CN104484063B - 主动式电容笔及触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了主动式电容笔及触控装置。该主动电容笔(11)包括：由导电材料制成的笔尖(21)；由导电材料制成的笔头(22)，其围绕着所述笔尖(21)；切换单元(34)，其根据收到的指令使得多个触控协议之间实现切换；控制单元(35)，其根据所述多个触控协议之间的切换，使所述笔尖(21)和所述笔头(22)中的至少一个与所述触控屏进行交互。

Description

主动式电容笔及触控装置

技术领域

本发明涉及触控装置，尤其涉及主动式电容笔及触控装置。

背景技术

随着信息技术的发展，诸如便携式移动设备的电子设备与人们的生活越发密切相关。这种便携式移动设备可以接收用户的输入，并根据该输入来执行用户期望的功能。作为接收用户输入的输入装置，触控装置以其体积小、重量轻、易于操作的优点而被广泛使用。

触控装置主要分为两种，电阻式触控装置和电容式触控装置。电阻式触控装置成本低、易于制造，但是只能支持单指操作。电容式触控装置的可操作性较强、支持多指功能，因而成为目前触控装置的首选。

电容触控装置包括电容触摸屏，电容触摸屏可以通过分布于其上的正交电容图形来感知手指(或触笔)触摸引起的电容变化，从而测量触摸位置和触摸强度。电容触摸屏可以是位于电容触控装置前面的透明面板，也可以是不透明的人机交互板。

由于能被触摸屏感知的导电体需要较大的接触面积，所以会造成定位不准的问题，同时对笔的支持一直不是非常理想。因此，人们期待电容触控装置能支持笔的书写，至少包括纤细笔尖、悬空感应、精准定位、压感精确等功能。

主动式电容笔解决了上述问题，它是一种与电容触摸屏配合使用的电容笔。主动式电容笔可以发送与电容触摸屏同步的高压脉冲信号，增强了电容感应，从而可以减小接触面积，同时细笔尖明显增强了用户体验。

图1示出了现有技术的主动式电容笔与电容触控装置的工作原理的示意图。

如图1所示，现有技术的触控装置包括：面板，其上配置有相互正交的用于收发信号的平行电容极板；发送电容极板，其设置在所述面板上，用于向外发送探测波；笔11，其通过笔尖接收面板发送的同步及命令信息，再通过笔尖向所述面板发送信号波；接收电容极板，其设置在所述面板上，用于接收所述发送电容极板的探测波和所述笔的信号波；模拟信号处理单元，其根据控制处理单元选择的电容极板来发送相应波形，或者预处理来自接收电容极板信号；控制处理单元14，其将预处理后的接收信号通过AD转换为数字信号，并通过处理得到触摸位置，在笔为主动电容笔的情况下得到笔的位置以及笔回传的信息。

由于所有电容触控屏在定位过程中都会在电容极板上发送测量波形，所以可利用这个发送波形作为命令与主动电容笔进行通信，达到同步或者命令传输的目的。

同时，电容触控屏也都具有接受反馈波形的能力，所以也可以用主动电容笔来发送波形来让电容触控屏定位或者接收数据。

但是，目前的电容触控装置的制造商所使用的测量和支持主动电容笔的协议千差万别，给用户在使用过程中造成了一定的不便。因此，有必要提供一种能够支持目前市面上的大多数电容触控装置的主动电容笔。

发明内容

鉴于以上问题，本发明针对不同触控厂商提出了一种通用的主动电容笔解决方案，以保证用户可以在各种触控屏上使用主动电容笔而不用担心兼容性的问题，从而提高了用户体验。

本发明的一方面提供了一种主动电容笔，包括：由导电材料制成的笔尖；由导电材料制成的笔头，其围绕着所述笔尖；切换单元，其根据收到的指令使得多个触控协议之间实现切换；控制单元(35)，其根据所述多个触控协议之间的切换，控制所述笔尖和所述笔头中的至少一个与所述触控屏进行交互。

本发明的另一方面提供了一种与上述主动电容笔配套使用的触控装置。

本发明的主动电容笔保证用户可以在各种触控屏上使用而不用担心兼容性的问题，从而提高了用户体验。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解。附图不必是按比例绘制的，仅仅是为了给出示意性结构。

图1是现有技术的主动电容笔与电容触控装置的工作原理的示意图。

图2是本发明的主动电容笔的工作原理的示意图。

图3是根据本发明第一实施方式的主动电容笔的结构示意图。

图4是根据本发明第二实施方式的主动电容笔与触控屏的通信协议。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的主动电容笔和触控装置进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的主动电容笔的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述结构。

图2是本发明的主动电容笔的工作原理的示意图。

如图2所示，在本实施方式中，笔11的接收和发送部分由笔尖21、笔头22、屏蔽罩23构成。笔尖21位于屏蔽罩23内，是细长的导电体。笔头22位于屏蔽罩23外，是围绕屏蔽罩23的导电体。由于笔尖21和笔头22均为导电体，因而与触控屏的接收电极26、发送电极27之间可以分别形成耦合电容25和24，通过耦合电容25和24可以实现接收和发送信号的目的。屏蔽罩23将笔尖21和笔头22隔离开，以防止笔尖21和笔头22之间的相互干扰。

由于笔尖21和笔头22均具有接收和发送信号的功能，所以既可以由笔头22来接收触控屏的信号，由笔尖21向触控屏发送信号；也可以由笔尖21来接收触控屏的信号，由笔头22向触控屏发送信号。对于某些触控屏厂商而言，可能不需要接收部分，只有发送部分即可完成定位和数据传输。

下面详细说明本发明的实施方式。

[第一实施方式]

图3是根据本发明第一实施方式的主动电容笔的结构示意图。

如图3所示，第一实施方式的主动电容笔11包括笔尖21、笔头22、接收放大模块30、处理电路31、解码电路32、升级口33、拨动开关34、控制器35、测压力按键电路36、开关37、升压发送模块38、以及切换开关39a和39b。

图3所示的结构兼容所有的主动电容笔协议。下面以笔头22进行接收、笔尖21进行发送为例来描述主动电容笔11的工作流程。

应该理解的是，控制器35可以根据触摸屏的协议来控制切换开关39a和39b，从而选择笔头22、笔尖21的各种发送接收方式。

笔头22接收的信号通过接收放大模块30后被提供给处理电路31和解码电路32，生成数字信号反馈给控制器35。该接收信号可以是触控屏发送的命令，也可以是非命令的探测信号或者其它信号。控制器35读取并判断该接收信号。

若该接收信号为命令信号，则控制器35控制完成相应的工作。若该接收信号为测压力按键命令，则控制器35对测压力按键电路36进行控制来执行相关的测量，并记录下数据。若该接收信号为发送定位信号命令，则控制器35控制升压发送模块38来执行定位信号的发送。若该接收信号为回发数据命令，则控制器35控制升压发送模块38，根据制定的协议来执行测量数据的发送。

一般来讲，电容触控屏为了更好地定位笔尖和接收数据，需要笔尖发送的信号电压幅度远高于控制器工作的电压幅度，所以需要升压发送模块38。

图3所示的结构为主动电容笔的通用结构，针对不同触控屏厂商，由于协议不同，工作流程会有所不同。

下面对目前主流的主动电容笔协议进行简单介绍。

目前所有主动电容笔的协议都是由几种工作方式组合而成的：A.单独发送但不接收；B.单独接收但不发送；C.接收和回发分时进行；D.接收和回发同时进行。这几种工作方式的组合可以涵盖所有的主动电容笔协议。需要注意的是，这里的接收是指广义的接收来自电容极板的发送信号。该发送信号可能是命令，也可能是协议规定的其它信号。

第一实施方式的主动电容笔可以兼容上述工作方式，下面具体进行描述。

针对A：控制器35可以将接收放大模块30、处理电路31、解码电路32均关闭，直接根据协议，在规定的时间根据规定的时序向笔尖21发送信号。

针对B：控制器35可以将升压发送模块38关闭，根据协议接收命令信号，然后经由接收放大模块30后提供给处理电路31和解码电路32，最后提供给控制器35进行后续工作。

针对C：接收命令信号，然后经由接收放大模块30后提供给处理电路31和解码电路32。解码电路32产生数字信号反馈给控制器35。控制器35进行判断后，根据协议时序将需要的信号波形提供给升压发送模块38。

由于接收和回发分时进行，可以单独采用笔头22(或笔尖21)接收并且发送。一般是笔头22(或笔尖21)一直处于接收状态，等待命令。当收到命令后，控制器35判断该命令。判断完了切换成发送状态，再进行发送。发送完了继续切换成接收状态，等待接收新的命令。可以设定发送和接收的时序，使得不存在冲突。当然，也可以笔尖21和笔头22同时接收，同时发送，这样会增强接收和发送的强度。

针对D：控制器35将连接处理电路31和升压发送模块38的开关37闭合，将放大后的接收信号直接提供给升压发送模块38。而控制器35也同时接收命令并执行相应的控制。

对于触摸屏协议的切换，一种方式是主动电容笔11接收来自触摸屏的信号，并根据该信号选择不同的触摸屏协议与触摸屏进行交互。但是另选的是，可以为主动电容笔11设置拨动开关34，如图3所示，用户可以根据自己对所要使用的触摸屏的了解，手动地操作拨动开关34，从而切换到对应的触摸屏协议。

另外，为了使本实施方式的主动电容笔11适应不同触控屏厂商的协议，在主动电容笔11内设置了升级口33，如图3所示。升级口33可以是USB端口或其他端口。用户可以利用升级口33针对不同的触控屏厂商来升级固件和/或添加新的触控装置协议。

同时，由于控制器35需要兼容所有协议，而协议部分会有相似的内容。所以可以在控制器35的存储器(图中未示出)内实现不同协议相似功能的兼容，从而达到节省存储空间的目的。

[第二实施方式]

下面参照图4来说明本发明的主动电容笔的工作过程。图4是根据本发明第二实施方式的主动电容笔与触控屏的通信协议的实例。

需要说明的是，在图4中，并未区分与触摸屏进行通信的具体对象是笔尖还是笔头，优选的是由笔尖或笔头单独与触摸屏进行通信。然而，根据上述第一实施方式的结构可知，这里的工作过程包含了以下情况：(1)笔尖发送、笔尖接收；(2)笔头发送、笔头接收；(3)笔尖发送、笔头接收；(4)笔头发送、笔尖接收。

如图4所示，触控屏发送定位信号命令，该定位信号命令被表示为一定频率不同长度的包络波形。笔(笔尖或笔头，下同)接收到该定位信号命令后，在规定时序内做出响应。如图4所示，定位信号命令的时长为T。笔接收到此命令后连续发送数个一定频率的高压脉冲包络信号(定位信号)，以便触控屏可以通过此信号获得笔的位置。触控屏接收到该定位信号后发送时长为2T的测量命令。笔接收到此命令后不会发送任何波形，但会在一定时间内测量笔尖的压力以及按键等必需的数据。

触摸屏发送时长为3T的数据命令。笔接收到该命令后，按照与触控屏制定的协议回发数据。如图4所示，笔发送一定频率和时长t的高压包络代表1或者0。即，如果包络内有脉冲则代表1，没有则代表0。

以上第二实施方式只是本发明针对一种协议的实现方式，本发明也可以针对各种各样的其他协议来调整控制器程序，以适应不同的触控芯片控制厂商。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种与触控屏进行交互的主动电容笔(11)，包括：

由导电材料制成的笔尖(21)；

由导电材料制成的笔头(22)，其围绕着所述笔尖(21)；

切换单元(34)，其根据收到的指令使得多个触控协议之间实现切换，其中，所述触控协议包括：主动电容笔向触控屏发送信号但不接收触控屏发来的信号、主动电容笔接收触控屏发来的信号但不向触控屏发送信号、主动电容笔接收触控屏发来的信号和向触控屏发送信号分时进行、主动电容笔接收触控屏发来的信号和向触控屏发送信号同时进行；

控制单元(35)，其根据所述多个触控协议之间的切换，控制所述笔尖(21)和所述笔头(22)中的至少一个与所述触控屏进行交互。

2.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述控制单元(35)进行控制，使得所述笔尖(21)或所述笔头(22)从所述触控屏接收信号并向所述触控屏发送信号。

3.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述控制单元(35)进行控制，使得所述笔尖(21)和所述笔头(22)从所述触控屏接收信号并向所述触控屏发送信号。

4.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述控制单元(35)进行控制，使得所述笔尖(21)从所述触控屏接收信号，所述笔头(22)向所述触控屏发送信号。

5.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述控制单元(35)进行控制，使得所述笔头(22)从所述触控屏接收信号，所述笔尖(21)向所述触控屏发送信号。

6.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述切换单元(34)是供用户操作的拨动开关，所述指令是用户对所述拨动开关的操作。

7.根据权利要求1所述的主动电容笔(11)，其中，所述指令来自所述触控屏。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的主动电容笔(11)，其中，所述控制单元(35)还包括存储单元，所述存储单元中存储有所述多个触控协议，其中，所述多个触控协议之间相同或相似的部分仅被存储一次。

9.根据权利要求8所述的主动电容笔(11)，还包括升级端口(33)，其中，通过所述升级端口(33)能够针对不同的触控屏升级固件和/或添加新的触控协议。

10.一种触控装置，包括主动电容笔(11)和与之交互的触控屏，其中，所述主动电容笔(11)包括：

由导电材料制成的笔尖(21)；

由导电材料制成的笔头(22)，其围绕着所述笔尖(21)；

切换单元(34)，其根据收到的指令使得多个触控协议之间实现切换，其中，所述触控协议包括：主动电容笔向触控屏发送信号但不接收触控屏发来的信号、主动电容笔接收触控屏发来的信号但不向触控屏发送信号、主动电容笔接收触控屏发来的信号和向触控屏发送信号分时进行、主动电容笔接收触控屏发来的信号和向触控屏发送信号同时进行；

控制单元(35)，其根据所述多个触控协议之间的切换，使所述笔尖(21)和所述笔头(22)中的至少一个与所述触控屏进行交互。