效应管N3的源极与第二十五电容C25的一端连接，第四场效应管N3的漏极与第十三电容C13的一端连接，第十三电容C13的另一端与三极管的集电极连接；

第二十四电容C24的一端与三极管的集电极连接，第二十四电容C24的另一端与第二十五电容C25的一端连接；

三极管的发射极与第二十五电容C25的一端连接，三极管的基极与电源连接；第二十六电容C26的一端与三极管的基极连接，第二十六电容C26的另一端接地。

震荡电路包括：电感L1、第二电容C2、第十六电容C16和第十七电容C17；

电感L1的一端与第二电容C2的一端连接，电感L1的另一端与第二电容C2的另一端连接；第二电容C2的一端与第十六电容C16的一端连接，第二电容C2的另一端与第十六电容C16的另一端连接；第十六电容C16的一端与第十七电容C17的一端连接，第十六电容C16的另一端与第十七电容C17的另一端连接，第十七电容C17的另一端与三极管的集电极连接。震荡电路还包括第一电容C1、第三电容C3、第二开关J2和第三开关J3；

第一电容C1的一端与第三开关J3的一端连接，第一电容C1的另一端与第十七电容C17的一端连接，第三开关J3的另一端与第十七电容C17的另一端连接；

第三电容C3的一端与第二开关J2的一端连接，第三电容C3的另一端与第一电容C1的另一端连接，第二开关J2的另一端与第三开关J3的另一端连接。

本发明握位信息传送电路中省略了电源管理部分，在振荡电路中，振荡频率为

其中L为电感值，C为C2、C16、C17并联后，与运放反馈电路部分电容C20、C13、C24并联后再串连C25，其中C的计算公式如下；

数码笔正常工作时，笔尖按下，电感值加大，会导致振荡频率下行，开关J2,J3是笔上的开关按键，导通后，也会使振荡频率向下变化，但会区别于电感值变化的频率范围，因此根据振荡频率可以判断出按键及笔尖的压力大小。

本发明为了检测握位信息，引入了PMOS管来控制C20/C13的导通与关断，在正常情况下，C20/C13处于导通状态，但下握位被检测到时，即OUT_1变低，则会断开C20，此时整个笔的振荡频率会增加一个值f1，上握位被检测到时，即OUT_2变低，则会断开C13，此时笔的振荡频率会增加到另一个值f2，根据所检测到的频率变化，就可以判断握位是否处于正常位置，从而通过板子上的无线模块，将握位信息传输出去。

请参阅图8，其中，DrawStatus表示作图状态。本发明还提供了一种数码笔握姿检测方法：当笔尖按下后，记下该笔的初始坐标(x0,y0)。

在笔移动过程中，不断记录|x-x0|，以及|y-y0|的最大值Xmax及Ymax。

当笔抬起时，判断如果Xmax>Thred或者Ymax>Thred，则判断该笔为作图状态。下面对这一过程进行详细描述。

具体的，一种数码笔握姿检测方法，包括：

一种数码笔握姿检测方法，包括：

步骤1：获取数码笔的笔尖在接触到纸张时，笔尖的初始坐标(x0,y0)；

步骤2：根据笔尖的初始坐标(x0,y0)和笔尖的当前坐标(x，y)得到笔尖在移动过程中，笔尖的当前坐标(x，y)相对于初始坐标(x0,y0)的距离值的集合；距离值的集合包括相对于x0的距离集合和相对于y0的距离集合；

步骤3：根据距离值的集合确定握笔者的握笔状态；握笔状态包括：书写状态和作图状态。

步骤3：根据距离值的集合确定握笔者的握笔状态，包括：

步骤3.1：当笔尖抬起时，获取相对于x0的距离集合中的最大值和相对于y0的距离集合中的最大值；

步骤3.2：判断相对于x0的距离集合中的最大值或者相对于y0的距离集合中的最大值是否大于书写长度阈值；

步骤3.3：若相对于x0的距离集合中的最大值大于书写长度阈值，且相对于y0的距离集合中的最大值大于书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.4：若相对于x0的距离集合中的最大值大于书写长度阈值，且相对于y0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.5：若相对于x0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，且相对于y0的距离集合中的最大值大于书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.6：若相对于x0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，且相对于y0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息。

步骤3.6：若相对于x0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，且相对于y0的距离集合中的最大值小于书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息，包括；

步骤3.6.1：获取数码笔本体与纸面的倾斜角度和数码笔本体与纸面的倾斜方向；

步骤3.6.2：判断倾斜角度是否位于标准倾斜角度范围阈值内，倾斜方向是否位于标准倾斜方向范围阈值内；

步骤3.6.3：若倾斜角度位于标准倾斜角度范围阈值内，且倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确；

步骤3.6.4：若倾斜角度位于标准倾斜角度范围阈值内，且倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据倾斜方向，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.5：若倾斜角度没有位于标准倾斜角度范围阈值内，且倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据倾斜角度，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.6：若倾斜角度没有位于标准倾斜角度范围阈值内，且倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据倾斜角度和倾斜方向，矫正握笔者握姿。

在步骤3.6.3：若倾斜角度位于标准倾斜角度范围阈值内，且倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确之后，还包括：

获取标准握位检测位置和握位信息；标准握位检测位置包括：与下握位检测环接触、与上握位检测环接触、以及没有与上握位检测环和下握位检测环接触；

判断用户的握位是否为标准握位检测位置；

若用户的握位是标准握位检测位置，则用户的握位正确；

若用户的握位不是标准握位检测位置，则用户的握位不正确，上位机发送提示信息矫正用户的握位。本发明中倾斜角度与纸面的夹角一般为50度到80度之间最好，即标准倾斜角度范围阈值为50度到80度。请参阅图1，对于右手握笔者，其笔的倾斜方向一般倾向于右手虎口位置位于第4象限，即为标准倾斜方向范围阈值。

因为笔的握姿检测一般适用于刚刚书写入门的小学生，所以考虑书写内容为中文方块字为主，如果是英文，入门阶段亦不考虑连笔书写，其判定方法等同于中文。方块字与作图的最大区别在于，笔在书写的长度有限，而作图状态下，单笔的长度会较长，但有一点例外，即虚线作图，这时，可以同时考虑两笔或三笔的数据，应用本发明的数码笔握姿检测方法，也可以得到相同的判定效果。

正常情况下，取单笔书写的长度为10毫米，即书写长度阈值Thred＝10mm，根据实际需要，也可以取其他阈值。

本提供的数码笔及握姿检测方法可以有效地区分握笔者的握笔状态，过程简洁，复杂度低，不占用过多的微处理器计算资源，具有良好的可行性。

本发明提供了一种数码笔及握姿检测方法，本发明提供的数码笔包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体和握姿信息传送模块；握笔状态判断模块分别与握姿检测传感器和握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用握姿检测传感器，来检测数码笔本体上产生的握姿信息，并将握姿信息发送到上位机；当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握姿信息进行检测。本发明还提供了数码笔握姿检测方法，可以判断握笔者的握笔状态，只有握笔者在书写状态下，对握笔者的握姿进行判断，可以提高对握笔者握姿检测的精度，实时提醒握笔者注意握笔姿势，避免了握笔者因握笔距离不合适导致的近视或驼背现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数码笔，其特征在于，包括：握笔状态判断模块、握姿检测传感器、数码笔本体和握姿信息传送模块；

所述握笔状态判断模块分别与所述握姿检测传感器和所述握姿信息传送模块连接，用于根据握笔者的书写长度判断握笔者的握笔状态；所述握笔状态包括书写状态和作图状态；

当握笔者的握笔状态为书写状态时，采用设置在所述数码笔本体上的所述握姿检测传感器，来检测所述数码笔本体上产生的握姿信息，并将所述握姿信息通过所述握姿信息传送模块发送到上位机，所述上位机根据所述握姿信息对握笔者的握笔姿态进行矫正；所述握姿信息包括数码笔本体与纸面的倾斜角度和数码笔本体与纸面的倾斜方向；

当握笔者的握笔状态为作图状态时，则不对握笔者的握姿信息进行检测。

2.如权利要求1所述的数码笔，其特征在于，还包括握位检测传感器和握位信息传送电路；所述握位检测传感器与所述握位信息传送电路连接，用于检测当握笔者的握笔状态为书写状态时，在所述数码笔本体上产生的握位信息，并将所述握位信息通过所述握位信息传送电路上传到上位机；所述握位信息包括上握位信息、中握位信息和下握位信息；

所述握位检测传感器包括：上握位检测环、上握位检测传感器、下握位检测环和下握位检测传感器；

所述上握位检测环和所述下握位检测环均套设在所述数码笔本体上；所述上握位检测环和所述下握位检测环之间具有间隔；所述上握位检测环与所述上握位检测传感器连接，所述下握位检测环与所述下握位检测传感器连接；

当握笔者在书写状态时，接触到所述上握位检测环，则所述上握位检测传感器会输出低电平，记为上握位信息；

当握笔者在书写状态时，接触到所述下握位检测环，则所述下握位检测传感器会输出低电平，记为下握位信息；

当握笔者在书写状态时，没有接触到所述上握位检测环和所述下握位检测环，则所述上握位检测传感器和所述下握位检测传感器会同时输出高电平，记为中握位信息。

3.如权利要求2所述的数码笔，其特征在于，还包括上握位LED灯和下握位LED灯；

所述上握位检测传感器的输出端与所述上握位LED灯连接，当所述上握位检测传感器的输出端输出低电平时，所述上握位LED灯导通发光；

所述下握位检测传感器的输出端与所述下握位LED灯连接，当所述下握位检测传感器的输出端输出低电平时，所述下握位LED灯导通发光。

4.如权利要求3所述的数码笔，其特征在于，所述握位信息传送电路包括运放反馈电路和震荡电路；

所述运放反馈电路和所述震荡电路连接，用于将所述上握位检测传感器或者所述下握位检测传感器输出端输出的电平信号发送到所述震荡电路；所述震荡电路根据所述电平信号产生握位震荡频率，所述上位机接收所述握位震荡频率并对所述握位震荡频率进行解调得到所述握位信息。

5.如权利要求4所述的数码笔，其特征在于，所述运放反馈电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第二十电容、第十三电容、第二十四电容、第二十五电容、第二十六电容、三极管；

所述第一场效应管的栅极与所述下握位检测传感器的输出端连接，所述第一场效应管的源极与电源连接，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的栅极连接；所述第三场效应管的源极与所述第二十五电容的一端连接，所述第二十五电容的另一端接地，所述第三场效应管的漏极与所述第二十电容的一端连接，所述第二十电容的另一端与所述三极管的集电极连接；

所述第二场效应管的栅极与所述上握位检测传感器的输出端连接，所述第二场效应管的源极与电源连接，所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的栅极连接；所述第四场效应管的源极与所述第二十五电容的一端连接，所述第四场效应管的漏极与所述第十三电容的一端连接，所述第十三电容的另一端与所述三极管的集电极连接；

所述第二十四电容的一端与所述三极管的集电极连接，所述第二十四电容的另一端与所述第二十五电容的一端连接；

所述三极管的发射极与所述第二十五电容的一端连接，所述三极管的基极与电源连接；所述第二十六电容的一端与所述三极管的基极连接，所述第二十六电容的另一端接地。

6.如权利要求5所述的数码笔，其特征在于，所述震荡电路包括：电感、第二电容、第十六电容和第十七电容、第一电容、第三电容、第二开关和第三开关；

所述电感的一端与所述第二电容的一端连接，所述电感的另一端与所述第二电容的另一端连接；所述第二电容的一端与所述第十六电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第十六电容的另一端连接；所述第十六电容的一端与所述第十七电容的一端连接，所述第十六电容的另一端与所述第十七电容的另一端连接，所述第十七电容的另一端与所述三极管的集电极连接；所述第一电容的一端与所述第三开关的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第十七电容的一端连接，所述第三开关的另一端与所述第十七电容的另一端连接；

所述第三电容的一端与所述第二开关的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一电容的另一端连接，所述第二开关的另一端与所述第三开关的另一端连接。

7.一种数码笔握姿检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取数码笔的笔尖在接触到纸张时，笔尖的初始坐标(x0,y0)；

步骤2：根据所述笔尖的初始坐标(x0,y0)和笔尖的当前坐标(x，y)得到笔尖在移动过程中，笔尖的当前坐标(x，y)相对于初始坐标(x0,y0)的距离值的集合；所述距离值的集合包括相对于x0的距离集合和相对于y0的距离集合；

步骤3：根据所述距离值的集合确定握笔者的握笔状态；所述握笔状态包括：书写状态和作图状态。

8.如权利要求7所述的数码笔握姿检测方法，其特征在于，所述步骤3：根据所述距离值的集合确定握笔者的握笔状态，包括：

步骤3.1：当笔尖抬起时，获取所述相对于x0的距离集合中的最大值和所述相对于y0的距离集合中的最大值；

步骤3.2：判断所述相对于x0的距离集合中的最大值或者所述相对于y0的距离集合中的最大值是否大于书写长度阈值；

步骤3.3：若所述相对于x0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.4：若所述相对于x0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.5：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值大于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为作图状态，不对握笔者的握姿信息进行检测；

步骤3.6：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息。

9.如权利要求8所述的数码笔握姿检测方法，其特征在于，所述步骤3.6：若所述相对于x0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，且所述相对于y0的距离集合中的最大值小于所述书写长度阈值，则握笔者的握笔状态为书写状态，采用握姿检测传感器，来检测握笔者的握姿信息，包括；

步骤3.6.1：获取所述数码笔本体与纸面的倾斜角度和所述数码笔本体与纸面的倾斜方向；

步骤3.6.2：判断所述倾斜角度是否位于标准倾斜角度范围阈值内，所述倾斜方向是否位于标准倾斜方向范围阈值内；

步骤3.6.3：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确；

步骤3.6.4：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜方向，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.5：若所述倾斜角度没有位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜角度，矫正握笔者握姿；

步骤3.6.6：若所述倾斜角度没有位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向没有位于标准倾斜方向范围阈值内，则根据所述倾斜角度和所述倾斜方向，矫正握笔者握姿。

10.如权利要求9所述的数码笔握姿检测方法，其特征在于，在所述步骤3.6.3：若所述倾斜角度位于所述标准倾斜角度范围阈值内，且所述倾斜方向位于标准倾斜方向范围阈值内，则用户的握姿正确之后，还包括：

获取标准握位检测位置和握位信息；所述标准握位检测位置包括：与下握位检测环接触、与上握位检测环接触、以及没有与所述上握位检测环和所述下握位检测环接触；

判断用户的握位是否为标准握位检测位置；

若用户的握位是标准握位检测位置，则用户的握位正确；

若用户的握位不是标准握位检测位置，则用户的握位不正确，上位机发送提示信息矫正用户的握位。

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