一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法与流程

本发明涉及电子技术领域，具体为一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法。

背景技术

电容式触控技术已成为目前主流的触控技术，而主动电容笔作为与电容式触控屏配套使用的电容笔，其内配置有电源及相应的控制电路，可以主动发送信号，与只能接收信号的被动电容笔相比，具有笔尖细、定位精度高、可交互等优点，并且相比手指书写更加符合人们使用笔这种输入工具的使用习惯，在使用主动电容笔书写的过程中，可以检测主动电容笔的姿态，即其与触控屏接触表面之间的方位角和倾角，根据检测得到的姿态信息确定并调整主动电容笔的位置信息，例如，根据倾角信息修正笔尖的位置、改变笔尖输入轨迹的粗细进而改变主动电容笔的输入特性等等，从而使主动电容笔的书写效果更加接近于真实的书写笔。

目前在对电容笔的姿态进行检测时，大多是直接使用imu检测系统对电容笔的倾斜角和位置进行检测，然而，这样的定位精度较低，且不能实现对电容笔倾斜的方位角进行准确的计算和判断，无法达到根据倾角信息修正笔尖的位置和改变笔尖输入轨迹的粗细的目的，不能实现快速改变主动电容笔的输入特性，从而不能实现主动电容笔的书写效果更加接近于真实的书写笔。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法，解决了现有的定位精度较低，且不能实现对电容笔倾斜的方位角进行准确的计算和判断，无法达到根据倾角信息修正笔尖的位置和改变笔尖输入轨迹的粗细的目的，不能实现快速改变主动电容笔的输入特性，从而不能实现主动电容笔的书写效果更加接近于真实书写笔的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法，具体包括以下步骤：

s1、首先通过电源模块分别使超声波系统、系统处理模块和电磁传感定位系统通电，同时在主动电容笔的内部安装相应的智能笔控制单元组件，分别将微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器、红外发射管安装在主动电容笔内，pvdf超声传感器、mems六轴加速度计及陀螺仪传感器在触控笔中放置重合；

s2、然后在触控屏上安装多个传感电极，且每个传感电极之间均有一定的重叠部分，这些传感电极可组成一个电极传感单元，电极传感单元可向系统处理模块内发送传感数据信息，同时通过触控屏坐标分析单元可将电极传感单元在触控屏上形成平面坐标关系；

s3、当人们使用主动电容笔时，人们可通过电容笔触碰触控屏，主动电容笔的笔尖触碰到触控屏且对触控屏的表面产生一定的压力时，触控屏上相应的传感电极会对人们的触碰操作进行电信号转化和传输，此时坐标原点重建模块会根据传感电极在触控屏上的位置来重建坐标原点；

s4、然后电磁传感定位系统内的触感压力检测模块会对s3中新建的坐标原点上的压力进行检测，并将检测的压力值传送至触感压力对比模块与触感压力对比模块内的响应压力值进行比较，若达到响应压力值时，定位分析模块会对新建的坐标原点的位置进行分析，并确定该位置即为电容笔所在的位置；

s5、系统处理模块会控制超声波系统内的超声波三维定位模块和加速度/角速度三维姿态定位对新建立坐标原点的位置进行识别和确认，然后坐标值计算模块和三维姿态计算模块可对该位置的相应多个传感电极的电平数据信息进行分析，分析出与之相关的电平信息数据之间的关联关系，以红外信号作为测距同步信号，通过三维超声定位技术对触控笔进行三维实时定位，计算出超声三维各个时刻的坐标值，启动mems六轴加速度计及陀螺仪完成加速度和角速度信号的提取，利用加速度信息修正角速度信息计算出三维姿态；

s6、微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器、红外发射管会对主动电容笔的运动情况进行检测，并将检测的数据传输至微处理器中进行处理，从而实现对主动电容笔的倾斜角进行测量；

s7、最后系统处理模块将s4中确认的主动电容笔的位置信息，s5中计算得到的主动电容笔的方位角和s6中测量得到的主动电容笔倾斜角进行整合，并将整个的数据信息传送至智能笔控制单元来确认主动电容笔的整体姿态情况。

优选的，所述电磁传感定位系统包括触感压力检测模块、触感压力对比模块和定位分析模块，所述触感压力检测模块的输出端与触感压力对比模块的输入端连接，且触感压力对比模块的输出端与定位分析模块的输入端连接。

优选的，所述超声波系统包括超声波三维定位模块和加速度/角速度三维姿态定位，所述超声波三维定位模块的输出端与坐标值计算模块的输入端连接，并且加速度/角速度三维姿态定位的输出端与三维姿态计算模块的输入端连接，所述坐标值计算模块和三维姿态计算模块的输出端均与控制器的输入端连接，并且控制器的输出端与修正模块的输入端连接，所述修正模块的输出端与信息获取模块的输入端连接，并且信息获取模块的输出端与输出模块的输入端连接。

优选的，所述超声波三维定位模块包括超声传感器、第一红外传感器和第二红外传感器。

优选的，所述系统处理模块与电极传感单元实现双向连接，且电极传感单元是由n个传感电极组成。

优选的，所述系统处理模块分别与坐标原点重建模块、电磁传感定位系统、触控屏坐标分析单元、智能笔控制单元和超声波系统实现双向连接。

优选的，所述智能笔控制单元包括微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器和红外发射管，所述mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器和红外发射管均与微处理器实现双向连接。

(三)有益效果

本发明提供了一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法，具体包括以下步骤：s1、首先通过电源模块分别使超声波系统、系统处理模块和电磁传感定位系统通电，同时在主动电容笔的内部安装相应的智能笔控制单元组件，s2、然后在触控屏上安装多个传感电极，且每个传感电极之间均有一定的重叠部分，s3、当人们使用主动电容笔时，人们可通过电容笔触碰触控屏，主动电容笔的笔尖触碰到触控屏且对触控屏的表面产生一定的压力时，s4、然后电磁传感定位系统内的触感压力检测模块会对s3中新建的坐标原点上的压力进行检测，s5、系统处理模块会控制超声波系统内的超声波三维定位模块和加速度/角速度三维姿态定位对新建立坐标原点的位置进行识别和确认，大大提高了定位精度，且很好的实现了对电容笔倾斜的方位角进行准确的计算和判断，实现了利用笔尖周围的多个朝向不同的感应器件来发送信号，达到了根据倾角信息修正笔尖的位置和改变笔尖输入轨迹的粗细的目的，实现了快速改变主动电容笔的输入特性。

附图说明

图1为本发明系统的工作原理框图；

图2为本发明超声波系统的工作原理框图；

图3为本发明超声波三维定位系统的工作原理框图；

图4为本发明智能笔控制单元的工作原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种通过超声波跟电磁定位双传感器检测笔身姿态的方法，具体包括以下步骤：

s1、首先通过电源模块分别使超声波系统、系统处理模块和电磁传感定位系统通电，同时在主动电容笔的内部安装相应的智能笔控制单元组件，分别将微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器、红外发射管安装在主动电容笔内，pvdf超声传感器、mems六轴加速度计及陀螺仪传感器在触控笔中放置重合；

s2、然后在触控屏上安装多个传感电极，且每个传感电极之间均有一定的重叠部分，这些传感电极可组成一个电极传感单元，电极传感单元可向系统处理模块内发送传感数据信息，同时通过触控屏坐标分析单元可将电极传感单元在触控屏上形成平面坐标关系；

s3、当人们使用主动电容笔时，人们可通过电容笔触碰触控屏，主动电容笔的笔尖触碰到触控屏且对触控屏的表面产生一定的压力时，触控屏上相应的传感电极会对人们的触碰操作进行电信号转化和传输，此时坐标原点重建模块会根据传感电极在触控屏上的位置来重建坐标原点；

s4、然后电磁传感定位系统内的触感压力检测模块会对s3中新建的坐标原点上的压力进行检测，并将检测的压力值传送至触感压力对比模块与触感压力对比模块内的响应压力值进行比较，若达到响应压力值时，定位分析模块会对新建的坐标原点的位置进行分析，并确定该位置即为电容笔所在的位置；

s5、系统处理模块会控制超声波系统内的超声波三维定位模块和加速度/角速度三维姿态定位对新建立坐标原点的位置进行识别和确认，然后坐标值计算模块和三维姿态计算模块可对该位置的相应多个传感电极的电平数据信息进行分析，分析出与之相关的电平信息数据之间的关联关系，以红外信号作为测距同步信号，通过三维超声定位技术对触控笔进行三维实时定位，计算出超声三维各个时刻的坐标值，启动mems六轴加速度计及陀螺仪完成加速度和角速度信号的提取，利用加速度信息修正角速度信息计算出三维姿态；

s6、微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器、红外发射管会对主动电容笔的运动情况进行检测，并将检测的数据传输至微处理器中进行处理，从而实现对主动电容笔的倾斜角进行测量；

s7、最后系统处理模块将s4中确认的主动电容笔的位置信息，s5中计算得到的主动电容笔的方位角和s6中测量得到的主动电容笔倾斜角进行整合，并将整个的数据信息传送至智能笔控制单元来确认主动电容笔的整体姿态情况。

本发明中，电磁传感定位系统包括触感压力检测模块、触感压力对比模块和定位分析模块，所述触感压力检测模块的输出端与触感压力对比模块的输入端连接，且触感压力对比模块的输出端与定位分析模块的输入端连接。

本发明中，超声波系统包括超声波三维定位模块和加速度/角速度三维姿态定位，所述超声波三维定位模块的输出端与坐标值计算模块的输入端连接，并且加速度/角速度三维姿态定位的输出端与三维姿态计算模块的输入端连接，所述坐标值计算模块和三维姿态计算模块的输出端均与控制器的输入端连接，并且控制器的输出端与修正模块的输入端连接，所述修正模块的输出端与信息获取模块的输入端连接，并且信息获取模块的输出端与输出模块的输入端连接。

本发明中，超声波三维定位模块包括超声传感器、第一红外传感器和第二红外传感器。

本发明中，系统处理模块与电极传感单元实现双向连接，且电极传感单元是由n个传感电极组成。

本发明中，系统处理模块分别与坐标原点重建模块、电磁传感定位系统、触控屏坐标分析单元、智能笔控制单元和超声波系统实现双向连接。

本发明中，智能笔控制单元包括微处理器、mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器和红外发射管，所述mems六轴加速度计、陀螺仪传感器、pvdf超声传感器和红外发射管均与微处理器实现双向连接。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。