智能笔和书写交互系统的制作方法

1.本实用新型涉及智能笔技术领域，特别涉及一种智能笔和书写交互系统。


背景技术：

2.目前，通常采用主动式电容笔来实现在平板、手机等显示设备上的书写。但现有主动式电容笔技术方案需要用户施加一定的压力，才能使得智能笔触发显示设备显示书写轨迹。如此，以致使用户的书写体验较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种智能笔，旨在解决用户书写体验较差的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的智能笔，应用于书写交互系统，所述书写交互系统包括具有触控屏的显示设备，所述智能笔包括：
5.主控制器；
6.测距触发信号输入端，用于接入测距触发信号；
7.测距电路，用于在工作时，测量所述智能笔与所述触控屏的最小相对距离，并输出距离检测信号；以及，
8.通信电路，用于实现所述主控制器和所述显示设备的通信连接；
9.所述主控制器分别与所述测距触发信号输入端、所述测距电路的输出端以及所述通信电路连接，所述主控制器用于在接收到所述测距触发信号时，控制所述测距电路工作，并接收所述测距电路输出的距离检测信号；
10.所述主控制器还用于在根据所述距离检测信号，确定所述智能笔与所述触控屏的最小相对距离小于或等于第一预设距离阈值时，输出轨迹显示信号至所述显示设备，以使所述触控屏显示与所述轨迹显示信号对应的书写轨迹。
11.可选地，所述智能笔还包括：
12.用户触发电路，其输出端与所述测距触发信号输入端连接，所述用户触发电路用于被触发时，输出测距触发信号至所述测距触发信号输入端。
13.可选地，所述智能笔还包括：
14.运动状态检测电路，其输出端与所述测距触发信号输入端连接，所述运动状态检测电路用于在检测到智能笔处于运动状态时，输出测距触发信号至所述测距触发信号输入端。
15.可选地，所述智能笔还包括：
16.笔杆部；
17.笔尖部，其一端与所述笔杆部可拆卸连接；
18.第一电路板，所述主控制器、所述测距触发信号输入端、所述通信电路设于所述第一电路板上，所述第一电路板容置于所述笔杆部中；以及
19.第二电路板，所述测距电路设于所述第二电路板上，所述第二电路板容置于所述
笔尖部中。
20.可选地，所述测距电路具有测量信号收发端；所述测量信号收发端，用于发射测量信号至所述触控屏以及用于接收所述触控屏反射的测量信号；
21.所述笔尖部还包括笔尖壳体，所述笔尖壳体上对应所述测量信号收发端设有穿孔，以供所述测量信号收发端发射的测量信号射出，以及供所述触控屏反射的测量信号射入。
22.可选地，所述测距电路的数量为多个，所述穿孔的数量与所述测距电路的数量相同，多个所述穿孔沿所述笔尖壳体的轴线延伸，且沿所述笔尖壳体的轴线周向分布。
23.可选地，所述测距电路的数量为2个或者4个。
24.可选地，所述智能笔还包括：
25.压力传感电路，设于所述笔尖部，用于检测所述笔尖部与所述触控屏的接触压力，并输出压力检测信号；
26.主控制器还与压力传感电路的输出端连接，所述主控制器还用于根据压力检测信号和距离检测信号输出轨迹显示信号至所述显示设备，以使所述触控屏显示具有对应预设轨迹参数的书写轨迹。
27.可选地，所述测距电路为激光测距电路；
28.或者，所述测距电路为超声波测距电路；
29.或者，所述测距电路为红外测距电路。
30.本实用新型还提出一种书写交互系统，所述书写交互系统包括：
31.显示设备，所述显示设备具有触控屏；以及，
32.如上所述的智能笔；
33.所述智能笔与所述触控屏通信连接。
34.本实用新型智能笔通过采用主控制器、测距触发信号输入端、测距电路以及通信电路，以及通过使主控制器在接收到测距触发信号输入端接入的测距触发信号时，控制测距电路测量智能笔与触控屏的最小相对距离，并返回输出距离检测信号至主控制器，以使主控制器还用于在根据距离检测信号，确定智能笔与触控屏的最小相对距离小于或等于第一预设距离阈值时，输出轨迹显示信号至显示设备，以使触控屏可显示与轨迹显示信号对应的书写轨迹。本实用新型技术方案通过在智能笔中集成测距功能，以使智能笔可在检测到自身与触控屏距离过近时，自动触发触控屏显示书写轨迹，无需用户施加压力即可实现智能笔行业所追求“0g出水”，极大的提高了用户的书写体验。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
36.图1为本实用新型书写交互系统一实施例的电路模块示意图；
37.图2为本实用新型智能笔一实施例的电路模块示意图；
38.图3为本实用新型智能笔又一实施例的结构示意图。
39.附图标号说明：标号名称标号名称10主控制器100笔杆部20测距触发信号输入端200笔尖部30测距电路210笔尖壳体31超声波收发探头220穿孔40通信电路230压力传感电路50用户触发电路300触控屏60运动状态检测电路a1笔尖壳体的轴线
40.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
41.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
43.本实用新型提出一种智能笔，应用于书写交互系统中。
44.目前书写交互系统中的显示设备通常采用触控屏，且配置有主动式电容笔来方便用户在触控屏上进行书写，而显示设备需要接收到智能笔输出的轨迹显示信号，又称出水信号时，才会在其触控屏上显示书写轨迹。现有智能笔采用电阻或电容式压力传感器来检测智能笔是否接触到触控屏，并在确定接触到时输出轨迹显示信号至显示设备，但由于电阻或电容式压力传感器存在灵敏度误差，即压力阈值，只有笔尖压力高于压力阈值时才能触发智能笔输出轨迹显示信号。如此，用户在使用智能笔时，需要施加一定的压力才能使得触控屏出现书写轨迹，书写体验较差。
45.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述智能笔包括：
46.主控制器10；
47.测距触发信号输入端20，用于接入测距触发信号；
48.测距电路30，用于在工作时，测量所述智能笔与所述触控屏300的最小相对距离，并输出距离检测信号；以及，
49.通信电路40，用于实现所述主控制器10和所述显示设备的通信连接；
50.所述主控制器10分别与所述测距触发信号输入端20、所述测距电路30的输出端以及所述通信电路40连接，所述主控制器10用于在接收到所述测距触发信号时，控制所述测距电路30工作，并接收所述测距电路30输出的距离检测信号；
51.所述主控制器10还用于在根据所述距离检测信号，确定所述智能笔与所述触控屏300的最小相对距离小于或等于第一预设距离阈值时，输出轨迹显示信号至所述显示设备，以使所述触控屏300显示与所述轨迹显示信号对应的书写轨迹。
52.本实施例中，测距触发信号输入端20可与智能笔中，例如：开关按键或者陀螺仪等其他功能组件或电路连接，用以接收其他功能组件或电路被用户触发或者满足预设条件时输出的表征开启测距的测距触发信号。
53.测距电路30可在工作时，发射激光信号、超声波信号或者红外信号等测量信号。可以理解的是，本领域技术人员可通过设置测距电路30在智能笔中的位置，使得测距电路30在智能笔使用时发射的测量信号可发射至触控屏300，并可被触控屏300反射。测距电路30还可接收触控屏300反射的测量信号，以及对其进行分析处理来获取反射后的测量信号所表征的距离，并可将该距离转化为智能笔笔尖与触控屏300的相对距离，即智能笔此时与触控屏300的最小相对距离，从而实现对距离触控屏300的距离测量。测距电路30还可根据测量结果，输出与最小相对距离对应的距离检测信号至其他功能电路，以供其识别比较。
54.通信电路40可为蓝牙通信电路40、wifi通信电路40、zigbee通信电路40等无线通信电路40；或者，还可为3g/4g/5g通信电路40。通信电路40用以将智能笔中其他功能组件或电路在工作中时输出的电信号转换为相应类型的射频信号后，发送至显示设备，以触发智能笔的书写、绘画或者工作数据上传等功能；以及，还可接收显示设备输出射频信号，并可将接收的射频信号转换为电信号的形式后输出至智能笔中其他功能组件或电路，以实现显示设备对智能笔的监控。
55.主控制器10可为muc、dsp、fpga等微处理器；或者，还可为专用的主控芯片。主控制器10可对接收到的各种信号进行分析处理，以确定接收到的各种信号所分别表征触发的功能，并可在接收到测距触发信号时，开启智能笔的测距功能，即控制测距电路30测量此时智能笔与触控屏300的最小相对距离，且主控制器10还可接收测距电路30输出的距离检测信号，并可通过将距离检测信号转换为数字信号后，对其进行分析处理来获取距离检测信号对应的距离值。主控制器10还可运行用于比较的硬件电路或软件程序和算法，以及调用预先存储的第一预设距离阈值，以将距离检测信号对应的距离值与第一预设距离阈值对应的距离值进行比较，并可在比较结果为：距离检测信号对应的距离值小于或等于第一预设距离阈值对应的距离值时，确定此时智能笔与触控屏300的距离过近。因此，可通过将第一预设距离阈值对应的距离设定为一较小值，例如0.2mm，来使得主控装置可在确定智能笔与触控屏300的距离过近时，间接认为智能笔笔尖已与触控屏300接触，进而经通信电路40输出轨迹显示信号至显示设备，以触发显示设备在其触控屏300上的对应处显示书写轨迹。当然，在另一实施例中，还可为在距离检测信号对应的距离值大于第一预设距离阈值对应的距离值时，确定智能笔与触控屏300的距离过近。
56.如此，在用户使用智能笔时，可通过触发智能笔中其他功能组件输出测距触发信号来使电得主控制器10控制测距路工作，从而开启智能笔的测距功能，以使智能笔可在检测到自身与触控屏300距离过近时，自动输出轨迹显示信号触发触控屏300显示书写轨迹，因此无需用户施加压力即可实现智能笔行业所追求“0g出水”，即用户将笔轻放到触控屏300不加压力即可出水，极大的提高了用户的书写体验。
57.目前，市场上还有一种“0g出水”方案，即利用主动式电容笔尖和触控屏300形成的
耦合电容，并通过显示设备中的相应电路经耦合电容发送上行信号至智能笔，以使智能笔可通过检测接收到的上行信号强度来确定是否输出轨迹显示信号。但在这种“0g出水”方案受触控屏300的加工工艺、使用时的外部环境以及智能笔中主控制器10的检测精度等因素影响严重，偏差很大，在实际应用中无法实现真正的“0g出水”。而本技术方案通过采用距离检测来实现“0g出水”，则克服了上述市场弊端，受触控屏300的加工工艺、使用时的外部环境以及主控制器10的检测精度的影响较小，有利于广泛应用于市场上的主动式电容笔。
58.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述智能笔还包括：
59.所述智能笔还包括：
60.用户触发电路50，其输出端与所述测距触发信号输入端20连接，所述用户触发电路50用于被触发时，输出测距触发信号至所述测距触发信号输入端20。
61.用户触发电路50可包括触控面板以及其他输入设备。触控面板，也称为触摸屏，可收集用户在其上或附近的触摸操作（比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作），并根据预先设定的程式输出表征对应功能的按键信号。其中，触控面板可为电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型，在此不做限定。除了触控面板，用户触发电路50还可以包括物理键盘、功能键（比如用于控制智能笔开启/关闭的开关按键，或者专用于控制测距开启/关闭的开关按键等）、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种，具体此处同样不做限定。如此设置，可简化用户开启智能笔测距功能的操作步骤，有利于提高用户的操作便利性。
62.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述智能笔还包括：
63.运动状态检测电路60，其输出端与所述测距触发信号输入端20连接，所述运动状态检测电路60用于在检测到智能笔处于运动状态时，输出测距触发信号至所述测距触发信号输入端20。
64.运动状态检测电路60可采用陀螺仪等加速度传感器来实现。运动状态检测电路60可检测智能笔在多个预设方向上的运动状态，以及可根据检测结果计算出智能笔整体的运动加速度。运动状态检测电路60还可将计算出的运动加速度与一预设加速度阈值进行比较，并可在比较结果为：运动加速度对应的加速度值大于或等于预设加速度阈值对应的加速度值时，确定此时用户正在拿取并即将使用智能笔，进而输出测距触发信号至主控制器10，以实现自动开启测距功能。在另一可选实施例中，预设加速度阈值还可集成于主控制器10中，运动状态检测电路60可根据检测结果输出与运动加速度对应的加速度检测信号至主控制器10，以供主控制器10将加速度检测信号与预设加速度阈值进行比较来确定是否开启测距功能。可以理解的是，上述预设加速度阈值可根据实际需要确定，在此不做限定。如此设置，使得智能笔可根据用户的拿取操作自动开启测距功能，有利于进一步提高用户的操作便利性。
65.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述智能笔还包括：
66.笔杆部100；
67.笔尖部200，其一端与所述笔杆部100可拆卸连接；
68.第一电路板，所述主控制器10、所述测距触发信号输入端20、所述通信电路40设于所述第一电路板上，所述第一电路板容置于所述笔杆部100中；以及
69.第二电路板，所述测距电路30设于所述第二电路板上，所述第二电路板容置于所
述笔尖部200中。
70.本实施例中，笔杆部100可为近圆柱形、近棱柱形等柱形结构，用以被用户手持使用；笔尖部200可为近圆锥形、近棱锥形等锥形结构，其一端用以与笔杆部100可拆卸连接，其另一端用以与触控屏300接触。笔杆部100和笔尖部200分别可呈中空设置，用以分别容置第一电路板和第二电路板等功能组件；其中，第一电路板和第二电路板可为硬刷电路板，其上可对应焊接有主控制器10、测距触发信号输入端20、通信电路40和测距电路30，并可通过电路走线实现彼此之间的电连接关系，而在笔杆部100和笔尖部200连接时，可通过柔性电路板或者插接件来实现第一电路板和第二电路板的电连接关系。在另一可选实施例中，第一电路板和第二电路板还可为同一电路板。本实用新型技术方案通过将测距电路30设于笔尖部200，可方便根据触控屏300反射的测量信号计算出智能笔与触控屏300的最小相对距离，有利于降低设计成本，且通过将笔杆部100与笔尖部200可拆卸连接，方便在测试电路故障需要更换时，无需整笔更换，只需更换笔尖部200即可，有利于降低更换成本。
71.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述测距电路30具有测量信号收发端；所述测量信号收发端，用于发射测量信号至所述触控屏300以及用于接收所述触控屏300反射的测量信号；
72.所述笔尖部200还包括笔尖壳体210，所述笔尖壳体210上对应所述测量信号收发端设有穿孔220，以供所述测量信号收发端发射的测量信号射出，以及供所述触控屏300反射的测量信号射入。
73.本实施例中，测量信号收发端用以在测距电路30中相应功能电路的驱动下发出测量信号，以及接收触控屏300反射回来的测量信号，并输出相应的电信号至测距电路30中相应功能电路，以供相应功能电路计算出智能笔与触控屏300的最小相对距离。穿孔220的截面形状可为圆形、三角形、棱形等规则形状；或者，还可为不规则形状，且可以理解的是，穿孔220的截面积大小根据实际需要确定，在此不赘述。穿孔220用以实现测量信号收发端与外界的连通，以使测量信号收发端发出的测量信号可经穿孔220到达触控屏300，以及使触控屏300反射的测量信号可经穿孔220返回至测量信号收发端。如此设置，可对测量信号起到聚集作用，有利于减少测量信号在测量过中散射以及提高距离检测的精度。
74.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述测距电路30的数量为多个，所述穿孔220的数量与所述测距电路30的数量相同，多个所述穿孔220沿所述笔尖壳体210的轴线a1延伸，且沿所述笔尖壳体210的轴线a1周向分布。
75.可选地，所述测距电路30的数量为2个或者4个。
76.本实施例中，当测试电路的数量为多路时，穿孔220的数量也为多个，每一穿孔220对应一路测试电路的测量信号收发端设置。多个穿孔220可距离笔尖壳体210的轴线a1一相同预设距离设置，且沿笔尖壳体210的轴线a1方向向两端延伸，以实现对应的测量信号收发端与外界的连通，而任意两相邻穿孔220与笔尖壳体210的轴线a1所形成的夹角相同，以实现多个穿孔220沿笔尖壳体210的轴线a1周向分布，即多个穿孔220处于以笔尖壳体210的轴线a1为圆心，以预设距离为半径的圆上。如此，有利于提高多路测距电路30和多个穿孔220在笔尖部200中的优化布局。
77.在实际应用中，由于用户在使用智能笔时，智能笔与触控屏300形成的夹角多为锐角，而通过设置多路测距电路30，可使得每一测距电路30分别接收各自发射并返回的测量
信号，并可分别输出一路距离检测信号至主控制器10，以使主控制器10可通过对接收到的多路距离检测信号进行求平均值运算，来获取智能笔与触控屏300的最小相对距离。如此，可降低主控制器10的设计成本，并有利于进一步提高距离检测的精度。需要注意的是，任意两相邻穿孔220与笔尖壳体210的轴线a1所形成的夹角不同时，只需保证多个穿孔220处于以笔尖壳体210的轴线a1为圆心，以预设距离为半径的圆上也可实现本技术技术方案。
78.在另一实施例中，测距电路30的数量设置为两路，两路测距电路30优选设于笔尖壳体210的轴线a1的相对相侧，即分别设于同一直径的不同半径上，如此，两路测距电路30分别输出的距离检测信号所对应的距离值的平均值，即为智能笔与触控屏300的最小相对距离。在又一实施例中，测距电路30的数量设置为四路，四路测距电路30优选分别设于互相垂直的两条直径的不同半径上，以使主控制器10可通过对4路距离检测信号对应的距离值求平均值来实现距离检测。
79.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述智能笔还包括：
80.压力传感电路230，设于所述笔尖部200，用于检测所述笔尖部200与所述触控屏300的接触压力，并输出压力检测信号；
81.主控制器10还与压力传感电路230的输出端连接，所述主控制器10还用于根据压力检测信号和距离检测信号输出轨迹显示信号至所述显示设备，以使所述触控屏300显示具有对应预设轨迹参数的书写轨迹。
82.本实施例中，压力传感电路230可采用压敏电阻、电阻、电容等分立器件来构建实现；或者，还可采用专用的压力传感器来实现。压力传感电路230可设于笔尖部200用于接触触控屏300的一端上，用以检测笔尖部200与触控屏300接触时的压力，并输出与之对应的压力检测信号至主控制器10。主控制器10中还可设有多个压力预设阈值，以在确定智能笔与触控屏300的距离过近时，可进一步根据压力检测信号对应的压力值与多个压力阈值的大小关系，来调节书写轨迹的预设轨迹参数；其中，预设轨迹参数包括但不限于：轨迹宽度和轨迹颜色。
83.在此以主控制器10中设有两个压力阈值，即第一预设压力阈值和第二预设压力阈值，且预设轨迹参数为轨迹宽度为例进行解释说明，其中，第一预设压力阈值对应的压力值小于第二预设压力阈值对应的压力值。在距离检测信号大于第一预设距离阈值，且压力检测信号小于或等于第一预设压力阈值时，主控制器10可确定此时智能笔距离触控屏300过远，并可不输出轨迹显示信号；在距离检测信号小于或等于第一预设距离阈值，且压力检测信号小于或等于第一预设压力阈值，主控制器10可确定此时智能笔距离触控屏300过近，但用户并未施加太大的压力，并可输出第一轨迹显示信号至显示设备，以使其触控屏300可显示轨迹宽度较窄的书写轨迹；在距离检测信号小于或等于第一预设距离阈值，且压力检测信号大于第一预设压力阈值时，主控制器10可确定此时智能笔距离触控屏300过近，但用户施加了太大的压力，并可输出第二轨迹显示信号至显示设备，以使其触控屏300可显示轨迹宽度较宽的书写轨迹。在另一可选实施例中，第二轨迹显示信号为根据压力检测信号对应的压力值所确定的实时信号，压力检测信号对应的压力值越大，显示设备在接收到第二轨迹显示信号后使其触控屏300显示的轨迹宽度越宽。如此，使得用户可在书写时通过控制智能笔与触控屏300的接触压力，来调节书写轨迹的轨迹参数，有利于提高智能笔的功能集成度以及用户的书写体验。
84.参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，所述测距电路30为激光测距电路30；
85.或者，所述测距电路30为超声波测距电路30；
86.或者，所述测距电路30为红外测距电路30。
87.本实施例中，测距电路30可为激光测距电路30、超声波测距电路30、红外测距电路30中的一种或多种组合；其中，激光测距电路30可为激光收发探头，用以发出并接收激光信号的测量信号；超声波测距电路30可为超声波收发探头31，用以发出并接收超声波信号的测量信号；红外测距电路30可为红外收发探头，用以发出并接收红外信号的测量信号。测距电路30中可设有计时器，以获取自身发出的测量信号与接收到反射的测量信号二者之间的时间差值，并可根据时间差值以及对应测量信号的传播速度，计算出智能笔与触控屏300的最小相对距离。如此设置，使得测距电路30可通过收发激光、超声波或者红外线来实现测距功能，无需设置复杂的硬件电路，可适配于所有主动式电容笔方案，有利于提高应用范围。
88.本实用新型还提出一种书写交互系统，该书写交互系统包括显示设备和智能笔，该智能笔的具体结构参照上述实施例，由于本书写交互系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，显示设备具有触控屏，并与智能笔通信连接，用以在接收到智能笔输出的轨迹显示信号时，驱动触控屏对应显示书写轨迹。
89.以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。