专利名称：用于电子白板的电磁笔及其压感控制方法
技术领域：
本发明涉及电磁信号处理领域，具体涉及ー种用于电子白板的电磁笔及其压感控制方法。
背景技术：
随着多媒体技术、计算机技术和显示技术的发展兴起，电子白板作为ー种可以用于教学、培训、会议、演示等场合的多媒体工具，它与传统的教学、演示方式结合得最为紧密。以特制的电子白板(或称投影屏幕)代替传统的黒板，通过电子笔可以在电子白板上书 写或者模拟鼠标功能，其结果可以直接显示到电子白板上。现有技术中，电磁笔在电子白板上书写时，只能够在电子白板上显示电磁笔的移动笔迹，但无法根据书写力度实时地反映出书写者书写时的轻重缓急等不同的书写状态，因此，还不能够满足用户的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电子白板的电磁笔及其压感控制方法，能够在电子白板上实时反映用户书写时的轻重缓急等不同书写状态，提高用户的使用体验。本发明所述用于电子白板的电磁笔，包括笔尖、可变电容和处理器；其中，
可变电容，连接电磁笔笔尖的非书写端，井根据书写时笔尖所受的压力实时改变电容
值；
处理器，用于控制可变电容周期性地充放电，井根据笔尖所受压カ对应的可变电容的放电时间，向电子白板发送包含可变电容放电时间信息的电磁信号。上述方案中，所述电磁笔还包括定时器和电压比较器；
所述电压比较器，用于对可变电容的电压值与预设的阈值电压值进行比较，并在可变电容的电压值低于预设的阈值电压值时，向处理器输出翻转信号；
定时器，用于在处理器的控制下记录可变电容的放电时间；具体为当可变电容开始放电时，定时器开始计时；当处理器接收到电压比较器的翻转信号时，定时器停止计时。上述方案中，所述处理器，还用于将定时器所记录的可变电容的放电时间进行数字编码。上述方案中，所述电磁笔还包括谐振电路、整流滤波电路和谐振开关电路；
谐振电路，用于当笔尖靠近电子白板时，根据电子白板发送的电磁信号感应出谐振信号，并发送给整流滤波电路；
整流滤波电路，用于将谐振电路所感应的谐振信号进行整流滤波处理，并转换为直流电压发送给处理器，为处理器提供工作电源；
谐振开关电路，用于将所述处理器输出的数字编码作用到谐振电路感应到的谐振信号上，并通过谐振电路将包含所述数字编码的谐振信号发送给电子白板。上述方案中，所述电磁笔还包括功能按键，所述处理器还用于将功能按键的状态信息、可变电容放电时间编译成一串数字编码，并将包含这ー串数字编码的谐振信号发送给电子白板。
本发明还提供了一种电磁笔的压感控制方法，该方法包括
在电磁笔笔尖的非书写端连接可变电容，井根据书写时笔尖所受的压力实时改变电容
值；
在ー个充放电周期内，记录电磁笔内部与笔尖所受压カ值相对应的可变电容的放电时间，并将包含可变电容放电时间信息的谐振信号发送给电子白板。上述方案中，所述可变电容的放电时间为从可变电容开始放电时起，到可变电容的电压值低于预设的阈值电压值时止。上述方案中，所述将包含可变电容放电时间信息的谐振信号发送给电子白板，具体为将与所述压カ值相对应的可变电容的放电时间编译为数字编码，再将包含所述数字编码的谐振信号发送给电子白板。上述方案中，所述谐振信号发送给电子白板之后，该方法还包括电子白板对所接收到的谐振信号进行解析，得到与笔尖所受压カ值相对应的可变电容放电时间的数字编码，井根据所述数字编码输出与该压カ值相对应的笔迹状态。上述方案中，该方法还包括将电磁笔上功能按键的状态信息、可变电容放电时间编译成一串数字编码，并将包含这ー串数字编码的谐振信号发送给电子白板。本发明的用于在电子白板上书写的电磁笔及其压感控制方法，通过在笔尖的非书写端连接可变电容，能够实时反映书写者书写时的轻重缓急等不同书写状态，从而实现在电子白板上实时显示不同的线条，例如，线条的粗细不同或顔色不同等，提高了用户的使用体验。另外，采用可变电容不仅可以感测笔尖所受的压力，且灵敏度高，书写时只需轻轻接触即可感测压力，使书写自然流畅。
图I是本发明实施方式所述电磁笔的内部结构示意 图2是本发明的实施方式所述电磁笔的可变电容与处理器和电压比较器的电路连接关系不意 图3是本发明的实施方式所述电磁笔的压感控制方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明所述方案进行详细说明。电磁笔和电子白板组成的电磁输入系统的工作原理是电子白板发送激励信号，激励电磁笔内部的谐振电路并感应出电磁信号；将所述电磁信号经处理后发送给电子白板，电子白板根据所接收的电磁信号确定电磁笔的位置，从而显示出相应的笔迹。图I是本发明的一个实施方式的电磁笔的内部结构示意图。如图I所示，本实施方式中用于在电子白板上的电磁笔包括可变电容、处理器、谐振开关电路、谐振电路和整流滤波电路。可变电容连接电磁笔笔尖的非书写端，可变电容的电容值Cx能根据书写时笔尖所受的压力变化而发生变化。具体地，笔尖所受压カ越大，可变电容值Cx越大；笔尖所受压力越小，可变电容值Cx越小。处理器，用于控制可变电容周期性地充放电，井根据笔尖所受压カ对应的可变电容的放电时间，控制电磁笔向电子白板发送包含放电时间信息的谐振信号。 可变电容所受压カ与电容值之间并不是线性关系，所以欲根据可变电容值来计算所受压カ值是非常困难的。根据可变电容放电时间常数T= R2 *Oz ,可知，笔尖所受压カ越大，可变电容值Cx越大，可变电容放电时间就越长；笔尖所受压カ越小，可变电容值Cx越小，可变电容放电时间就越短；其中，R2与可变电容并联，R2与可变电容组成放电回路。由此可知，可变电容的放电时间与笔尖所受的压力具有间接的对应关系，根据可变电容的放电时间就可以对应判断出笔尖所受的压力大小，进而根据所述放电时间的长短将笔尖所受的压力的大小反映到电磁笔书写的笔迹上，实现电磁笔笔迹的轻重缓急的变化。进ー步地，本发明所述电磁笔还可以包括定时器和电压比较器。所述电压比较器，用于对可变电容的电压值与预设的阈值电压值进行比较，并在可变电容的电压值低于预设的阈值电压值吋，向处理器输出翻转信号。这里，所述阈值电压VEef可根据实际情况来设置，本实施例中，VKrf取可变电容的电压值的1/4。定时器，用于在处理器的控制下记录可变电容的放电时间；具体地，当可变电容开始放电时，处理器控制定时器开始计时；当处理器接收到电压比较器的翻转信号时，控制定时器停止计时。这里，可以采用独立的电压比较器和定时器，也可以通过处理器本身来完成电压比较和定时的功能。进ー步地，所述处理器，还用于将定时器所记录的可变电容的放电时间进行数字编码，并输出给谐振开关电路；谐振开关电路将所述数字编码作用到谐振电路感应到的谐振信号上，并通过谐振电路将包含所述数字编码的谐振信号发送给电子白板。这样，电子白板接收到所述谐振信号后，解析出与可变电容放电时间相对应的所述数字编码，因该数字编码与笔尖所受压カ值间接对应，因此可根据解析出的数字编码输出与所述压カ值相对应的笔迹状态，由此，就可以在电子白板上显示粗细程度与笔尖所受压カ相对应的笔迹。图2是本实施方式的电磁笔的可变电容与处理器和电压比较器的电路连接关系示意图。如图2所示，电阻R2与可变电容Cx并联，构成可变电容的放电回路；R2的一端接地，另一端连接电压比较器Ul的电压输入端。为延长可变电容的放电时间，电阻R2的阻值较大；这里，不对电阻R2的阻值做具体限定，可根据实际情况而定。
优选地，电磁笔还包括用来控制可变电容充放电的开关电路，由电阻Rl和ニ极管Dl串联组成。为使可变电容快速充满电，电阻Rl的阻值较小，具体值可根据实际情况而定。开关电路靠近电阻Rl的一端连接处理器的ー个I/O端ロ(Portl)，另一端连接可变电容放电回路的非接地端。在处理器Portl端ロ输出电平的控制下，开关电路中的ニ极管Dl导通时，可变电容快速充电；ニ极管Dl断开时，可变电容通过放电回路缓慢放电。这里，可变电容的放电回路、处理器、电压比较器和定时器构成可变电容放电时间检测模块，由于可变电容放电时间与笔尖所受压カ相对应，因此也构成了压カ检测模块。电子白板根据所述压カ检测模块输出的与压カ值相对应的电磁信号，就可以得到粗细程度与笔尖所受压カ相对应的笔迹状态。结合图2所示电路，在一次充放电周期内，本发明所述的电磁笔的工作过程如下 处理器端ロ Portl先输出高电平，开关电路导通，由于电阻Rl阻值很小，这时可变电容
快速充电并使电压达到最大值。然后，处理器端ロ Portl输出低电平，开关电路断开，可变电容开始通过阻值比较大的电阻R2缓慢放电；同时，处理器启动定时器开始计吋。在可变电容放电的过程中，当可变电容上的电压低于预设的阈值电压Vltef吋，电压比较器Ul输出翻转信号，处理器通过端ロ Port2接收到该翻转信号后，命令定时器停止计时，这样，定时器所记录的时间即为可变电容在一次充放电周期内的放电时间。具体地，当笔尖没有被按压时，可变电容的电容值为固定的初始值Ctl，放电时间常数。由于此时可变电容的电容值Ctl很小，因而可变电容的放电时间常数τ很小，放电时间极短，可变电容上的电压很快降到阈值电压以下。当可变电容上的电压低于Vltef吋，电压比较器的输出发生翻转，处理器控制定时器停止计时。由于笔尖没有被按下，此刻，定时器所记录的定时时间与笔尖所受的零压カ值相对应，处理器将对应于零压力值的定时时间编译为数字编码，然后通过谐振开关电路将该数字编码作用到谐振电路感应到的谐振信号上，并由谐振电路将包含该数字编码的谐振信号发送给电子白板。电子白板接收到包含该数字编码的谐振信号后，解析出与零压カ值对应的可变电容放电时间的数字编码，根据所解析的数字编码可知电磁笔没有被按压，因而不在电子白板上显示任何笔迹。当笔尖被按压时，可变电容的电容值Cx可在一定范围内随所受压カ的变化而变化。可变电容所受压カ越大，电容值Cx越大，当Cx达到最大值后,便不再随压カ的增大而増大。当笔尖被按压时，可变电容的放电时间延长，当可变电容上的电压低于Vltef时，处理器控制定时器停止计时。此刻，定时器所记录的定时时间与笔尖所受的压カ值相对应，处理器将对应于该压力值的定时时间编译为数字编码，再将包含该数字编码的谐振信号发送给电子白板。电子白板接收到包含该数字编码的谐振信号后，解析出与压カ值对应的可变电容放电时间的所述数字编码，井根据所解析的数字编码显示出相应粗细的笔迹状态。由于所受的压カ不同，不同的可变电容值对应于不同的放电时间常数也就对应于不同的放电时间，因此，处理器在每个充放电周期内，都会根据定时器的定时时间得到与实时压力相对应的放电时间。这些数据被处理器编译为与不同压カ值相对应的数字编码，再通过谐振电路将包含该数字编码的谐振信号发送给电子白板。这样电子白板就会得到一系列包含可变电容放电时间的数字编码的谐振信号，对所述谐振信号进行解析得到对应的可变电容放电时间的数字编码，经过计算机处理后，就会通过电子白板显示出粗细程度与压カ值相对应的笔迹线条。
基于上述电磁笔的结构，本发明还提供了一种电磁笔的压感控制方法，如图3所示，包括以下步骤
步骤301 :在ー个充放电周期内，记录电磁笔内部与笔尖所受压カ相对应的可变电容的放电时间，并将包含放电时间信息的谐振信号发送给电子白板；
本步骤中，所述可变电容连接电磁笔笔尖的非书写端，可变电容的电容值Cx能根据书写时笔尖所受的压力变化而发生变化。具体地，当笔尖受到压カ时，可变电容值增大，放电时间常数变大，可变电容的放电时间延长；因此，可变电容的放电时间与笔尖所受的压力具有间接对应关系，根据可变电容的放电时间就可以对应判断出笔尖所受的压力大小。电磁笔将与该压カ值相对应的放电时间编译为数字编码，再将包含该数字编码的谐振信号发送给电子白板。较佳地，可变电容的放电时间具体为从可变电容开始放电时起，一直到可变电容的电压值低于预设的阈值电压时止。 步骤302 :电子白板对所接收到的谐振信号进行解析，得到与笔尖所受的压カ值相对应的可变电容放电时间的数字编码，并输出与该压カ值相对应的笔迹状态。本步骤中，电子白板对所接收到的谐振信号进行解析，得到一系列可变电容放电时间的数字编码，其中，解析的数字编码与笔尖所受的压力大小间接对应；计算机对所得数字编码处理后，就会通过电子白板显示出粗细程度与所述放电时间长短相对应的笔迹线条，也就相应得到了与笔尖所受压カ值相对应的笔迹状态。另外，优选地，与压カ值相对应的放电时间还可以与电磁笔上其他状态信息对应编码，例如，将压カ值相对应的放电时间与笔迹颜色等状态信息对应编码，并通过数字传输的方式传送给电子白板。另外，本发明的压カ检测模块可以与笔上快捷键功能共同使用，根据快捷键对应功能的不同，实现形式更为丰富的线条显示功能，例如除可以使实时显示线条粗细不同或顔色不同之外，还可以使线条颜色深度不同、顔色背景不同等。在本发明所述方案中，可变电容不仅可以感测压力，还有明确的电容初始值，灵敏度高，书写时只需轻轻接触即可感测压力，且书写自然流畅，提高了用户的使用体验。
权利要求
1.一种用于电子白板的电磁笔，其特征在于，所述电磁笔包括笔尖、可变电容和处理器；其中， 可变电容，连接电磁笔笔尖的非书写端，井根据书写时笔尖所受的压力实时改变电容值； 处理器，用于控制可变电容周期性地充放电，井根据笔尖所受压カ对应的可变电容的放电时间，控制电磁笔向电子白板发送包含可变电容放电时间信息的电磁信号。
2.根据权利要求I所述的电磁笔，其特征在于，所述电磁笔还包括定时器和电压比较器； 所述电压比较器，用于对可变电容的电压值与预设的阈值电压值进行比较，并在可变 电容的电压值低于预设的阈值电压值时，向处理器输出翻转信号； 定时器，用于在处理器的控制下记录可变电容的放电时间；具体为当可变电容开始放电时，定时器开始计吋；当处理器接收到电压比较器的翻转信号时，定时器停止计时。
3.根据权利要求2所述的电磁笔，其特征在于，所述处理器，还用于将定时器所记录的可变电容的放电时间进行数字编码。
4.根据权利要求3所述的电磁笔，其特征在于，所述电磁笔还包括谐振电路、整流滤波电路和谐振开关电路； 谐振电路，用于当笔尖靠近电子白板时，根据电子白板发送的电磁信号感应出谐振信号，并发送给整流滤波电路； 整流滤波电路，用于将谐振电路所感应的谐振信号进行整流滤波处理，并转换为直流电压发送给处理器，为处理器提供工作电源； 谐振开关电路，用于将所述处理器输出的数字编码作用到谐振电路感应到的谐振信号上，并通过谐振电路将包含所述数字编码的谐振信号发送给电子白板。
5.根据权利要求I至4任一项所述的电磁笔，其特征在于，所述电磁笔还包括功能按键，所述处理器还用于将功能按键的状态信息、可变电容放电时间编译成一串数字编码，并将包含这ー串数字编码的谐振信号发送给电子白板。
6.—种电磁笔的压感控制方法,其特征在于,该方法包括 在电磁笔笔尖的非书写端连接可变电容，井根据书写时笔尖所受的压力实时改变电容值； 在ー个充放电周期内，记录电磁笔内部与笔尖所受压カ值相对应的可变电容的放电时间，并将包含可变电容放电时间信息的谐振信号发送给电子白板。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可变电容的放电时间为从可变电容开始放电时起，到可变电容的电压值低于预设的阈值电压值时止。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述将包含可变电容放电时间信息的谐振信号发送给电子白板，具体为将与所述压カ值相对应的可变电容的放电时间编译为数字编码，再将包含所述数字编码的谐振信号发送给电子白板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述谐振信号发送给电子白板之后，该方法还包括电子白板对所接收到的谐振信号进行解析，得到与笔尖所受压カ值相对应的可变电容放电时间的数字编码，井根据所述数字编码输出与该压カ值相对应的笔迹状态。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括将电磁笔上功能按键的状态信息、可变电容放电时间编译成一串数字编码，并 将包含这ー串数字编码的谐振信号发送给电子白板。
全文摘要
本发明公开了一种用于电子白板的电磁笔及其压感控制方法，属于电磁信号处理领域。本发明所述电磁笔的压感控制方法包括笔尖的非书写端连接可变电容，并根据书写时笔尖所受的压力的变化实时改变电容值；在一个充放电周期内，记录电磁笔内部与笔尖所受压力相对应的可变电容的放电时间，并将包含放电时间信息的谐振信号发送给电子白板。本发明所述的电磁笔及其压感控制方法，采用可变电容不仅可以感测笔尖所受的压力，且灵敏度较高，能够实时反映书写者书写时的轻重缓急等不同书写状态，使书写自然流畅，提高了用户的使用体验。
文档编号G06F3/041GK102681677SQ20111005430
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者赵亮, 赵石峰 申请人:汉王科技股份有限公司