CN108819566B - 一种智能笔及智能笔控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能笔，包括形成有笔尖的笔杆、设于笔杆内的对应于不同类型书写对象的多个笔头、感测单元、控制单元及致动单元；所述感测单元用于检测智能笔的书写对象并形成检测信号；所述控制单元用于根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号并传输至所述致动单元；所述致动单元用于根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处，本发明还公开了一种智能笔控制方法，在不同书写对象条件下自动切换笔头，简化用户操作，提高用户体验。

Description

一种智能笔及智能笔控制方法

技术领域

本发明涉及智能产品领域。更具体地，涉及一种智能笔及智能笔控制方法。

背景技术

随着触摸显示屏的发展，越来越多的电子设备具有触控功能，用户可通过触控笔在触摸显示屏上进行相关操作，而当用户需要在白纸上用书写笔进行书写时，需要将触控笔放下，更换书写笔再在白纸上写字。触控笔和书写笔的频繁切换会导致用户的操作不便，降低用户体验。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种智能笔，在不同书写对象条件下自动切换笔头，简化用户操作，提高用户体验。本发明的另一个目的在于提供一种智能笔控制方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面公开了一种智能笔，包括形成有笔尖的笔杆、设于笔杆内对应于不同类型书写对象的多个笔头、感测单元、控制单元及致动单元；

所述感测单元用于检测智能笔的书写对象并形成检测信号；

所述控制单元用于根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号并传输至所述致动单元；

所述致动单元用于根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处。

优选地，所述感测单元包括发光元件和光传感组件；

所述光传感组件接收所述发光元件发出的并经所述书写对象反射的反射光并根据所述反射光形成检测信号，所述检测信号具有基于所述书写对象的光强信息。

优选地，所述控制单元中预设有与不同对象类型的书写对象对应的多个标准光强范围；

所述控制单元用于根据所述检测信号的光强信息落入的标准光强范围确定书写对象的对象类型。

优选地，所述智能笔还包括供电单元，所述供电单元包括与每个单元分别电连接的电池组件；

所述供电单元进一步包括为所述电池组件充电的无线供电组件，所述无线供电组件在外部的无线充电组件的作用下产生充电电流为所述电池组件充电；和/或

所述供电单元进一步包括设于所述笔杆上并与所述电池组件电连接的充电接口，所述充电接口与外部电源电连接时，外部电源为所述电池组件充电。

优选地，所述智能笔还包括用于检测所述电池组件电量的电量感测单元；

所述电量感测单元包括设于所述电池组件的电流输出端的电流检测电阻以及设于所述电流检测电阻两端的库仑计；

所述控制单元用于接收所述库仑计的输出信息并处理得到所述电池组件的电量。

优选地，所述多个笔头至少包括用于触控显示屏的触控笔和用于书写纸的书写笔。

优选地，所述致动单元包括与所述控制单元电连接的电机和齿轮；

所述电机根据所述控制信号转动带动所述齿轮旋转，齿轮旋转带动多个笔头运动，使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处。

优选地，所述智能笔进一步包括位置传感器；

所述位置传感器用于形成包含笔头位置信息的位置检测信号，所述控制单元用于基于所述位置检测信号确定与所述书写对象对应的笔头的位置，当所述笔头的位置到达笔尖处时，控制所述致动单元停止。

优选地，所述位置传感器为霍尔传感器；

所述霍尔传感器用于检测所述电机的转动位置形成所述位置检测信号，所述控制单元用于基于所述位置检测信号确定所述电机的转动位置，当电机的转动位置达到预设位置处，则确定与所述书写对象对应的笔头到达笔尖处，控制所述致动单元停止。

本发明另一方面公开了一种如上所述智能笔的控制方法，包括

检测智能笔的书写对象并形成检测信号；

根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号；

根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处。

本发明的有益效果如下：

本发明的智能笔中设有多个笔头、感测单元、控制单元及致动单元，通过感测单元检测智能笔的书写对象形成检测信号，控制单元获取到检测信号并进行处理，可确定书写对象的对象类型，例如可确定用户的书写对象是触摸显示屏还是普通的纸张，根据书写对象的不同向致动单元发送控制信号以控制致动单元驱动与书写对象对应的笔头运动到笔尖处，用户可不必更换手中的笔即可实现在触控操作和正常书写之间的切换。本发明通过主动式探测技术实现智能笔中笔头的自动切换，使用户可在多个不同的书写对象上无切换连续操作，简化用户操作，提高效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明一个具体实施例智能笔的示意图。

图2示出本发明一个具体实施例中智能笔的感测单元的示意图。

图3示出本发明一个具体实施例中智能笔的供电单元的示意图。

图4示出本发明一个具体实施例中智能笔的电量感测单元的示意图。

图5示出本发明一个具体实施例中智能笔的致动单元的示意图。

图6示出本发明一个具体实施例中智能笔控制方法的流程图。

附图标记：

1、笔杆，2、笔尖，3、笔头，4、感测单元，5、控制单元，6、致动单元，41、发光元件，42、光传感组件，421、光接收放大模块，422、光能量检测模块，7、供电单元，71、电池组件，72、无线供电组件，73、充电接口，741、电池，742、电池管理模块，8、电量感测单元，81、电流检测电阻，82、库仑计，9、示警单元，91、微型扬声器，61、电机，62、齿轮，10、位置传感器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

针对现有技术中触控显示屏和书写纸等不同书写对象的切换需要切换不同的笔带来的不方便问题，本发明对智能笔进行了改进。

根据本发明的一个方面，如图1所示，公开了智能笔的一个具体实施例。本实施例中，智能笔包括形成有笔尖2的笔杆1、设于笔杆1内的对应于不同类型书写对象的多个笔头3、感测单元4、控制单元5及致动单元6。

其中，感测单元4用于检测智能笔的书写对象并形成检测信号。控制单元5用于根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号并传输至所述致动单元6。致动单元6用于根据所述控制信号驱动与所述书写对象对应的笔头3运动至所述笔尖2处。本发明通过感测单元检测智能笔的书写对象形成检测信号，控制单元5获取到检测信号并进行处理，可确定书写对象的对象类型，根据书写对象的不同向致动单元6发送控制信号以控制致动单元6驱动与书写对象对应的笔头3运动到笔尖2处，智能笔可根据书写对象的不同自动切换不同的笔头，使用户可不必更换手中的笔即可实现在不同书写对象之间的无缝切换，进行连续操作，简化用户的操作过程，使用户使用更便捷，节省时间，用户体验好。

优选地，控制单元5可采用低功耗微处理芯片(Micro Control Unit,MCU)，更优选地，可选用供电电压3.3V以下的芯片，以降低电量消耗，延长智能笔单次充电的使用时间。

优选地，如图2所示，感测单元4可包括发光元件41和光传感组件42。其中，发光元件41可与控制单元5电连接，在控制单元5的控制下发光，发光元件41发出的光可通过笔尖2的开口处照射至用户的书写对象上并反射。

光传感组件42接收所述发光元件41发出的并经所述书写对象反射的反射光并根据所述反射光形成检测信号，所述检测信号具有基于所述书写对象的光强信息。

作为优选地实施方式，光传感组件42可包括光接收放大模块421和光能量检测模块422，光接收放大模块421用于对接收的反射光信号进行放大，光能量检测模块422用于对放大后的光信号进行检测得到检测信号，以提高反射光光强的检测精度。

优选地，发光元件41可设置在笔杆1内对应笔杆1中央的位置，笔杆1内的发光元件41可在控制单元5的控制下发出光信号，智能笔不同的书写对象为不同的材质形成的，如白纸和触控显示屏，不同的书写对象之间的光反射系数存在差异，发光元件41发出的光在书写对象表面发生反射。进一步通过光传感组件42获取经过书写对象表面反射形成的反射光，根据反射光形成检测信号，该检测信号与反射光的光强对应，从而控制单元5可对检测信号进行处理，判断出用户操作的书写对象，从而进行笔头3切换。

发光元件41发出的光束接近正入射(入射角θ约等于0)，反射率计算公式是：R＝(n1-n2)^2/(n1+n2)^2。其中，n1,n2分别是两种介质的真实折射率(即相对于真空的折射率)。通过测试书写纸与触摸显示屏的折射率，获取不同材质反射的光的强度的大小，从而区分不同的书写对象。

在优选地实施方式中，所述控制单元5中可预设与不同对象类型对应的多个标准光强范围，所述控制单元5处理所述检测信号可得到光强信息，确定该光强信息落入的标准光强范围，从而能够确定书写对象的对象类型。即将光强信息与多个标准光强范围分别比对，确定包含了光强信息的其中一个标准光强范围。

例如，以实现在触摸显示屏与白纸之间的笔头3切换为例，根据不透明介质如镜面的反射率是100％，非镜面则与颜色、温度、光的属性等诸方面因素有关。触摸显示屏在发光和不发光均处于白纸的反射范围外，并且玻璃的材质与纸质材质差异很大，通过实验测试手段，很容易获取两种材质的反射差异。因此，当在触摸显示屏与白纸之间切换笔头3时，根据反射回来的光的强度判断界面的材质，从而快速识别出材质的种类，便于实时进行笔头3切换。

假设通过实验测试，在这两种不同对象类型上所获取光线反射数据的光强信息分别为[a1,a2…an]，[b1,b2,…bn]，其中假设这些数据都有各自取值范围，当采集到的反射光线数据落在不同光强范围区间时，根据数据选择范围，得到书写对象的对象类型，则控制单元5控制致动单元6自动驱动对应的笔头3运动至笔尖2处，从而实现笔头3在不同书写对象时的自动切换。

优选地，如图3所示，所述智能笔还包括供电单元7，该供电单元7可采用无线方式供电，也可采用有线方式供电，更优选地，还可如本实施例中采用无线和有线结合的方式进行供电，图中的双箭头表示无线充电组件与无线供电组件72通过无线方式进行能量交换，无线充电组件通过无线方式为无线供电组件72提供电能。所述供电单元7可包括与每个单元分别电连接的电池组件71。

在无线方式供电中，所述供电单元还包括为所述电池组件71充电的无线供电组件72。所述无线供电组件72在外部的无线充电组件的作用下产生充电电流为所述电池组件71充电。

在有线方式供电中，所述供电单元还包括为所述电池组件71充电的无线供电组件72。所述充电组件包括与各单元电连接的电池组件71以及设于所述笔杆1上并与所述电池组件71电连接的充电接口73，在所述充电接口73与外部电源电连接时，外部电源为所述电池组件71充电。

其中，电池组件71可包括电池741及电池管理模块742。可选地，所述电池741可以选用蓄电池或超级电容。

进一步地，优选地，如图4所示，所述智能笔还可包括用于检测所述电池组件71电量的电量感测单元8。所述电量感测单元8包括设于所述电池组件的电流输出端的电流检测电阻81以及设于所述电流检测电阻81两端的库仑计82。具体的，本实施例中，电流检测电阻81与电池741的电流输出端电连接，通过检测电流检测电阻81两端的压降可计算得到电池741的输出电流。在实际应用中，也可将电流检测电阻81设于电池组件输出回路的其他位置，可通过电阻81计算得到电池741的电量即可。

所述控制单元5用于接收所述库仑计82的输出信息并处理得到所述电池组件71的电量。通过设置电量感测单元8对电池741的电量进行检测，当电量的电量过低时，可通过示警单元9向用户反馈电池741电量过低的信息，提醒用户对智能笔进行充电，对智能笔进行保护，延长智能笔寿命。

在可选地实施方式中，控制单元5还可记录智能笔充电一次与切换笔头3次数之间的关系，得到智能笔充电一次可用的切换次数，从而可在检测到智能笔的笔头3切换达到一定次数时通过电量感测单元8对供电单元7进行电量检测，而不必持续检测，从而最大限度的节省电量。

在可选地实施方式中，控制单元5还能够用于停止切换笔头3的过程，例如，当控制单元5通过电池741感测单元4检测到供电单元7的电量低于预设低电量时，控制感测单元4和致动单元6停止工作。在其他实施方式中，还可采用定时、按键或其他***设定控制感测单元4和致动单元6停止工作，以对智能笔进行***保护。

进一步地，优选地，所述智能笔还包括与所述控制单元5电连接的示警单元9。该示警单元9可为微型扬声器91或蜂鸣器等可向用户提醒的元件。所述控制单元5可当所述电池组件71的电量低于预设电量时，通过所述微型扬声器91向用户进行语音示警，或者通过蜂鸣器振动向用户振动示警。

优选地，如图5所示，本实施例中，所述致动单元6可包括与所述控制单元5电连接的电机61和齿轮62。

所述电机61根据所述控制信号控制所述齿轮62转动，齿轮62转动带动多个笔头3运动，使与所述控制信号对应的笔头3运动至所述笔尖2处，笔头3从笔尖处暴露在智能笔外部，以便用户使用。其中，电机61的转动方式可包括顺时针旋转和逆时针旋转，通过电机61的不同旋转方向和旋转角度可使不同的笔头3转出至笔尖2，从而实现不同笔尖2的切换。控制单元5与电机61间优选地需设置功率驱动电路，用于对电信号进行功率放大，使微小型电机61可以正常启动，控制单元5控制电机61旋转以使特定的笔头3转到笔尖2处。

作为优选地实施方式，本实施例中所述智能笔进一步包括位置传感器10，所述位置传感器10用于形成包含笔头3位置信息的位置检测信号，所述控制单元5用于基于所述位置传感器10的位置检测信号确定与所述书写对象对应的笔头3的位置，当所述笔头3的位置到达笔尖2处时，控制所述致动单元6停止。

优选地，所述位置传感器10可选用霍尔传感器，通过霍尔传感器可检测到电机61的旋转位置，控制单元5根据电机61的旋转位置判断笔头3是否到达笔尖2，当检测到电机61旋转到达预定位置，可判断特定笔头3已经到达笔尖2，则控制单元5可控制电机61停止，从而齿轮62停止转动，用户可正常使用转出的笔头3。

在可选地实施方式中，所述控制单元5可每经过预设时间间隔获取一次所述检测信号，以在不影响用户正常切换笔头3使用的条件下节省供电单元7的电量。其中，预设时间间隔可根据实际应用情况灵活选取，例如可根据切换过程中发生的距离及动作时间，在***中设置定时检测时间条件，以便实现无缝隙衔接操作。假设两个不同界面切换时间为T，则在***中需要设定检测的预设时间间隔小于T，具体数值需要根据时间操作进行实验获取。

根据本发明的另一方面，公开了一种智能笔控制方法的一个具体实施例。如图6所示，本实施例中，该方法包括：

S100：检测智能笔的书写对象并形成检测信号；

S200：根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号；

S300：根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头3运动至所述笔尖2处。

在优选地实施方式中，所述方法进一步还包括在进行检测书写对象之前进行电量检测的步骤。具体的，智能笔开启后，可通过电量检测模块，检测供电单元7的电量是否满足切换笔头3的功率需要，如果不满足，可通过示警单元9向用户反馈电量不足的信息，提示用户对智能笔供电。在本实施例中，在供电单元的电量大于预设低电量时，获取光传感组件的检测信号，进而判断书写对象的对象类型，根据对象类型确定电机的正转或反转的旋转方向，实时检测电机的旋转位置，当电机旋转到位后，完成笔头的切换，可间隔一定时间再次获取检测信号，判断应用对象是否切换了，当对象切换了，可再次进行笔头切换，从而通过主动探测实现智能笔的笔头自动切换功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种智能笔，其特征在于，包括形成有笔尖的笔杆、设于笔杆内的对应于不同类型书写对象的多个笔头、感测单元、控制单元及致动单元；

所述感测单元用于检测智能笔的书写对象并形成检测信号；

所述控制单元用于根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号并传输至所述致动单元；

所述致动单元用于根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处；

所述感测单元包括发光元件和光传感组件；

所述光传感组件接收所述发光元件发出的并经所述书写对象反射的反射光并根据所述反射光形成检测信号，所述检测信号具有基于所述书写对象的光强信息。

2.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述控制单元中预设有与不同对象类型的书写对象对应的多个标准光强范围；

所述控制单元用于根据所述检测信号的光强信息落入的标准光强范围确定书写对象的对象类型。

3.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述智能笔还包括供电单元，所述供电单元包括与每个单元分别电连接的电池组件；

所述供电单元进一步包括为所述电池组件充电的无线供电组件，所述无线供电组件在外部的无线充电组件的作用下产生充电电流为所述电池组件充电；和/或

所述供电单元进一步包括设于所述笔杆上并与所述电池组件电连接的充电接口，所述充电接口与外部电源电连接时，外部电源为所述电池组件充电。

4.根据权利要求3所述的智能笔，其特征在于，所述智能笔还包括用于检测所述电池组件电量的电量感测单元；

所述电量感测单元包括设于所述电池组件的电流输出端的电流检测电阻以及设于所述电流检测电阻两端的库仑计；

所述控制单元用于接收所述库仑计的输出信息并处理得到所述电池组件的电量。

5.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述多个笔头至少包括用于触控显示屏的触控笔和用于书写纸的书写笔。

6.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述致动单元包括与所述控制单元电连接的电机和齿轮；

所述电机根据所述控制信号转动带动所述齿轮旋转，齿轮旋转带动多个笔头运动，使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处。

7.根据权利要求6所述的智能笔，其特征在于，所述智能笔进一步包括位置传感器；

所述位置传感器用于形成包含笔头位置信息的位置检测信号，所述控制单元用于基于所述位置检测信号确定与所述书写对象对应的笔头的位置，当所述笔头的位置到达笔尖处时，控制所述致动单元停止。

8.根据权利要求7所述的智能笔，其特征在于，所述位置传感器为霍尔传感器；

所述霍尔传感器用于检测所述电机的转动位置形成所述位置检测信号，所述控制单元用于基于所述位置检测信号确定所述电机的转动位置，当电机的转动位置达到预设位置处，则确定与所述书写对象对应的笔头到达笔尖处，控制所述致动单元停止。

9.一种如权利要求1-8任一项所述智能笔的控制方法，其特征在于，包括

检测智能笔的书写对象并形成检测信号；

根据所述检测信号确定所述书写对象的对象类型，形成与所述对象类型对应的控制信号；

根据所述控制信号使与所述书写对象对应的笔头运动至所述笔尖处。

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