CN1519682B - 唤醒检测方法及其实施装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有手感应系统、唤醒检测器和微控制器的输入装置。在不活动的时段之后，装置被置为休眠模式以保存能量。在休眠模式期间，手感应系统呈现给唤醒检测器的电属性被测量。如果电属性超过预定电平，输入装置就被激活。在其它的实施例中，加速计、压力开关或者计算机系统的响应可以用来触发输入装置的激活。

Description

唤醒检测方法及其实施装置
技术领域
本发明涉及数据输入设备，尤其涉及如计算机鼠标等无绳输入设备的节能实现。
背景技术
在电气器件和设备的技术中存在对能量效率的持续的强烈需要和期望。这样的期望对于在能量上依赖可替换电池的便携式设备更加急迫。例如，如无绳鼠标和键盘等用于计算机和工作站的无绳设备日益流行。这些设备不连到计算机上，并且一般地使用一个或多个可替换的电池作为它们的能量来源。电池提供有限的能量支持。因此，电池由于设备的连续使用而周期性地替换。在这些设备中期望能量效率以降低能量消耗从而增加电池寿命，得到较低的操作成本。此外，电池生命周期的增加减少了与许多电池的废物处理问题相联系的对生态的不良影响。这是因为许多类型的电池含有毒材料。在本文献中，为了方便讨论和描述，以无绳计算机鼠标作为期望能量效率增加的电气设备的例子。
在增加无绳鼠标的能量效率的现有技术中，设备被配置成以活动模式和休眠模式这两种操作模式操作。在活动模式中，鼠标以全部的操作能力来操作并且消耗全部操作量的能量。此外，在活动模式中，鼠标对用户的输入和移动提供即时响应(或者非常接近于即时响应)。当检测到一段时间的不活动时，鼠标进入休眠模式，鼠标电路的部分被置为不活动从而减少能量消耗。
在休眠模式期间，鼠标周期性地监视它的传感器以检测来自用户的任何移动和输入。为了监视它的传感器，鼠标的许多去激活的部分被激活，因而在监视活动期间消耗能量。如果检测到移动或输入，鼠标就从休眠模式唤醒并进入活动模式。在休眠模式期间，监视活动之间的时间段决定能量消耗的程度和鼠标对用户输入的响应性。一方面，频繁的监视为用户输入提供了更好的鼠标响应性。另一方面，频繁的监视消耗更多的能量从而降低了节能休眠模式的有效性。
因此，仍需要更好的技术和设备以在提供足够的对用户的响应时最小化能量消耗。
发明内容
本发明满足了所述需求。在本发明的第一实施例中，输入装置包括手感应系统、连接到手感应系统的唤醒检测器和连接到唤醒检测器上的微控制器。唤醒检测器检测手感应系统呈现到唤醒检测器的电属性，如果检测到的电属性电平超过预定阈值，唤醒检测器适于向微控制器发送信号。
在本发明的第二实施例中，公开了一种操作输入装置的方法。在预定周期的不活动之后，输入装置的部分被去激活，接着进入休眠模式。接着，手感应系统呈现到输入装置的电属性被测量以决定输入装置附近的用户的手的存在。一旦检测到被测量的电属性不同于预定电平，输入装置被激活。
本发明的其它方面和优点将从下面的与附图结合的详细描述以及通过例子图示本发明的原理而变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的装置的透视图，所述装置处于其可能的使用环境中。
图2是图1的装置的第一实施例简化示意图。
图3是本发明第二实施例的简化示意图。
图4是本发明第三实施例的简化示意图。
图5是本发明第四实施例的简化示意图。
图6是本发明第五实施例的简化示意图。
图7是本发明第六实施例的简化示意图。
具体实施方式
如用以图示的图中所示，本发明的第一实施例由具有手感应系统、连接到手感应系统的唤醒检测器和连接到唤醒检测器上的微控制器的输入装置来举例说明。唤醒检测器用以检测手感应系统呈现到唤醒检测器的电属性，如果检测到的电属性的电平超过预定阈值，唤醒检测器就向微控制器发送信号。这里，在休眠模式下，本发明的输入装置不是如现有技术那样真实地试图检测移动或真实使用，而是检测在输入装置上或者在输入装置附近的手的存在。因为不需要检测输入装置的移动或真实使用，所以可以实现节能。此外，由于本发明的输入装置仅在手存在时唤醒，所以可以提供给用户更好的响应。
图1图示了根据本发明的第一实施例的输入装置100，它处于它可以使用的环境中。这里，为了图示和讨论的方便，输入装置100被示出为光学无绳鼠标00；但是，本发明不限于这样的设备并且可以实现为有绳(连线)鼠标、连线键盘或无绳键盘或者其它设备。在所示的实施例中，计算机鼠标100使用射频(RF)信号通过连接到计算机204的无绳外设通信子系统202与计算机系统200通信。
图2是图1中鼠标100的简化示意方框图。参照图1和图2，鼠标100在正常模式(活动模式)或者休眠模式下操作。在活动模式操作期间，传感器子系统102用于检测鼠标100的移动。所图示的作为例子的传感器子系统102包括发光二极管(LED)和图像传感器，二者都经常在例如光学计算机鼠标等中出现。传感器子系统102连接到微控制器104，微控制器104从传感器子系统102接收信号并且控制传感器子系统102的操作。微控制器104将接收到的信号翻译成表示移动信息的信号。移动信息通过射频信号199发送到计算机系统200。微控制器104也连接到与微控制器104一起操作以产生包含移动信息的RF信号199的射频(RF)信号源106。连接到RF信号源106的通信天线108可以用于传输RF信号199。仅为了图示的目的，传感器子系统102用LED和传感器来图示；但是，可以使用如轨迹球的其它移动检测构件。光学传感器、微控制器或者这些元件的结合可以容易地在市场上获得。例如，安捷伦科技公司出售包括微控制器的ADNS-2051系列光学传感器。
图示的鼠标100从图示为电池105的电源中汲取能量。电源105的一侧接地(“地”)，电源105的另一侧(“电源”)连接到鼠标100的所有的元件。为了避免混乱，电源线未在图中示出；但是，可以理解和知道，在本技术中电源线和地是有效的，并且通过鼠标100的电气元件连接。例如，在本发明的另一个实施例中，连线输入设备，地和电源可以被连接到主机。
当在预定的时间段(不活动时段)内没有检测到鼠标100的移动时，接着微控制器104去激活鼠标100的部分以进入休眠模式。输入装置100可以在一个或多个阶段中被去激活。例如，微控制器104可以去激活传感器子系统102、RF信号源106、微控制器104自身或者这些元件的任何组合。不活动时段的长度可以根据实施情况而在很广的范围内变化。例如，当几秒或更短的时间内没有检测到移动时，鼠标可以进入休眠模式。在休眠模式期间，消耗较少的能量，这是因为与活动模式期间相比鼠标的去激活部分汲取较少的能量。可以有不同等级的休眠模式。在本文献中，休眠模式包括装置或设备的任何少于全活动模式的操作模式，其中“少”包括较少的消耗、较少的容量、较低的速度或者这样的任何组合。
鼠标100包括手感应系统110、连接到手感应系统110的唤醒检测器114和连接到唤醒检测器114的微控制器。唤醒检测器114被配置成检测手感应系统呈现到唤醒检测器的电属性。当检测到的电属性的电平超过预定阈值时，唤醒检测器114向微控制器104发送信号。预定阈值可以在制造鼠标100时设置。或者，预定阈值可以由鼠标自适应地或动态地设置。例如，预定阈值可以设置为最后检测到的不触发唤醒信号的值。在这样的配置中，测试检测到的电属性的值与最近检测到的电属性的值的区别以决定是否唤醒。
在图示的实施例中，手感应系统110实现为鼠标100的外壳112的导电部分110。在休眠模式期间，至少一个手感应系统110的电属性被测量以决定输入装置100附近的手的存在。例如，在休眠模式期间，唤醒检测器114周期性地以预定的间隔或周期向手感应系统110发送检测信号。检测信号可以由RF信号源106、系统时钟122或者如振荡器107等专用信号源电路产生。无论使用那个元件，在本文献中都称为“检测信号源”。
每次发送检测信号，手感应系统110呈现给唤醒检测器114的如辐射负载等电属性可以被唤醒检测器114测量。导电部分110具有这样的物理和电属性，其使得每次检测信号被发送到导电部分110，其电负载处于预计的电平。当用户的手接近或触摸手感应系统110时，手感应系统呈现给唤醒检测器114的电属性不同于预计的电平。这是因为检测信号受到了手感应系统和附近的手的影响。
因此，当检测信号被发送到有手接近或触摸的导电部分110时，唤醒检测器114所测量的负载(测量到的电属性)超过预计的电平。对于激活标准，如负载电平等预定阈值设置为高于预计电平但低于测量电平。因此，当用户的手接近或触摸导电部分110时，测量到的电负载电平超过预定阈值。当这个情况被检测到时，唤醒检测器114向微控制器104发送信号，而微控制器104通过激活如传感器子系统102等鼠标100的其它部分来激活鼠标100。实际上，在另一个实施例中，导电部分110作为天线来操作，用以传输RF信号199，使得通信天线108成为不必要的。在另一个实施例中，导电部分110是双重功能的天线，在活动模式期间作为通信天线来操作，在休眠模式期间作为手感应天线来操作。
在本发明的图示实施例中，检测信号是来自RF源106或系统时钟122的射频信号脉冲，并且检测到的电属性是当手感应系统110接收到RF检测信号时它呈现给唤醒检测器114的负载。因此，手感应系统110也可以称为手感应天线110。
检测信号可以是这样的高频脉冲，其频率高到足以测量负载中期望的变化，但也低到足以阻止信号能量的重大损失。在这种情况下，检测信号的频率应该高到足以辐射以检测负载变化。频率越高，越容易检测负载变化。例如，检测信号的频率的范围可以在27MHz和2.4GHz之间。在实践中，检测信号可以使用与信号源106相同的振荡器以及使用信号源106所产生的信号频率，并且它也可以用于与主机200通信。检测信号脉冲的持续时间可以最小化以获得最小的能量利用率并且允许足够的时间使得信号源的振荡器稳定和收集负载。目前，27MHz是无绳鼠标与主机200通信的常用频率。
检测可以以预定频率执行。或者，检测可以依据活动自适应地执行。一个自适应技术是使用三个参数一初始化测量周期、指数乘法因子和最大测量周期的指数后退技术。一旦鼠标100进入休眠模式，手感应系统110的电属性在初始化周期，例如10毫秒(ms)之后，被测量以检测用户的手的存在。手感应系统110的电属性的测量之间的时间周期(测量周期)按指数乘法因子增加。例如，如果指数乘法因子设置为1.1，则测量周期设置为前一个测量周期的1.1倍。在当前的例子中，第二测量周期是10ms的1.1倍11ms。通过计算可知，随着不使用时间的增加，测量周期快速增加，从而允许检测接近的用户的手的测量不常执行。为了保证鼠标100的响应时间仍可接受，最大测量周期可如此设置以使在达到最大测量周期之后不应用指数乘法因子。例如，最大测量周期可以设置为500ms。负载或其它电属性的阈值电平可以基于与如来自传感器子系统102的用于为个人使用方式调整唤醒灵敏度的移动报告等实际使用的其它指示的历史相关来适应地调整。例如，预定阈值电平可以设置为最后检测到的不触发唤醒信号的值。在这样的配置中，测试检测到的电属性的值与最近检测到的电属性的值的区别以决定是否唤醒。这可利用比较电路实现，例如本技术领域众所周知的电压比较器。
鼠标110的外壳112可以包括其它部分，如不导电部分116、按钮118和其它未在图中示出的输入构件，如滚轮。
手感应系统110的其它电属性可以代替负载或者连同负载一起被测量。例如，其它被测的电属性可以是负载的派生属性：手感应系统110的平均电流、手感应系统110的峰值电流或RMS(均方根)电流和手感应系统110被实现为电阻时的电阻两端的电压。
实际上，在本发明的另一个实施例中，手感应系统110的静电势中的微小变化(由手对导电部分110的初始接触或接近引起的)的检测可以用作对上述手感应系统110的采样的触发器。这里，电势或其它电属性也可以理解为表示手感应系统110呈现到唤醒电路的电势或其它电属性。
具有某个可选择配置的本发明的第二实施例图示在图3中。图3示出的输入装置100a的部分与图2中示出的那些类似。为了方便，图3中与图2类似的部分赋予相同的标号，类似但变化了的元件在相同的标号后加字母“a”，不同的部分赋予不同的标号。
参照图3，装置100a包括作为手感应系统110a的电容性传感器110a。唤醒检测器114适于检测手感应系统110a呈现到唤醒检测器114a的电容。当用户的手接近装置110a时，电容性传感器110a呈现到唤醒检测器114的电容不同于附近没有手时电容性传感器110a呈现到唤醒检测器114的电容。
具有另一个可选择配置的本发明的第三实施例图示在图4中。图4示出的输入装置100b的部分与图2中示出的那些类似。为了方便，图4中与图2类似的部分赋予相同的标号，类似但变化了的元件在相同的标号后加字母“b”，不同的部分赋予不同的标号。
参照图4，装置100b包括作为手感应系统和唤醒检测器的结合的压力开关110b。这里，当用户的手出现在装置110b上时，手的重量关闭压力开关110b从而发送信号，例如来自电池105的电源，到微控制器104。接着，微控制器104激活装置100b以进入活动模式。市场中有大量压力开关。
或者，一个鼠标按钮，例如按钮118(比其它图更详细地图示在图4中)可以用作压力开关。在这样的配置中，在进入休眠模式后的按钮118的第一击(关闭)不会传输到图2中的主机200。相反，来自第一击的信号被微控制器104用作唤醒信号以激活鼠标100b。
具有另一个可选择配置的本发明的第四实施例图示在图5中。图5示出的输入装置100c的部分与图2中示出的那些类似。为了方便，图5中与图2类似的部分赋予相同的标号，类似但变化了的元件在相同的标号后加字母“c”，不同的部分赋予不同的标号。
参照图5，输入装置100c与图2中的装置100的类似之处在于鼠标100c在正常模式(活动模式)或者休眠模式操作。在活动模式的操作期间，传感器子系统102用于检测鼠标100c的移动。传感器子系统102连接到接收来自传感器子系统102的信号并控制传感器子系统102的操作的微控制器104。微控制器104从传感器子系统102接收信号并且控制传感器子系统102的操作。微控制器104将接收到的信号翻译成表示移动信息的信号。移动信息通过射频(RF)信号199发送到计算机系统200。移动信息通过射频信号199发送到计算机系统200。微控制器104也连接到与微控制器104一起操作以产生包含移动信息的RF信号199的射频(RF)信号源106。连接到RF信号源106的通信天线108可以用于传输RF信号199。仅为了图示的目的，传感器子系统102用LED和传感器来图示；但是，可以使用如轨迹球等其它移动检测构件。
当在预定时间段(不活动时段)没有检测到移动时，微控制器104去激活鼠标100c的部分进入休眠模式。微控制器104可以去激活传感器子系统102、RF信号源106、微控制器104自身或者这些元件的任何组合。不活动时段的长度可以根据实现在很广的范围内变化。例如，当几秒的时间内没有检测到移动时，鼠标可以进入休眠模式。在休眠模式期间，消耗较少的能量，因为鼠标的去激活部分即使汲取能量，也是很少的。
当鼠标100c移动时，鼠标100c的加速度被加速计120检测到，其向微控制器104发送中断信号。一旦接收到中断信号，微控制器104将鼠标100c的元件从休眠模式激活或唤醒。加速计120可以是市场上可以获得的微机电式(MEMS)设备。市场上有合适的加速计。仅举例，加州SanJuan Capistrano的Endevco公司制造PIEZOPAK系列产品，其中的一些可以用于本发明的某些实现中。
本发明的第五实施例图示在图6中，图6示出的输入装置100d的部分与图2中示出的那些类似。为了方便，图6中与图2类似的部分赋予相同的标号，类似但变化了的元件在相同的标号后加字母“d”，不同的部分赋予不同的标号。
参照图6，输入装置100d与图2中的装置100的类似之处在于鼠标100d在正常模式(活动模式)或者休眠模式操作。在活动模式的操作期间，传感器子系统102用于检测鼠标100d的移动。在活动模式中，微控制器104和鼠标100d的其它元件操作在特定的系统时钟频率，第一时钟频率，例如27MHz。
当在预定时间段期(不活动时段)没有检测到移动时，微控制器104去激活鼠标100d的部分进入休眠模式。例如，RF信号源106和传感器子系统102可以被去激活，从而减少鼠标100d使用的能量。在休眠模式期间，微控制器104周期性地监视鼠标100d的活动。例如，微控制器104仅激活传感器子系统102以检测鼠标100d的移动。休眠模式下的鼠标100d的监视活动以低于第一时钟频率的第二时钟频率被执行。例如，第二时钟频率可以是第一时钟频率的一半。如果检测到输入活动，例如，检测到鼠标100d的移动，鼠标100d被激活。实际上，第二频率可以随着休眠时段的增加而自适应地变化，第二频率可以利用指数后退技术(上面讨论过的)来进一步降低以提高节能。在这样的实现中，三个参数应该是初始第二频率、指数乘法因子和最小第二频率，其中指数乘法因子应该小于一以使鼠标100d操作所使用的第二频率随着每个后来的监视活动而降低。
第一时钟频率可以被连接在微控制器104和系统时钟122之间的时钟分频器124分频。分频器124可以在进入休眠模式时被配置，对第一时钟频率的系统时钟信号分频以产生第二时钟频率的系统信号。与以更高的频率操作时可获得的更精细的移动信息相比，以降低的时钟频率操作微控制器104和如传感器子系统102等其它系统元件提供了粗糙的移动信息。但是，降低的时钟频率允许这些元件汲取较少的能量。此外，在休眠模式期间，精细的移动信息是不重要的。
本发明的第六实施例适用于使用输入设备与计算机系统通信的环境中。在现有技术中，无绳输入设备经常只配置为作为传输单元以节省元件费用。但是，在那样的配置中，无绳设备不能知道它的信号是被计算机接收还是被浪费了。例如，当计算机(现有技术的输入设备向其传输)长时间关闭，现有技术的输入设备不必要地操作(在活动模式或休眠模式下)而浪费能量。
本发明的第六实施例图示在图7中。图7示出的输入装置100e的部分与图2中示出的那些类似。为了方便，图7中与图2类似的部分赋予相同的标号，类似但变化了的元件在相同的标号后加字母“e”，不同的部分赋予不同的标号。
参照图7，输入装置100e与图2中的装置100的类似之处在于鼠标100e在正常模式(活动模式)或者休眠模式操作。在活动模式操作期间，传感器子系统102用于检测鼠标100e的移动。当在预定的时间段(不活动时段)内没有检测到鼠标100e的移动时，接着微控制器104去激活鼠标100e的部分以进入休眠模式。
在休眠模式期间，微控制器104通过监听查询信号来监视图1的计算机系统200。例如，如果使用红外线协议，可以使用由红外线数据协会定义的基于“序列红外线链路接入协议(IrLAP)”中描述的Discovery-XID-Cmd帧的查询。或者，鼠标100e通过它的RF接收机126监视或监听来自计算机系统200的查询。一旦检测到查询，输入装置就被激活。这样的查询一响应技术经常被称为握手，并且在多种技术中熟知，例如RF通信协议和红外线通信协议。监视循环可以以预定的周期周期性地重复，所述周期范围在几分之一秒到数秒或更长之间。例如，预定周期的范围可以在0.5秒和30秒之间。所述周期可以与计算机的起动时间联系以使输入装置100e可以在计算机启动顺序期间检测响应和唤醒，以使当启动顺序完成时鼠标处于活动模式。此外，查询和监视循环可以以各种间隔重复，所述间隔利用如上面解释过的指数后退技术等来自适应地配置。
从前述可以看出本发明的设备是新颖的，并且提供了优于现有技术的优点。本发明提供给用户一种输入设备，其在增加对用户活动的响应时间的同时在不活动时段内减少了能量消耗。虽然上面描述和图示了本发明的具体的实施例，但是本发明不限于所描述和图示部分的具体形式和设置。本发明只由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种输入装置，包括：
手感应系统，该手感应系统包括所述输入装置的外壳的导电部分；
射频信号源，用于产生作为检测信号的射频信号脉冲；和
连接到所述手感应系统的唤醒检测器，其用以在休眠模式期间用所述导电部分作为天线来发送所述检测信号，并检测所述手感应系统接收到射频检测信号时呈现到所述唤醒检测器的负载，如果所述负载超过预定阈值，则所述唤醒检测器向连接到所述唤醒检测器的微控制器发送唤醒信号。
2.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述输入装置是与计算机设备通信的无绳输入设备。
3.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述导电部分构成两用天线，其还用于向计算机系统传输输入信号。
4.一种操作输入装置的方法，所述输入装置包括手感应系统，该手感应系统包括所述输入装置的外壳的导电部分，所述方法包括：
在预定时段的不活动之后，在一个或多个阶段中去激活所述输入装置的部分，从而进入休眠模式；
在所述休眠模式期间，产生作为检测信号的射频信号脉冲，并用所述导电部分作为天线来发送所述检测信号；
测量所述手感应系统接收到射频检测信号时呈现到所述输入装置的负载以决定所述输入装置附近的用户的手的存在；以及
一旦检测到被测量的负载超过预定阈值，产生唤醒信号以激活所述输入装置。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述测量负载的步骤周期性地重复。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述周期自适应地调整。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述周期范围从十毫秒到500毫秒。
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