一种压力采集装置、压力检测装置及电子笔的制作方法

1.本技术涉及电子设备领域，尤其涉及一种压力采集装置、压力检测装置及电子笔。


背景技术：

2.随着科技水平以及生活质量的提高，越来越多的智能设备出现在人们的日常工作生活中，触摸设备就是其中之一。人们通过触摸设备可以直接在显示屏上进行操作，无需鼠标或其他设备进行有线或无线的操作，方便快捷。与此同时，能够在触摸设备上进行书写的电子笔也应运而生。人们通过使用电子笔可以在触摸设备上随意进行书写。
3.目前，为了使电子笔的书写效果更加逼真，通常会在电子笔中加入压力感应模组。通过压力感应模组来采集用户在使用电子笔时的用力状态，从而使书写笔迹能够随着力的变化而变化。而且实现压力采集的方式也多种多样，例如采用电容式压感、电阻式压感等。但是这些方式大多都是直接将压感芯片获取的压力信息发送至单片机进行处理，这种方式所采集的压力信息精确率较低，用户无法感知到压力的细节变化，导致用户体验感较差。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种压力采集装置、压力检测装置及电子笔。
5.本发明实施例第一方面提供了一种压力采集装置，所述装置包括采集电路、基准电路、差分电路和放大电路，所述采集电路的压力信号输入端与压感芯片的压力信号输出端连接，所述采集电路的电压信号输出端与所述差分电路的第一电压信号输入端连接，所述基准电路的电压信号输出端与所述差分电路的第二电压信号输入端连接，所述差分电路的电压信号输出端与所述放大电路的电压信号输入端连接，所述放大电路的电压信号输出端输出放大后的电压信号。
6.优选地，所述采集电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1，所述第一电阻r1的两端作为所述采集电路的压力信号输入端与所述压感芯片m1的压力信号输出端连接，所述第一电阻r1的一端连接电源，所述第一电阻r1的另一端作为所述采集电路的电压信号输出端同时与所述第一电容c1的一端、第二电阻r2的一端和所述差分电路的第一电压信号输入端连接，所述第一电容c1的另一端与所述第二电阻r2的另一端连接并接地。
7.优选地，所述基准电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3和第一运算放大器u1，所述第三电阻r3的一端连接电源，所述第三电阻r3的另一端同时与第四电阻r4的一端和第一运算放大器u1的正相输入端连接，所述第四电阻r4的另一端接地，所述第一运算放大器u1的电源端同时与第二电容c2的一端、第三电容c3的一端和电源连接，所述第二电容c2的另一端与所述第三电容c3的另一端连接并接地，所述第一运算放大器u1的接地端接地，所述第一运算放大器u1的输出端作为所述基准电路的电压信号输出端同时与第一运算放大器u1的反相输入端和差分电路的第二电压信号输入端连接。
8.优选地，所述差分电路包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第
四电容c4、第五电容c5、二极管d1和第二运算放大器u2，所述第五电阻r5的一端作为所述差分电路的第一压力信号输入端同时与所述采集电路的压力信号输出端连接，所述第五电阻r5的另一端同时与所述第二运算放大器u2的反相输入端和第八电阻r8的一端连接，所述第六电阻r6的一端作为所述差分电路的第二电压信号输入端与所述基准电路的电压信号输出端连接，所述第六电阻r6的另一端同时与第七电阻r7的一端和第二运算放大器u2的正相输入端连接，所述第二运算放大器u2的输出端作为所述差分电路的电压信号输出端同时与放大电路的电压信号输入端和第八电阻r8的另一端连接，所述第二运算放大器u2的电源端同时与二极管d1的负极、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端和电源连接，所述二极管d1的正极与电源连接，所述第四电容c4的另一端与所述第五电容c5的另一端连接并接地，所述第二运算放大器u2的接地端接地。
9.优选地，所述放大电路包括第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第六电容c6和第三运算放大器u3，所述第三运算放大器u3的正相输入端作为所述放大电路的电压信号输入端与所述差分电路的电压信号输出端连接，所述第三运算放大器u3的反相输入端同时与所述第九电阻r9的一端和第十电阻r10的一端连接，所述第九电阻r9的另一端同时与所述第三运算放大器u3的输出端和第十二电阻r12的一端连接，第十二电阻r12的另一端作为所述放大电路的电压信号输出端同时与第十三电阻r13的一端和第六电容c6的一端连接并输出放大后的电压信号，所述第十三电阻r13的另一端与第六电容c6的另一端连接并接地，所述第十电阻r10的另一端与第十一电阻r11的一端连接，所述第十一电阻r11的另一端接地。
10.本发明实施例第二方面提供了一种压力检测装置，所述压力检测装置包括压感芯片、处理器和本发明实施例第一方面所述的压力采集装置，所述压感芯片的压力信号输出端与所述压力采集装置的压力信号输入端连接，所述压力采集装置的电压信号输出端与所述处理器的电压信号输入端连接；
11.所述压感芯片，用于获取压力信号；
12.所述压力采集装置，用于将所述压感芯片获取的压力信号进行处理生成放大后的电压信号；
13.所述处理器，用于根据所述压力采集装置生成的放大后的电压信号生成压力信息。
14.本发明实施例第三方面提供了一种电子笔，所述电子笔包括笔头、笔身和本发明实施例第二方面所述的压力检测装置，所述笔头位于所述笔身的前端，所述压力检测装置设置于所述笔身中，用于检测所述笔头与外部物体接触时所产生的压力。
15.本发明的有益效果如下：本发明通过采集电路采集压感芯片输出的压力信号，并根据该压力信号输出可随压力信号线性可变的电压信号，然后将该电压信号发送至差分电路，作为差分电路的一路输入信号。基准电路可被配置输出一基准电压，并将该基准电压作为差分电路的另一路输入信号。在差分电路中，将采集电路输出的电压和基准电压进行差值计算，以获得差值电压。最后将该差值电压经放大电路放大n倍后输出至处理器进行后续处理。这样，处理器所接收的电压值和电压的变化幅度更大，则处理器就能够更为精确的识别到细微的压力变化，进而实现更多级别的压力检测。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明实施例1所述的压力采集装置的原理示意图；
18.图2为本发明实施例1所述的压力采集装置的电路图；
19.图3为本发明实施例1所述的采集电路的电路图；
20.图4为本发明实施例1所述的基准电路的电路图；
21.图5为本发明实施例1所述的差分电路的电路图；
22.图6为本发明实施例1所述的放大电路的电路图；
23.图7为本发明实施例2所述的压力检测装置的原理示意图；
24.图8为本发明实施例3所述的电子笔的原理示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。再者为提供更清楚的描述及更易理解本技术，图式内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其他相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图式的简洁。
26.实施例1
27.如图1和图2所示，本实施例提出了一种压力采集装置，该压力采集装置包括采集电路、基准电路、差分电路和放大电路，该采集电路的压力信号输入端与压感芯片的压力信号输出端连接，采集电路的电压信号输出端与差分电路的第一电压信号输入端连接，基准电路的电压信号输出端与差分电路的第二电压信号输入端连接，差分电路的电压信号输出端与放大电路的电压信号输入端连接，放大电路的电压信号输出端输出放大后的电压信号。
28.具体的，本实施例中，压感芯片可为电容式压感芯片、电阻式压感芯片等任意原理实现的芯片。采集电路采集压感芯片输出的压力信号，并根据该压力信号输出可随压力信号线性可变的电压信号，然后将该电压信号发送至差分电路，作为差分电路的一路输入信号。
29.基准电路可被配置输出一基准电压，并将该基准电压作为差分电路的另一路输入信号。在差分电路中，将采集电路输出的电压和基准电压进行差值计算，以获得差值电压。最后将该差值电压经放大电路放大n倍后输出至处理器进行后续处理。该处理器可为单片机、fpga等具有逻辑处理功能的电子器件。
30.在上述过程中，当压感芯片检测到有压力施加时，采集电路会输出当前压力所对应的电压值，例如0.5v。同时配置基准电路输出一0.6v电压，那么经过差分电路进行差值计算后输出0.1v差值电压。假定设置放大电路的放大倍数为10倍，则放大电路最后输出1v的放大电压。当继续对压感芯片施加更大的力时，采集电路所输出的当前压力所对应的电压值可变为0.6v。那么经过差分电路和放大电路进行处理后输出2v的放大电压。由此可见，经
过本实施例的压力采集装置后，将压感芯片采集压力所对应的压力值的变化量由0.1v放大至1v。这样，处理器所接收的电压值和电压的变化幅度更大，则处理器就能够更为精确的识别到细微的压力变化，进而实现更多级别的压力检测。
31.更具体的，其中，如图3所示，采集电路包括第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1，所述第一电阻r1的两端作为所述采集电路的压力信号输入端与所述压感芯片m1的压力信号输出端连接，所述第一电阻r1的一端连接电源，所述第一电阻r1的另一端作为所述采集电路的电压信号输出端同时与所述第一电容c1的一端、第二电阻r2的一端和所述差分电路的第一电压信号输入端连接，所述第一电容c1的另一端与所述第二电阻r2的另一端连接并接地。
32.如图4所示，基准电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3和第一运算放大器u1，所述第三电阻r3的一端连接电源，所述第三电阻r3的另一端同时与第四电阻r4的一端和第一运算放大器u1的正相输入端连接，所述第四电阻r4的另一端接地，所述第一运算放大器u1的电源端同时与第二电容c2的一端、第三电容c3的一端和电源连接，所述第二电容c2的另一端与所述第三电容c3的另一端连接并接地，所述第一运算放大器u1的接地端接地，所述第一运算放大器u1的输出端作为所述基准电路的电压信号输出端同时与第一运算放大器u1的反相输入端和差分电路的第二电压信号输入端连接。
33.如图5所示，差分电路包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第四电容c4、第五电容c5、二极管d1和第二运算放大器u2，所述第五电阻r5的一端作为所述差分电路的第一压力信号输入端同时与所述采集电路的压力信号输出端连接，所述第五电阻r5的另一端同时与所述第二运算放大器u2的反相输入端和第八电阻r8的一端连接，所述第六电阻r6的一端作为所述差分电路的第二电压信号输入端与所述基准电路的电压信号输出端连接，所述第六电阻r6的另一端同时与第七电阻r7的一端和第二运算放大器u2的正相输入端连接，所述第二运算放大器u2的输出端作为所述差分电路的电压信号输出端同时与放大电路的电压信号输入端和第八电阻r8的另一端连接，所述第二运算放大器u2的电源端同时与二极管d1的负极、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端和电源连接，所述二极管d1的正极与电源连接，所述第四电容c4的另一端与所述第五电容c5的另一端连接并接地，所述第二运算放大器u2的接地端接地。
34.如图6所示，放大电路包括第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第六电容c6和第三运算放大器u3，所述第三运算放大器u3的正相输入端作为所述放大电路的电压信号输入端与所述差分电路的电压信号输出端连接，所述第三运算放大器u3的反相输入端同时与所述第九电阻r9的一端和第十电阻r10的一端连接，所述第九电阻r9的另一端同时与所述第三运算放大器u3的输出端和第十二电阻r12的一端连接，第十二电阻r12的另一端作为所述放大电路的电压信号输出端同时与第十三电阻r13的一端和第六电容c6的一端连接并输出放大后的电压信号，所述第十三电阻r13的另一端与第六电容c6的另一端连接并接地，所述第十电阻r10的另一端与第十一电阻r11的一端连接，所述第十一电阻r11的另一端接地。
35.实施例2
36.如图7所示，本实施例提出了一种压力检测装置，该压力检测装置包括压感芯片、处理器和压力采集装置。其中压感芯片的压力信号输出端与压力采集装置的压力信号输入
端连接，压力采集装置的电压信号输出端与处理器的电压信号输入端连接。
37.具体的，压感芯片可获取外部传递的压力信号，然后经由压力采集装置进行采集处理后发送至处理器进行后续处理。压力采集装置的具体电路结构及工作原理可参照实施例1所记载的内容，在此不再进行赘述。本实施例中，压力采集装置可将压感芯片所采集的压力信号转换为电压信号，并将其进行放大。这样，处理器所接收的电压值和电压的变化幅度更大，处理器就能够更为精确的识别到细微的压力变化，进而实现更多级别的压力检测。
38.实施例3
39.如图8所示，本实施例提出一种电子笔，该电子笔包括笔头、笔身和压力检测装置。该电子笔可在触摸设备上进行操作，也可通过无线方式进行远程操作。该笔头位于笔身的前端，压力检测装置设置于笔身中，用于检测笔头与外部物体接触时所产生的压力。压感芯片可尽量设置在靠近笔头末端的位置上，从而能够更容易使压力准确的传递至压感芯片。
40.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。