一种夜光笔的制作方法

本实用新型涉及书写工具领域，具体涉及一种夜光笔。

背景技术：

笔是生活中最常见的书写工具，现有技术中，为了使用户能够在光线条件差的情况下用笔进行书写，通常在笔的笔身上加设led灯用于照明，具体地，现有技术中的夜光笔在笔身上加设有电源，该电源两极之间顺次串联有led灯和开关，使用时，用户通过按压开关点亮led灯，为书写过程提供照明。然而，现有技术中夜光笔上led灯的点亮和关闭不能根据用户的书写状态而改变，例如在用户不使用笔但忘记关闭led灯的开关时，将造成额外的电量耗费，可能会缩短夜光笔的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种夜光笔，其可以随用户的书写状态点亮或关闭led灯。

本实用新型提供的夜光笔包括壳体、笔芯和led电路单元，所述笔芯套设于壳体内，其笔尖伸出壳体且其末端抵住所述壳体，所述led电路单元固定于壳体内腔；所述壳体的侧壁设有至少一个插槽；所述led电路单元包括顺次串接的压电转换件和led灯，所述压电转换件设置于所述壳体与笔芯末端之间并抵住所述笔芯，所述led灯插设于壳体的插槽内。

相对于现有技术，本实用新型提供的夜光笔利用压电转换件检测用户的书写状态，当用户书写时，按压笔尖的压力不断变化将会使压电转换件产生电信号并点亮led灯，而当用户停止书写，压电转换件不再产生电信号，使得led灯熄灭，因此，本实用新型的夜光笔能够根据用户的书写状态点亮或关闭led灯，操作简单且避免了在非书写情况下耗费夜光笔的电量，延长夜光笔的使用寿命。

进一步地，所述led电路单元还包括工作电压源、计数电路和与门，所述压电转换件、计数电路、与门和led灯顺次串接后接地，且所述压电转换件的另一端接地；所述计数电路包括第一jk触发器和第二jk触发器；第一jk触发器的j、k端相连并与工作电压源连接，第一jk触发器的输出端与第二jk触发器的j、k端连接，且第一jk触发器的输出端还与所述与门其中一输入端连接；第二jk触发器的j、k端相连，且第二jk触发器的输出端与所述与门其中一输入端连接；每个jk触发器的端均与所述压电转换件的非接地端连接。本方案中，所述夜光笔在用户三次按压笔芯后开始点亮led灯，能够避免非书写状态下误触发led灯点亮

进一步地，所述led电路单元还包括计时电路，所述计时电路串接于所述压电转换件和与门之间；所述计时电路包括顺次串接的第一或非门和第二或非门，第一或非门的其中一输入端与压电转换件连接，第一或非门的输出端通过一电容和第二或非门的输入端连接，第二或非门的输出端和所述与门的其中一个输入端连接；第二或非门的输入端还通过一电阻与所述工作电源连接，第二或非门的输出端还和第一或非门的另一输入端连接。本方案中，用户需要在计时电容和计时电阻共同限定的高电平电压持续时间内按压三次笔尖才能保证与门输出电压点亮led灯，节约能源。

进一步地，所述led电路单元还包括延时电路，所述延时电路串接于所述与门和led灯之间；所述延时电路包括顺次串接的第三或非门和第四或非门，第三或非门的其中一输入端与压电转换件连接，第三或非门的输出端通过一延时电容和第四或非门的输入端连接，第四或非门的输出端和所述与门的其中一个输入端连接；第四或非门的输入端还通过一延时电阻与所述工作电源连接，第四或非门的输出端还和第三或非门的另一输入端连接。本方案中，用户用夜光笔进行持续书写时，所述延时电容和延时电阻共同限定所述与门的高电平电压持续时间，保证书写中照明的持续性。

进一步地，所述led电路单元还包括电荷放大器电路，所述压电转换件通过所述电荷放大器电路分别与所述计数电路和所述计时电路连接。

进一步地，所述电荷放大器电路包括一放大器，该放大器的反相输入端通过一电阻接地，该放大器的输出端通过一电阻接地，且该放大器的正相输入端与输出端间串接有相互并联的反馈电容和反馈电阻；所述压电转换件的非接地端通过一电容与该放大器的正相输入端连接；所述计时电路的第一或非门的其中一输入端与该放大器的输出端连接；所述延时电路的第三或非门的其中一输入端与该放大器的输出端连接。

进一步地，所述led电路单元还包括顺次串接的整流、滤波和稳压电路；所述整流电路另一端与所述电荷放大电路的放大器输出端连接；所述稳压电路另一端和所述计时电路中第一或非门的一输入端连接，并和延时电路中第三或非门的一输入端连接。

进一步地，所述led电路单元还包括二级放大电路，所述二级放大电路串接于所述电荷放大电路与所述整流电路之间；所述二级放大电路包括二级放大器，所述二级放大器的正相输入端通过一电阻与所述电荷放大器电路的放大器输出端连接；所述二级放大器的反相输入端通过一电阻接地；所述二级放大器的正相输入端与输出端之间串接有可变电阻。

进一步地，所述二级放大器的输出端通过两个反向串接的稳压二极管接地。

进一步地，所述压电转换件为两侧设有电极的压电陶瓷或压电薄膜。

附图说明

图1为夜光笔的侧视图；

图2为夜光笔中部的竖直截面图；

图3为放大电路的电路图；

图4为实施例1中计数电路的电路图；

图5为所述计时电路接收到脉冲前后的波形变化图；

图6为实施例2中计数电路的电路图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，本实施例中的夜光笔包括壳体10、笔芯20和led电路单元，所述笔芯20套设于壳体10内且笔尖伸出壳体，所述led电路单元固定于壳体内腔。

请同时参阅图2，所述壳体包括内腔连通的笔身和笔尖，其中，笔身为空心柱体，笔尖为尖端开孔的锥体，该锥体侧壁设有至少一个插槽。优选地，所述插槽为环状。

所述led电路单元包括顺次串接的压电转换件31、放大电路、计数电路和led灯32。其中，所述压电转换件31可选用两侧设有电极的压电陶瓷或压电薄膜，优选地，所述压电转换件31选用压电传感器pzt，其压电常数d33＝450pc/n。装配时，所述压电转换组件31设置于壳体10内腔末端，所述led灯32设置于壳体10上的插槽内，当笔芯20被套设入壳体10中后，笔芯20的末端抵住所述压电转换件31。

具体地，请参阅图3，其为led电路单元中放大电路的电路图，所述放大电路包括顺次串接的电荷放大器电路33、二级放大电路34和整流-滤波-稳压电路35。

其中，电荷放大器电路33包括一放大器a1，其正相输入端与输出端间串接有并联的反馈电容cf和反馈电阻rf，其反相输入端通过输入电阻ri接地，其输出端通过一输出电阻ro接地。所述压电转换件31其中一侧电极接地，另一侧电极通过输入电容ci与所述放大器a1的正相输入端串接。工作时，所述压电转换件31相当于一个电荷发生器，当其产生电荷量为q时，所述电荷放大器电路33输出电压u1＝q/cf。采用电荷放大器电路来放大压电转换件31产生的信号能够减少电路元件和导线参数的变化对输出电压幅值的影响。

所述二级放大电路34包括一放大器a2，其正相输入端通过一输入电阻rb1与电荷放大器电路33的放大器a1的输出端电连接；其反相输入端通过一输入电阻rb2接地；其输出端通过两个反向串接的稳压二极管d1和d2接地；其正相输入端与输出端之间串接有可变电阻re。工作时，所述放大器a2从电荷放大器电路33的放大器a1的输出端获取电信号并进行电压放大，随后从输出端输出电压信号。其中，通过调节可变电阻re能够调节放大器a2输出电压的放大倍数，同时，输出端串接的稳压二极管d1和d2能够防止输出电压在极端情况下超出限值，避免电路损坏。所述二级放大电路进一步放大了输出电压的幅值，保证供给led灯的驱动电压足够大，且通过调节可变电阻re，能够矫正电压的放大倍数。

所述整流-滤波-稳压电路35包括顺次电连接的变压器t1、桥式整流电路d3、滤波电路和稳压电路。其中，所述变压器的一次线圈一端与所述二级放大电路34中放大器a2的输出端电连接，所述变压器t1一次线圈的另一端接地。所述桥式整流电路包括顺次串接的二极管d4、d5和顺次串接的二极管d6、d3，两组串接的二极管组并联，其中，所述二极管d6和二极管d5的负极分别与所述变压器t1二次线圈的两端连接。所述滤波电路包括并联的滤波电容cl1、cl2和滤波电阻re2，该并联电路的一端与所述桥式整流电路中二极管d6的正极电连接，该并联电路的另一端与所述二极管d3的负极电连接。所述稳压电路包括稳压三极管q1和串接在稳压三极管基极与集电极之间的电阻rd。所述稳压三极管q1的基极还通过一稳压二极管接地，且其发射极还通过一负载电阻rl接地。

所述整流-滤波-稳压电路35工作时，所述变压器t1的一次线圈从二级放大电路的放大器a2输出端获取交变的电压信号，变压器的二次线圈从一次线圈感应得到该电压信号并输出至桥式整流电路进行整流，得到波动的直流电压信号。所述滤波电路对桥式整流电路输出的电压信号进行滤波，使输出电压信号波形更为平缓，其中，为了能够滤除不同频率信号的干扰，所述滤波电容cl1和cl2电容值大小不同。所述稳压电路获取滤波电路输出的电压信号并进行稳压，输出稳定的直流电压信号。

请参阅图4，所述计数电路包括计时电路36、jk计数电路37和与门g3，所述计时电路36和jk计数电路37的输入端分别与所述稳压三极管q1发射极的输出信号端out连接，所述计时电路36和jk计数电路37的输出端分别与与门g3的一个输入端连接，所述与门g3的输出端通过led灯32接地。

其中，所述计时电路36为单稳态电路，其包括两个顺次串接的或非门g1和g2。其中，或非门g1的其中一输入端与所述放大电路的输出信号端out电连接，或非门g1的输出端通过计时电容c1和或非门g2的输入端连接，或非门g2的输出端和所述与门g3的输入端连接。同时，或非门g2的输入端还通过计时电阻r1与工作电源vdd连接，或非门g2的输出端和或非门g1的另一输入端连接。

所述计时电路工作时，请参阅图5：设或非门g1与所述放大电路连接的输入端电压为u1，或非门g1输出电压为uo1；或非门g2输入端电压为u2，其输出电压为uo2，每个或非门的阈值电压为vth，工作电压为vdd。在t1时刻前，所述放大电路的输出信号端out没有输出高电平，此时所述计时电路处于稳态状态；在t1时刻，所述out信号输入一个大于阈值电压vth的高电平信号，或非门g1输出电压uo1变为低电平，经过计时电容c1的耦合，所述或非门2的输入电压也变为低电平，或非门g2的输出电压uo2变为高电平，所述计数电路进入暂态状态。随后，vdd对计时电容c1进行充电，使电容电压升高，带动或非门g2的输入电压u2逐渐上升；在t2时刻，或非门g2的输入电压u2回升达到阈值电压vth，或非门g2的输出电压uo2变为低电平，或非门g1输出电压为uo1变为高电平，所述计数电路回到稳态状态。综上，当放大电路out输入一高电平信号后，所述计时电路36将在其后的t1-t2时间段内保持高电平。其中，t1至t2时间段的时长tw＝r1*c1*ln2。优选地，所述t1至t2时间段的时长tw为30秒。

所述jk计数电路37包括两个jk触发器，每个触发器包括输入端j端、k端和端，以及输出端q。每个jk触发器的端均与所述放大电路的输出信号端out连接。其中，第一jk触发器的j、k端相连并与工作电压源vdd连接，其输出端q0与第二jk触发器的j、k端连接，同时，所述输出端q0还与所述与门g3其中一输入端连接。第二jk触发器的j、k端相连，其输出端q1与所述与门g3其中一输入端连接。

所述第一jk触发器的驱动方程为：t1＝1；所述第二jk触发器的驱动方程为：t2＝q0。因此，所述jk计数电路37的状态转换表如下：

结合电路可见，两个jk触发器组成的计数电路将会对端输入的脉冲信号下降沿出现次数进行计数，电路状态按照计数顺序为s0-s3的状态顺次循环，每当电路处于s3状态时，q1＝1且q0＝1。因此，该电路可以进行0-3的计数。

综上，所述jk计数电路37工作时，每当所述放大电路的输出信号端out的一个信号输入至所述jk计数电路37后，所述计时电路将在t1-t2时间段内输出高电平至与门g3，且所述计数电路开始计数所述out信号脉冲下降沿的个数，若在t1-t2时间段内，所述计数电路数到3个脉冲的下降沿，则第一jk触发器输出端q0和第二jk触发器输出端q1均输出高电平至与门g3，此时，与门g3的所有输入端均为高电平，因此，与门g3将输出高电平点亮led灯32。

用户在使用本实施例的夜光笔时，当其间隔地三次按压笔尖，所述压电转换件31将产生三个间隔的电信号，所述放大电路将三个间隔的电信号放大后输入至jk计数电路，若用户三次间隔按压笔尖的总时长超过规定时长tw(例如30秒)，则所述jk计数电路不点亮led灯，以此实现避免用户误碰夜光笔的情况下点亮led灯，浪费能源；若用户三次间隔按压笔尖的总时长不超过规定时长tw(例如30秒)，则jk计数电路点亮led灯，为用户的书写提供照明。

在本实施例的变形例中，用于插设led灯的插槽设置于所述壳体外侧任一位置；所述led灯的数量至少为一个，多个led灯顺次串联或并联连接组成led灯组，该灯组一端与所述与门g3的输出端连接，另一端接地；所述夜光笔还包括一笔帽，该笔帽套设于所述壳体的笔尖部分外侧，用于保护所述夜光笔在非书写状态时不会误触发led灯点亮。

相对于现有技术，本实施例提供的夜光笔通过压电转换件来检测用户的书写状态，并通过计数电路来判断用户是否持续进行书写，对进行持续书写的用户提供led灯照明，操作简单且节约能源。

实施例2

本实施例中的夜光笔结构与实施例1中夜光笔结构基本相同，区别在于改进了计数电路的结构，使得夜光笔的照明功能持续性更好。

请参阅图6，本实施例中，所述计数电路还包括一延时电路38，所述延时电路串接于所述与门g3与led灯32之间。具体地，所述延时电路也为单稳态电路，其结构和工作原理与所述计时电路36相同。其中，延时电路38的或非门g4的其中一输入端与所述与门g3的输出端连接，延时电路38的或非门g5的输出端与所述led灯32的正极连接。所述延时电路38延长了所述与门输出的高电平持续的时间，若用户在持续进行书写，则能够保证在下一个与门g3输出的高电平到来前，所述led灯不会熄灭。

工作时，用户持续进行书写，所述计数电路的与门g3产生高电平，所述延时电路38接收该高电平并产生一个持续时长为tw的高电平，并在所述tw时长内持续点亮led灯32。其中，所述时长tw由所述延时电路38中的延时电容c2与延时电阻r2值决定，具体的，所述时长tw＝c2*r2*ln2。通过选取合适的延时电容c2与延时电阻r2，所述时长tw大于等于所述计时电路36保持高电平的时长tw，保证用户在使用本实施例的夜光笔进行持续书写时能获得不间断的照明。

相对于现有技术，本实施例提供的夜光笔通过压电转换件来检测用户的书写状态，并通过计数电路来判断用户是否持续进行书写，并根据判断结果对进行持续书写的用户提供持续的led灯照明，操作简单且节约能源。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的技术构思，或倘若对本实用新型的改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。