CN202267928U - 一种手写输入笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手写输入笔，可以解决现有技术中的手写输入笔书写准确率低且不便于用户使用的问题。该手写输入笔包括壳体，在所述壳体内还包括：手写压力测量电路、手写位置测量电路、微处理器和通信电路；所述手写压力测量电路和所述手写位置测量电路分别与所述微处理器的输入端连接，分别将手写输入时产生的压力信息和位置信息传送给微处理器，所述微处理器的输出端与通信电路连接，将所述压力信息和位置信息传送给所述通信电路，所述通信电路连接于外部设备，将所述压力信息和位置信息传送给外部设备，并在外部设备上的显示装置上显示手写输入笔迹。

Description

一种手写输入笔

技术领域

本实用新型涉及模式识别领域，特别涉及一种手写输入笔。

背景技术

手写输入方式以其直观方便等优势，越来越受到用户的青睐。目前常用的手写输入装置包括电磁笔和加速度笔形鼠标。

电磁笔通过笔尖与专用的电磁感应数字板接触来感应压力信息，从而完成输入。由于电磁笔内部包含电磁线圈，因此，可以准确地感知位置坐标，从而书写准确度高，用户体验较好，但是，由于必须额外配备专用的数字板，不仅大大提高了应用成本，也不便于用户使用。

加速度笔形鼠标主要由加速度计、微处理器和通信模块组成，无需配置专用的数字板，使用方便。但是，由于内部没有电磁线圈，无法准确地感知压力，导致书写准确度低，用户体验较差。

由此可见，现有技术中缺少一种书写准确率高且便于使用的手写输入装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种手写输入笔，用以解决现有技术中的手写输入笔书写准确率低且不便于用户使用的问题。

一种手写输入笔，包括壳体，

在所述壳体内还包括：

手写压力测量电路、手写位置测量电路、微处理器和通信电路；

所述手写压力测量电路和所述手写位置测量电路分别与所述微处理器的输入端连接，分别检测手写输入时产生的压力信息和位置信息并传送给微处理器；

所述微处理器的输出端与通信电路连接，将所述压力信息和位置信息传送给所述通信电路；

所述通信电路连接于外部设备，将所述压力信息和位置信息传送给外部设备，并在外部设备的显示装置上显示手写输入笔迹。

较佳的，所述手写压力测量电路包括可变电容、固定电容、第一电阻、第二电阻和二极管，其中，可变电容、第一电阻和固定电容并联，二极管和第二电阻并联，且可变电容、第一电阻和固定电容的一端接地，另一端与二极管、第二电阻和所述微处理器的比较器反向输入端连接，二极管和第二电阻的一端与所述微处理器的比较器反向输入端连接，另一端与微处理器的比较器同向输入端连接。

较佳的，所述手写位置测量电路采用加速度传感器芯片。

较佳的，所述通信电路包括USB通信电路和/或无线通信电路。

较佳的，当所述通信电路包括USB通信电路和无线通信电路时，还包括切换开关，所述切换开关的一端与USB通信电路相连，另一端与无线通信电路相连。

较佳的，还包括：中断信号处理电路，其与微处理器相连，向微处理器传送中断信息。

较佳的，所述中断信号处理电路包括74HC21双4输入与门电路。

本实用新型实施例中的手写输入笔，可通过压力测量电路感知用户书写时的压力信息，同时利用位置测量电路获得用户书写时的位置信息，由微处理器电路将得到的压力信息和位置信息通过通信电路传送给外部设备处理，从而实现手写输入。本实施例中的手写输入笔因为具备压力测量电路，因此书写准确率高，而且，采用位置测量电路对书写位置进行定位，避免了附加的数字板，从而便于用户使用。

附图说明

图1a为本实用新型实施例提供的手写输入笔的外部示意图；

图1b为本实用新型实施例提供的手写输入笔的内部结构图；

图2a为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的电路模块图；

图2b为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的具体电路结构图；

图3为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的手写压力测量电路电路图；

图4为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的手写位置测量电路电路图；

图5为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的中断信号处理电路图；

图6为本实用新型优选实施例提供的手写输入笔的USB通信电路和无线通信电路以及电源充电电路的电路图。

附图标记说明：

11壳体；12手写压力测量电路；13手写位置测量电路；14微处理器；15通信电路；16中断信号处理电路；151USB通信电路；152无线通信电路；17电源充电电路。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种手写输入笔，可以解决现有技术中的手写输入笔书写准确率低且不便于用户使用的问题。

本实用新型的手写输入笔，如图1a和图1b所示，包括壳体11，在所述壳体11内还包括：

手写压力测量电路12、手写位置测量电路13、微处理器14和通信电路15；

所述手写压力测量电路12和所述手写位置测量电路13分别与所述微处理器14的输入端连接，分别将手写输入时产生的压力信息和位置信息传送给微处理器14；

所述微处理器14的输出端与通信电路15连接，将所述压力信息和位置信息传送给所述通信电路15；

所述通信电路15连接于外部设备，将所述压力信息和位置信息传送给外部设备，并在外部设备上的显示装置上显示手写输入笔迹。

本实用新型实施例中，可通过手写压力测量电路感知用户书写时的压力信息，同时利用手写位置测量电路获得用户手写时的位置信息，由微处理器将得到的压力信息和位置信息通过通信电路传送给外部设备处理，从而实现手写输入。本实施例中的手写输入笔因为具备手写压力测量电路，因此书写准确率高，而且，采用手写位置测量电路对书写位置进行定位，避免了附加的数字板，从而便于用户使用。

另外，本实施例中的微处理器不仅可以根据获取到的压力信息及位置信息来得到某一位置处的压力信息，从而提供给外部设备，以产生相应的笔迹。而且，还可以根据压力的大小来决定该手写输入笔的位移动作是由书写动作产生的，还是由滑动鼠标等动作产生的，当压力的大小小于预设的阈值时，微处理器将该压力信息以及相应的位移信息确定为用户利用手写输入笔滑动鼠标或随意移动手写输入笔的无意识动作，因此，虽然此时手写位置测量电路也会获取到相应的位移信息，但是外部设备并不会依据该位移信息产生相应的笔迹；当压力的大小大于预设的阈值时，微处理器将该压力信息以及相应的位移信息确定为用户手写输入的动作，因此，外部设备会依据手写位置测量电路获取到的相应位移信息产生相应的笔迹。也就是说，本实施例中的手写输入笔可以通过压力大小来决定是否执行手写输入的操作，从而避免了用户随意晃动手写输入笔时所产生的误操作，提高了用户输入的准确性，改善了用户体验。

下面以一个优选实施例详细介绍一下本实用新型实施例中的手写输入笔的电路结构，如图2a和图2b所示，图2a表示该手写输入笔的电路模块图，图2b表示该手写输入笔的具体电路结构图，在图2b中针对图2a的各个电路给出了具体的电路结构。该手写输入笔的电路结构包括手写压力测量电路12、手写位置测量电路13、中断信号处理电路16、微处理器14及外围处理电路、USB通信电路151、无线通信电路152和电源充电电路17。其中，中断信号处理电路16用于为微处理器14提供必要的中断信息，通过这些中断信息向微处理器14报告事件状态，如压力测量事件、位置测量事件等是否处理完毕；USB通信电路151和无线通信电路152用于实现通信电路15的功能；电源充电电路17用于为手写输入笔中的各个电路提供电源。

由比较电路构成的手写压力测量电路12主要利用可变电容的原理实现，根据压力会导致可变电容值改变的原理来获取压力信息，具体电路结构如图3所示，包括固定电容C3、可变电容CS1、电阻R19、电阻R7以及二极管D1。其中，可变电容CS1、电阻R19和固定电容C3并联，二极管D1和电阻R7并联，且可变电容CS1、电阻R19和固定电容C3一端接地，另一端与二极管D1、电阻R7和微处理器14的CI2IN-管脚连接，二极管D1和电阻R7的一端与微处理器14的CI2IN-管脚连接，另一端与微处理器14的CI2IN+管脚连接，其中，CI2IN+和CI2IN-分别是构成微处理器14的PIC18F14K50芯片上的比较器同相输入端和比较器反向输入端。这里，二极管D1主要起到改善RC充放电电路的作用，让RC电路快速充电，慢速放电，也就是说，二极管D1可以加速充电过程，减缓放电过程，从而提高采样率，进而提高压力测量的准确性。具体地，该电路的工作原理如下：在该手写压力测量电路12中，CI2IN+的初始状态为高电平，在每个压力测量循环中，当计数器开始计时，CI2IN+开始置为低电平；当CI2IN-管脚电压降到单片机比较器另一管脚上参考电压大小时，停止计数，这时可变电容CS1开始放电，同时，定时器(图中未示出)开始计时，随着可变电容CS1的放电，当CI2IN-管脚电压值降低到预先设置的参考电压值时关闭定时器，得到可变电容CS1的放电时间t。其中，参考电压值的大小通过程序设定，优选值为1/8～1/4VCC。放电时间t与可变电容CS1的值之间的关系如公式1所示。

t＝RCln(V_t/U)   (公式1)

其中，C代表可变电容CS1的电容值，Vt代表CI2IN-的电压值，U表示预先设置的参考电压值。由此可见，可变电容CS1的电容值大小与放电时间t成正比，放电时间越长，则表示可变电容CS1的电容值越大。另外，可变电容CS1的电容值与用户进行手写输入时产生的压力F的值具备如下关系：压力F越大，导致可变电容CS1两极板的正对面积越大，因此，电容CS1的电容值越大。所以，放电时间t越长，说明压力F也越大，通过放电时间t的大小就可以表示出压力F的大小，从而获得用户输入时产生的压力信息。总的来说，当手写输入笔笔尖有压力时，笔尖的压力就会传导到用于测量压力的可变电容的一个极板，这个极板是由弹性导电橡胶构成的，弹性导电橡胶受力产生形变，与陶瓷介质接触形成极板间正对面积。而电容C的大小与极板正对面积成正比，RC电路的充放电时间也与电容C的大小成正比，因此，通过RC电路的充放电时间就可以间接测得压力大小。

手写位置测量电路13主要利用加速度的原理来实现。加速度原理主要是利用加速度、速度以及位移之间的关系来测量位移的，通过对手写位置测量电路13测量的X、Y、Z三个方向的坐标轴的加速度值进行二次积分获得位移信息，具体电路结构如图4所示，该手写位置测量电路13可以采用加速度传感器芯片，如MMA7455芯片来实现，采用IIC通信方式将X、Y、Z方向的加速度测量值传送给微处理器，其中，加速度值通过INT1和INT2管脚发送。该手写位置测量电路13的具体电路结构为：MMA7455芯片的SCL和SDA管脚与微处理器14的SCL和SDA管脚相连，SCL和SDA管脚是IIC总线上的两个管脚，IIC总线使用IIC通信协议，由于采用PIC18F14K50芯片的微处理器的中断管脚不足，因此INT1和INT2只能连接到微处理器的普通IO管脚上，INT1表示数据是否准备好，如果准备好，则发出中断指令，INT1置为低电平，INT2中断管脚则用于判断数据是否发送完成。手写位置测量电路13主要是基于相对坐标来确定手写输入笔的位移的，也就是说，无论用户在何处进行书写，只要其书写动作整体而言构成了某一汉字的笔画，即可输入该汉字。这一输入方式与现有技术中的电磁笔输入方式不同，由于电磁笔是基于绝对坐标来确定位移的，因此，用户必须借助于数字板，且必须在数字板的指定位置上进行书写。由此可见，本实施例中的位置测量方式更加灵活方便。

中断信号处理电路16可以通过74HC21芯片的双4输入与门来实现，如图5所示。74HC21芯片的三个输入端2C、2B以及2D分别与MMA7455芯片(位置测量电路)的INT1、INT2管脚以及24LC01芯片(无线通信电路)的中断输出IRQ管脚相连。其中，输入端2C、2B和2D为双4输入与门的3个输入管脚，四输入与门的逻辑定义就是4个输入管脚如果有一个管脚为低电平，输出端2Y就输出低电平。因此，当三个输入端中有一个输入端出现低电平时，74HC21芯片的输出端2Y则输出低电平信号，从而将微处理器的INT管脚置低。这时，微处理器通过在中断处理程序中扫描RA3、RB5和RB7管脚的方式来判断RA3、RB5和RB7中的哪个管脚发生了中断，从而确定出具体的中断事件，其中，RA3、RB5和RB7是微处理器的普通IO管脚，置于输入状态，当INT管脚置低后，表明发生中断，RA3、RB5和RB7中必有一个管脚置低，然后微处理器用轮询方式判断到底是哪个管脚置低，同时判断中断的类型。具体地，以手写输入的过程为例说明该中断信号处理电路16的工作原理：当手写输入开始时，MMA7455芯片测量完数据后，INT1管脚被拉低，与之相连的74HC21芯片的2C管脚被拉低，74HC21芯片的输出端2Y由于某一管脚被拉低而输出低电平，与之相连的微处理器的INT1管脚就被拉低，产生低电平中断，进入中断处理程序，在中断处理程序中，已经编写好的程序控制微处理器对RA3、RB5和RB7管脚扫描，其中RA3与24LC01的IRQ管脚相连，RB5与MMA7455的INT1管脚相连，RB7与MMA7455的INT2管脚相连，微处理器对这三个管脚扫描后，得知RB5为低电平，由此判断MMA7455芯片的测量数据已经准备好，则准备与MMA7455芯片进行IIC通信，从而获取XYZ三个方向的加速度数据。

本优选实施例中的手写输入笔可以采用USB通信或者无线通信两种通信方式与外部设备进行通信，实际使用时，可通过切换开关根据用户的需要切换为USB通信方式或无线通信方式。其中，USB通信电路151和无线通信电路152以及电源充电电路17的具体电路结构如图6所示。具体地，USB通信电路151可以基于常规的USB通信接口进行设计，无线通信电路152可以采用24LC01芯片实现，USB通信电路151和无线通信电路152都与微处理器14相连，根据微处理器14的控制而工作。电源充电电路17可以采用CN3066B充电芯片实现，可对电压为3.3V的充电电池进行充电。在电源充电电路17中，电阻R5、CN3066B芯片的VIN管脚和电阻R3的一端连接到USB接口的VCC端，L1和L2连于电阻R5的另一端，L1的另一端连于CN3066B芯片的DONE管脚，L2的另一端连于CN3066B芯片的CHRG管脚，电阻R1与CN3066B芯片的ISET管脚连接，电阻R1的另一端连接地，电阻R3，R2，热敏电阻NTC的一端连接CN3066B的TEMP管脚，热敏电阻NTC，R2的另一端与地连接，电容C1，电阻R4与3.3V充电电池的正极连接至CN3066B的BAT管脚，电阻R4的另一端连接至CN3066B的FB管脚，C1的另一端接地，+3.3V的阴极接地。该充电电路给电压为3.3V的充电电池充电，充电电池给其他部分电路提供3.3V的工作电压。其中，R4电阻用于控制充电电压V_IN的大小，如公式2所示。V_IN＝4.2+3.04×10^-6×R₄(公式2)。由此可见，CN3066B芯片内部集成有电池温度监测电路，电池温度通过监测TEMP管脚的电压来实现，TEMP管脚电压是由电池内的负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)热敏电阻和一个分压电阻(R2，R3)来实现的。分压电阻R2和R3的值通过电池的温度监测范围和热敏电阻值来确定，假定电池温度的测量范围为T_L和T_H(T_L小于T_H)，电池中使用的是负温度系数的热敏电阻(NTC)，R_TL为热敏电阻NTC在温度为T_L时的阻值，R_TH为热敏电阻NTC在温度为T_H时的阻值，则R_TL＞R_TH，由公式3至公式6联立可以解得R2和R3大小，如公式7和公式8所示。

$V_{\mathrm{TEMPL}}=\frac{R2\left|\right|R_{\mathrm{TL}}}{R3+R2\left|\right|R_{\mathrm{TL}}}\×V_{\mathrm{IN}}$ (公式3)

$V_{\mathrm{TEMPH}}=\frac{R2\left|\right|R_{\mathrm{TH}}}{R3+R2\left|\right|R_{\mathrm{TH}}}\×V_{\mathrm{IN}}$ (公式4)

V_TEMPL＝V_HIGH＝k₂×V_IN(k₂＝0.84)(公式5)

V_TEMPH＝V_LOW＝k₃×V_IN(k₃＝0.47)(公式6)

$R3=\frac{R_{\mathrm{TL}}{R}_{\mathrm{TH}}(k_2-k_3)}{(R_{\mathrm{TL}}-R_{\mathrm{TH}})k_2{k}_3}$ (公式7)

$R2=\frac{R_{\mathrm{TL}}{R}_{\mathrm{TH}}(k_2-k_3)}{R_{\mathrm{TL}}(k_3-k_2{k}_3)-R_{\mathrm{TH}}(k_3-k_2{k}_3)}$ (公式8)

其中，公式3表示温度为T_L时管脚TEMP端的电压，R2，R3为分压电阻，R_TL是温度为T_L热敏电阻NTL的阻值，V_IN为充电电压，即管脚VIN的电压；公式4表示温度为T_H时管脚TEMP端的电压，R2，R3为分压电阻，R_TH是温度为T_H热敏电阻NTL的阻值，V_IN为充电电压，即管脚VIN的电压；公式5表示温度为T_L时管脚TEMP端的电压设定公式，温度为T_L时，分压电路获得分压值最高为V_HIGH，K₂为温度为T_L选择的系数，V_IN为充电电压，即管脚VIN的电压；公式6表示温度为T_H时管脚TEMP端的电压设定公式，温度为T_H时，分压电路获得分压值最低为V_LOW，K₃为温度为T_h选择的系数，V_IN为充电电压，即管脚VIN的电压。公式7和公式8分别表示将公式3至公式6联立后解得的R3和R2的阻值。

本优选实施例中的各个电路的电路结构以及所选取的具体芯片只是示意性的，并不构成对本实用新型的限制，本领域技术人员可以根据需要选择其他的电路电路或选择其他的芯片来实现本实施例中各个电路的功能。

虽然上面结合实施例对本实用新型进行了描述，但是对于本领域技术人员来说，可以理解的是，上述实施例仅出于举例的目的，不应认为以此限定本实用新型之保护范围。本实用新型的保护范围仅仅由后附的权利要求来限制。附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性地表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的电路可能是或者可能不是物理上分开的，作为电路显示的部件也可能是或者可能不是物理电路。

另外，在权利要求书中，术语“包括”并不排除存在其它部件或步骤。此外，尽管在不同的权利要求中包括了各个特征，但是这些特征可以被有利地组合，且各个特征包含在不同的权利要求中并不意味着这些特征的组合是不可行的和/或不利的。此外，单个的含义不排除多个。因此，“一个”等的含义不排除多个。

另外，本领域技术人员在不脱离本实用新型精神的前提下可以对其进行修改、变化或替换，但是，依照本实用新型所作的各种等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种手写输入笔，包括壳体，其特征在于，

在所述壳体内还包括：

手写压力测量电路、手写位置测量电路、微处理器和通信电路；

所述手写压力测量电路和所述手写位置测量电路分别与所述微处理器的输入端连接，分别检测手写输入时产生的压力信息和位置信息并传送给微处理器；

所述微处理器的输出端与通信电路连接，将所述压力信息和位置信息传送给所述通信电路；

所述通信电路连接于外部设备，将所述压力信息和位置信息传送给外部设备，并在外部设备上的显示装置上显示手写输入笔迹。

2.如权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，所述手写压力测量电路包括可变电容、固定电容、第一电阻、第二电阻和二极管，其中，可变电容、第一电阻和固定电容并联，二极管和第二电阻并联，且可变电容、第一电阻和固定电容的一端接地，另一端与二极管、第二电阻和所述微处理器的比较器反向输入端连接，二极管和第二电阻的一端与所述微处理器的比较器反向输入端连接，另一端与微处理器的比较器同向输入端连接。

3.如权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，所述手写位置测量电路采用加速度传感器芯片。

4.如权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，所述通信电路包括USB通信电路和/或无线通信电路。

5.如权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，当所述通信电路包括USB通信电路和无线通信电路时，还包括切换开关，

所述切换开关的一端与USB通信电路相连，另一端与无线通信电路相连。

6.如权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，还包括：

中断信号处理电路，其与微处理器相连，向微处理器传送中断信息。

7.如权利要求6所述的手写输入笔，其特征在于，所述中断信号处理电路包括74HC21双4输入与门电路。

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