RU2316806C1 - Device for inputting information into electric devices - Google Patents
Device for inputting information into electric devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316806C1 RU2316806C1 RU2006109408/09A RU2006109408A RU2316806C1 RU 2316806 C1 RU2316806 C1 RU 2316806C1 RU 2006109408/09 A RU2006109408/09 A RU 2006109408/09A RU 2006109408 A RU2006109408 A RU 2006109408A RU 2316806 C1 RU2316806 C1 RU 2316806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- marker
- photodetector
- matrix
- electronic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Input By Displaying (AREA)
Abstract
Description
Изобретение может быть использовано для ввода информации в электронные приборы, в частности в мобильные телефонные аппараты, компьютеры, пульты управления, фото, видео, аудио, бытовые и другие технологические устройства, путем управления курсором, отображаемым на дисплее управляемого электронного прибора, а также путем передачи управляющих сигналов.The invention can be used to enter information into electronic devices, in particular into mobile telephones, computers, control panels, photos, video, audio, household and other technological devices, by controlling the cursor displayed on the display of a controlled electronic device, as well as by transmitting control signals.
Устройства для ввода информации в электронные приборы широко известны. Известно, например, устройство для указания положения манипулятора, описанное в патенте JP №10171582 A (WACOM CO LTD) 26.06.1998. «Указатель положения» [1]. Устройство содержит две расположенные параллельно и с заданным расстоянием между собой поверхности с электропроводным растром. На внешней стороне верхней поверхности установлен манипулятор, являющийся управляемым элементом устройства, манипулятор может содержать в себе постоянный магнит. Между поверхностями с электропроводным растром расположен электропроводный подвижный элемент. При перемещении манипулятора по поверхности устройства, электропроводный элемент перемещается между двумя поверхностями с электропроводным растром, так как на него воздействует сила магнитного притяжения со стороны манипулятора. При этом указанный подвижный элемент, на месте своего расположения, вызывает изменение емкостной связи между указанными поверхностями, что позволяет блоку управления устройством определить координаты положения подвижного элемента и ввести их в компьютер.Devices for inputting information into electronic devices are widely known. It is known, for example, a device for indicating the position of the manipulator, described in JP patent No. 10171582 A (WACOM CO LTD) 06/26/1998. "Position indicator" [1]. The device contains two surfaces located in parallel and with a given distance between each other with an electrically conductive raster. A manipulator, which is a controlled element of the device, is installed on the outer side of the upper surface; the manipulator may contain a permanent magnet. Between the surfaces with a conductive raster is an electrically conductive movable element. When the manipulator moves along the surface of the device, the electrically conductive element moves between two surfaces with an electrically conductive raster, since it is affected by the force of magnetic attraction from the side of the manipulator. Moreover, the indicated movable element, at its location, causes a change in capacitive coupling between the indicated surfaces, which allows the device control unit to determine the position coordinates of the movable element and enter them into the computer.
Недостатками «Указателя положения» являются низкая надежность, связанная с тем, что емкостная связь между поверхностями с электропроводным растром крайне чувствительна к вибрациям, температурным и механическим деформациям этих поверхностей, возникающим при эксплуатации устройства, что может привести к потере блоком управления контроля координат положения подвижного элемента.The disadvantages of the "Position Indicator" are the low reliability due to the fact that the capacitive coupling between surfaces with a conductive raster is extremely sensitive to vibrations, thermal and mechanical deformations of these surfaces that occur during operation of the device, which can lead to the loss by the control unit of the coordinate control of the position of the movable element .
Кроме того, устройство не способно передавать сигналы, необходимые для управления компьютером, как, например, широко известная компьютерная «мышь».In addition, the device is not capable of transmitting the signals necessary for controlling a computer, such as, for example, the well-known computer mouse.
Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому техническому результату является устройство оптического ввода информации типа «мышь», описанное в патенте US №4751505 НКИ: 340/710 «Оптическая мышь» [2].Closest to the invention in essence and the technical result achieved is a device for optical input of information of the type “mouse” described in US patent No. 4751505 NKI: 340/710 “Optical mouse” [2].
В патенте описывается устройство, содержащее корпус, предназначенный для монтажа конструктивных элементов, одновременно выполняющий функцию управляемого элемента и элемента, координаты позиции которого определяются. Корпус имеет на своей поверхности микропереключатели для передачи сигналов управления и содержит в себе электронную и оптическую системы. Оптическая система проецирует изображение участка рабочей поверхности под корпусом устройства, освещаемого источником света, на матричный фотодетектор, входящий в состав электронной системы. Фотодетектор представляет собой матрицу из фотодиодов, построенную на базе технологии КМОП-КМДП. Процессор обработки изображений, входящий в состав электронной системы, делает снимки поверхности под «мышью» с высокой частотой, при этом АЦП процессора, осуществляя построчное сканирование, оценивает освещенность каждого элемента матрицы. На основании анализа череды последовательных снимков поверхности процессор высчитывает результирующие показатели, соответствующие направлению и величине перемещения корпуса «мыши» вдоль осей Х и Y, под воздействием руки оператора. Полученные данные передаются микросхеме-контроллеру, входящей в состав электронной системы «мыши», отвечающей также за реакцию на нажатие микропереключателей, вращение колеса прокрутки и т.д. Данная микросхема уже непосредственно передает в ПК информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. А уже компьютер, используя драйвер «мыши», на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора и выполняет команды, соответствующие углу поворота колеса прокрутки и нажатию на микропереключатели.The patent describes a device containing a housing designed for mounting structural elements, at the same time performing the function of a controlled element and an element whose position coordinates are determined. The housing has microswitches on its surface for transmitting control signals and contains electronic and optical systems. The optical system projects an image of a portion of the working surface under the casing of the device illuminated by the light source onto a matrix photodetector, which is part of the electronic system. The photodetector is a matrix of photodiodes built on the basis of the CMOS-KMDP technology. The image processing processor, which is part of the electronic system, takes high-frequency images of the surface under the “mouse”, while the processor’s ADC, performing line-by-line scanning, estimates the illumination of each matrix element. Based on the analysis of a series of consecutive images of the surface, the processor calculates the resulting indicators corresponding to the direction and magnitude of the movement of the mouse body along the X and Y axes, under the influence of the operator’s hand. The data obtained is transmitted to the controller chip, which is part of the electronic mouse system, which is also responsible for the reaction to pressing the microswitches, rotating the scroll wheel, etc. This microcircuit already directly transfers information about the direction of mouse movement to the PC, converting the data into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. And already the computer, using the mouse driver, on the basis of the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen and executes commands corresponding to the angle of rotation of the scroll wheel and pressing the microswitches.
Оптическая «мышь» имеет недостатки.The optical mouse has disadvantages.
Конструкция оптической системы и наличие многочисленных элементов в корпусе манипулятора не позволяют выполнить «мышь» в миниатюрном исполнении.The design of the optical system and the presence of numerous elements in the body of the manipulator do not allow a miniature mouse to be made.
Кроме того, наличие провода для передачи данных и питания ограничивает ее подвижность, а беспроводная «мышь» имеет большой вес, из-за элементов питания и требует периодической зарядки.In addition, the presence of a wire for data and power transmission limits its mobility, and the wireless “mouse” has a lot of weight due to batteries and requires periodic charging.
Кроме того, для «мыши» необходима горизонтальная рабочая поверхность.In addition, a horizontal working surface is required for the mouse.
Описанные выше недостатки в совокупности не позволяют применить «мышь» для управления мобильными устройствами, например сотовыми телефонами.The disadvantages described above, in aggregate, do not allow the use of a “mouse” to control mobile devices, such as cell phones.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание устройства ввода информации в электронные приборы, которое позволяет отображать в виде курсора на дисплее управляемого электронного прибора абсолютные координаты позиции миниатюрного и беспроводного манипулятора, выполняющего в устройстве функцию управляемого элемента.The technical result of the claimed invention is the creation of a device for inputting information into electronic devices, which allows you to display the absolute position coordinates of a miniature and wireless manipulator that performs the function of a controlled element in the form of a cursor on the display of a controlled electronic device.
Дополнительным техническим результатом изобретения является создание такой конструкции устройства, в которой при помощи миниатюрного и беспроводного манипулятора возможна передача сигналов управления.An additional technical result of the invention is the creation of such a device design in which a control signal can be transmitted using a miniature and wireless manipulator.
Еще одним техническим результатом изобретения является повышение удобства пользования миниатюрным манипулятором устройства.Another technical result of the invention is to improve the usability of the miniature manipulator of the device.
Еще одним техническим результатом изобретения является конструкция устройства, интегрированная с управляемым им электронным прибором.Another technical result of the invention is a device design integrated with an electronic device controlled by it.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что заявляемое устройство ввода информации в электронные приборы содержит управляемый элемент, корпус с установленным в нем источником света и электронной системой, содержащей электрически связанные матричный фотодетектор, процессор обработки изображений и микросхему-контроллер, при этом управляемым элементом является миниатюрный манипулятор, содержащий в себе как минимум один постоянный магнит и размещенный на поверхности корпуса, при этом источник света выполнен в форме плоской светоизлучающей панели, установлен напротив и параллельно фотодетектору, при этом между источником света и фотодетектором размещен маркер, содержащий в себе как минимум один постоянный магнит и выполненный с возможностью перемещения параллельно поверхности фотодетектора, под воздействием сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом процессор обработки изображений выполнен с возможностью определения координат позиции маркера по его тени на поверхности фотодетектора.These technical results are achieved due to the fact that the inventive device for inputting information into electronic devices contains a controlled element, a housing with a light source installed in it and an electronic system containing an electrically coupled matrix photodetector, an image processing processor and a controller chip, while the controlled element is a miniature manipulator containing at least one permanent magnet and placed on the surface of the housing, while the light source is made in the form a light emitting panel is mounted opposite and parallel to the photodetector, while between the light source and the photodetector there is a marker containing at least one permanent magnet and made to move parallel to the surface of the photodetector, under the influence of magnetic forces from the manipulator, while the processing processor images made with the possibility of determining the coordinates of the position of the marker by its shadow on the surface of the photodetector.
Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен как минимум один датчик, чувствительный к магнитному полю маркера и электрически связанный с микросхемой-контроллером.In addition, at least one sensor that is sensitive to the marker’s magnetic field and electrically connected to the controller chip is additionally installed in the device’s case.
Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен датчик акустических колебаний корпуса, при этом электронная система устройства дополнительно содержит блок обработки импульсных акустических сигналов, электрически связанный с указанным датчиком и микросхемой контроллером.In addition, an acoustic vibration sensor of the housing is additionally installed in the device’s case, while the device’s electronic system further comprises a pulse acoustic signal processing unit electrically connected to the sensor and the controller chip.
Кроме того, манипулятор дополнительно содержит как минимум один излучатель импульсных звуковых сигналов в виде упругой мембраны.In addition, the manipulator further comprises at least one emitter of pulsed sound signals in the form of an elastic membrane.
Кроме того, на поверхности манипулятора, в центре его верхней части, выполнено углубление.In addition, on the surface of the manipulator, in the center of its upper part, a recess is made.
Кроме того, манипулятор и маркер дополнительно содержат наружный слой материала с низким коэффициентом трения.In addition, the manipulator and marker further comprise an outer layer of material with a low coefficient of friction.
Кроме того, маркер дополнительно содержит узел блокировки самопроизвольного движения.In addition, the marker further comprises a spontaneous motion blocking unit.
Кроме того, что маркер выполнен с возможностью перемещения и вращения параллельно поверхности фотодетектора, под воздействием сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом маркер дополнительно содержит непрозрачную диафрагму, в которой имеется как минимум одно прозрачное окно, а процессор обработки изображений выполнен с возможностью определения координат позиции и угла поворота маркера, по его тени на поверхности фотодетектора.In addition, the marker is arranged to move and rotate parallel to the surface of the photodetector, under the influence of magnetic forces from the side of the manipulator, while the marker further comprises an opaque diaphragm in which there is at least one transparent window, and the image processor is configured to determine the coordinates position and angle of rotation of the marker, by its shadow on the surface of the photodetector.
Кроме того, устройство интегрировано с управляемым им электронным прибором.In addition, the device is integrated with the electronic device it controls.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphic materials.
Фиг.1а - общий вид устройства, в сечении.Figa - General view of the device, in cross section.
Фиг.1б - общий вид устройства с возможностью передачи сигналов управления, в разрезе.Figb is a General view of the device with the possibility of transmitting control signals, in section.
Фиг.1в - устройство с магнитами в форме квадратной рамки, в разрезе.Figv is a device with magnets in the form of a square frame, in a section.
Фиг.1г - устройство с кольцевыми магнитами, в разрезе.Fig. 1d is a sectional view of a device with ring magnets.
Фиг.2а - схемы взаимодействия магнитных полюсов манипулятора и маркера с магнитами в форме квадратной рамки.Figure 2a is a diagram of the interaction of the magnetic poles of the manipulator and the marker with magnets in the shape of a square frame.
Фиг.2б - схемы взаимодействия магнитных полюсов манипулятора и маркера с кольцевыми магнитами.Fig.2b is a diagram of the interaction of the magnetic poles of the manipulator and marker with ring magnets.
Фиг.3а - иллюстрация к словесному описанию алгоритма нахождения координат и угла поворота манипулятора, в общем виде.Figa - illustration to the verbal description of the algorithm for finding the coordinates and angle of rotation of the manipulator, in General form.
Фиг.3б - иллюстрация к словесному описанию алгоритма нахождения координат и угла поворота манипулятора.Figb - illustration to the verbal description of the algorithm for finding the coordinates and angle of rotation of the manipulator.
Фиг.4 - блок-схема алгоритма нахождения координат манипулятора и угла его поворота.Figure 4 - block diagram of the algorithm for finding the coordinates of the manipulator and the angle of rotation.
Фиг.5 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 1.5 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 1.
Фиг.6 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 2.6 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 2.
Фиг.7 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 4.7 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 4.
Фиг.8 - временная диаграмма передачи и преобразования импульсных акустических сигналов.Fig is a timing diagram of the transmission and conversion of pulsed acoustic signals.
Фиг.9а - общий вид устройства, интегрированного с управляемым электронным прибором, вид сверху.Figa - General view of a device integrated with a controlled electronic device, top view.
Фиг.9б - разрез (А-А) интегрированного устройства.Figb - section (aa) integrated device.
Фиг.10 - структурная схема устройства.Figure 10 is a structural diagram of a device.
Заявляемое устройство (фиг.10) содержит: 1 - корпус, 2 - фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света, 6 - датчик акустических колебаний корпуса, 7 - датчик, чувствительный к магнитному полю маркера, 22 - рабочая поверхность, 23 - электронная система.The inventive device (Fig. 10) contains: 1 - a housing, 2 - a photodetector, 3 - a manipulator, 4 - a marker, 5 - a light source, 6 - a sensor of acoustic vibrations of the case, 7 - a sensor sensitive to the magnetic field of the marker, 22 - working surface 23 - electronic system.
Манипулятор 3 является управляемым элементом устройства и расположен на рабочей поверхности 22 корпуса 1. Кроме того, устройство содержит в себе маркер 4, являющийся элементом, координаты позиции которого определяются. При этом фотодетектор 2, датчик акустических колебаний корпуса 6 и датчики, чувствительные к магнитному полю маркера 7, являются чувствительными элементами электронной системы 23.The
Фотодетектор 2 является чувствительным элементом процессора обработки изображений (не обозначен), входящего в состав электронной системы устройства 23, выполняет роль позиционно-чувствительного датчика. Фотодетектор 2 представляет собой матрицу из фотодиодов, являющихся светочувствительными элементами, при этом матрица изготовлена, например, по стандартной технологии КМОП-КМДП на основе аморфного кремния, с архитектурой активных или пассивных пикселов [3]. Подобный матричный фотодетектор, но меньшего размера, применяется в прототипе, кроме того, подобные матричные фотодетекторы применяются в устройствах ввода графической информации в вычислительных системах [4] и в других устройствах [3]. Матричный фотодетектор 2 расположен во внутреннем пространстве корпуса устройства под рабочей поверхностью 22 (фиг.1a) и имеет размеры, пропорциональные размерам дисплея. Для управления персональным компьютером фотодетектор может иметь размеры: 70 × 90 мм, для управления сотовым телефоном фотодетектор может иметь размеры: 10 × 10 мм, возможно исполнение матричного фотодетектора и с другими размерами. Количество светочувствительных элементов матричного фотодетектора 2 выбирается в соответствии с требуемым разрешением устройства. При этом, так как устройство позволяет определить абсолютные координаты положения манипулятора, его разрешение можно считать достаточным на уровне разрешения дисплея. Например, для управления персональным компьютером, количество элементов матрицы может составить: 1280·1024≈1,3·106, для управления сотовым телефоном, количество элементов матрицы может составить: 100·100=1·104, возможно изготовление матричного фотодетектора и с другим разрешением.Photodetector 2 is a sensitive element of the image processing processor (not indicated), which is part of the electronic system of the device 23, acts as a position-sensitive sensor. Photodetector 2 is a matrix of photodiodes, which are photosensitive elements, while the matrix is made, for example, using standard CMOS-KMDP technology based on amorphous silicon, with the architecture of active or passive pixels [3]. A similar matrix photodetector, but of a smaller size, is used in the prototype, in addition, similar matrix photodetectors are used in graphic information input devices in computer systems [4] and in other devices [3].
Источник света 5 представляет собой плоскую светоизлучающую панель, расположенную во внутреннем пространстве корпуса устройства напротив и параллельно матричному фотодетектору 2, на расстоянии более толщины маркера 4 (фиг.1а). В качестве светоизлучающей панели используется, например, электролюминесцентная лампа рулонного типа, создающая равномерное рассеянное освещение с высокой яркостью свечения (порядка 50 люкс) [5], [6]. Линейные размеры светоизлучающей панели равны линейным размерам матричного фотодетектора. Спектр излучения светоизлучающей панели соответствует диапазону спектральной чувствительности фотодетектора.The
Манипулятор 3 в простейшем случае представляет собой постоянный магнит (фиг.1а). При этом часть поверхности корпуса устройства 1, по которой производят перемещения манипулятора с целью ввода информации в электронный прибор, образует рабочую поверхность 22. Устройство может быть интегрировано с управляемым им электронным прибором, в этом случае рабочей является часть поверхности управляемого прибора, например, в сотовом телефоне (фиг.9а, б). Часть корпуса 1 устройства, расположенная под рабочей поверхностью 22, по которой производят перемещение манипулятора, выполнена из немагнитного материала, например пластмассы. Под рабочей поверхностью, смежно к манипулятору, расположен маркер 4, в простейшем случае представляющий собой постоянный магнит (фиг.1а). Постоянные магниты манипулятора и маркера изготовлены, например по технологии магнитопластов из редкоземельных магнитов, неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) [7]. Постоянные магниты манипулятора и маркера могут быть выполнены в форме кольца, диска или квадрата, а также могут иметь и другую форму. При этом магниты могут иметь осевую, радиальную и двухполюсную или многополюсную намагниченность, а также могут иметь и другую намагниченность. Технология изготовления, форма и тип намагниченности магнитов не имеют принципиального значения, принципиальное значение имеет то, что магнитные полюса постоянных магнитов манипулятора и маркера расположены так, что между манипулятором и маркером возникает сила притяжения, обусловленная взаимодействием их магнитных полей [7], [8]. Такое решение позволяет использовать магнитную цепь, образованную постоянными магнитами манипулятора и маркера, для того, чтобы синхронизировать перемещения маркера 4, происходящие под действием силы притяжения со стороны манипулятора 3, с перемещениями манипулятора, происходящими под воздействием пальцев руки оператора (фиг.1а). Манипулятор 3 перемещают по рабочей поверхности устройства 22, при этом по поверхности матричного фотодетектора 2 синхронно и смежно перемещается маркер 4, перекрывая световой поток от светоизлучающей панели 5 к матричному фотодетектору 2 и образуя на его поверхности тень. При необходимости, матричный фотодетектор 2 и светоизлучающая панель 5 могут иметь взаимообратное расположение, при этом под рабочей поверхностью расположена светоизлучающая панель (взаимообратное положение не показано). Таким образом, задача определения координат позиции манипулятора сводится к задаче определения координат позиции маркера, совершающего синхронные и смежные с манипулятором движения.The
Процессор обработки изображения (не обозначен), входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10), в соответствии с установленным алгоритмом (фиг.4), проводит мультиплексный опрос элементов матричного фотодетектора и переводит при помощи компаратора (не показан) распределенную по площади фотодетектора оптическую информацию, образованную тенью маркера, во временную последовательность цифровых сигналов. При этом опрошенным элементам матричного фотодетектора, находящимся в тени маркера, присваивается значение 0, а элементам, находящимся вне тени маркера, присваивается значение 1, и далее процессор по установленному алгоритму определяет координаты позиции маркера, при этом на дисплее управляемого электронного прибора отображаются абсолютные координаты позиции манипулятора. Так как светоизлучающая панель создает высокую освещенность на поверхности матричного фотодетектора, а уровень освещенности на его элементах оценивается только двумя значениями, матричный фотодетектор может иметь архитектуру пассивных пикселов и низкий коэффициент заполнения, а светочувствительные элементы матрицы могут иметь невысокий динамический диапазон, что существенно упростит технологию изготовления матрицы [3]. Таким образом, обеспечивается технический результат: создание устройства ввода информации в электронные приборы, позволяющего отображать в виде курсора на дисплее управляемого электронного прибора абсолютные координаты позиции миниатюрного и беспроводного манипулятора, выполняющего в устройстве функцию управляемого элемента.The image processing processor (not indicated), which is part of the electronic system 23 (Fig. 10), in accordance with the established algorithm (Fig. 4), conducts a multiplex interrogation of matrix photodetector elements and transfers using a comparator (not shown) distributed over the area of the photodetector optical information formed by the shadow of a marker into a temporal sequence of digital signals. In this case, the surveyed elements of the matrix photodetector located in the shadow of the marker are assigned the
Для достижения дополнительного технического результата магнитные свойства маркера 4 используются для позиционного управления отдельными датчиками 7 (фиг.1б), чувствительными к магнитному полю маркера и расположенными рядом с траекторией движения маркера [8]. Это позволяет управлять простыми функциями электронных приборов, например включением, ответом на звонок в сотовых телефонах, таким же образом, как и в случае применения обычных микропереключателей - при приближении маркера 4 к датчику 7, например датчику Холла или геркону, происходит коммутация цепей электронной системы 23 (фиг.10). Для передачи сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопку «мыши», может использоваться излучатель 13 (фиг.1г), или несколько подобных излучателей импульсных звуковых сигналов, установленных в манипуляторе, и сама рабочая поверхность 22, датчик акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б) и блок обработки импульсных акустических сигналов (не обозначен), входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10). При нажатии на верхнюю часть манипулятора, образованную упругим колпаком 11 (фиг.1г), с силой, превышающей порог срабатывания излучателя импульсных звуковых сигналов 13, происходит излучение звукового импульса. При этом продольная механическая волна распространяется по корпусу устройства 1 и улавливается датчиком акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б), например пьезоэлектрическим микрофоном. Блок обработки импульсных акустических сигналов производит селективный выбор акустических сигналов по частоте и амплитуде, что позволяет электронной системе однозначно определить факт нажатия или отпускания [9], [10]. Для передачи сигналов управления, аналогичных сигналам управления, передаваемым при помощи колеса прокрутки манипулятора «мышь», используется вращательное движение манипулятора. При вращении манипулятора 3, а вместе с ним магнита 9 вокруг их оси симметрии по рабочей поверхности 22 по поверхности фотодетектора 2 синхронно и смежно вращается магнит 15, а вместе с ним и маркер 4 (фиг.1в и фиг.2а). При этом на светочувствительной поверхности фотодетектора образуется тень с характерной зоной - освещенным участком, расположенным под прозрачным окном 20 диафрагмы 14, что позволяет однозначно определить угол поворота маркера. Таким образом, задача определения угла поворота манипулятора сводится к задаче определения угла поворота маркера, совершающего синхронное и смежное с манипулятором вращение. Процессор обработки изображений, входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10) по установленному алгоритму работы (фиг.4), определяет угол поворота маркера, при этом на дисплее отображается абсолютное значение угла поворота манипулятора. Таким образом, обеспечивается технический результат: создание такой конструкции устройства, в которой при помощи миниатюрного и беспроводного манипулятора возможна передача сигналов управления.To achieve an additional technical result, the magnetic properties of the
Для повышения удобства пользования миниатюрным манипулятором, например для ввода рукописного текста, на поверхности манипулятора в центре верхней части, выполнено углубление 21 (фиг.1в). Установив в углубление, например, пишущую часть карандаша, производят привычные при написании текста движения, увлекая при этом стержнем карандаша манипулятор. Кроме того, наличие у манипулятора прокладки 8, имеющей с наружной стороны слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), а также наличие на диафрагме 14 маркера подобного слоя, выполненного например, из тефлона или фторопласта, уменьшает величину силы, необходимой для перемещения манипулятора. Кроме того, наличие в маркере узла блокировки самопроизвольного движения позволяет снимать манипулятор с рабочей поверхности, например, для чистки, при этом маркер остается зафиксированным неподвижно. Таким образом, обеспечивается технический результат: повышение удобства пользования миниатюрным манипулятором устройства.To improve the usability of the miniature manipulator, for example for entering handwritten text, a
Учитывая, что элементы устройства, а именно манипулятор, стенка корпуса устройства, матричный фотодетектор, маркер и светоизлучающая панель, могут иметь толщину не более 1 мм [3], [6], [7], суммарная толщина устройства может составить не более 5 миллиметров, при этом линейные размеры устройства равны размерам рабочей поверхности (фиг.1а). Например, в сотовом телефоне устройство можно установить вместо панели с микропереключателями (фиг.10а, б). Таким образом, обеспечивается технический результат: конструкция устройства, интегрированная с управляемым им электронным прибором.Given that the elements of the device, namely the manipulator, the wall of the device’s body, a matrix photodetector, a marker and a light-emitting panel, can have a thickness of not more than 1 mm [3], [6], [7], the total thickness of the device can be no more than 5 millimeters while the linear dimensions of the device are equal to the dimensions of the working surface (figa). For example, in a cell phone, the device can be installed instead of the panel with microswitches (figa, b). Thus, the technical result is ensured: the device design integrated with the electronic device controlled by it.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.
Пример 1.Example 1
На фиг.1а показаны: 1 - корпус устройства, 2 - матричный фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света.On figa shown: 1 - the case of the device, 2 - matrix photodetector, 3 - manipulator, 4 - marker, 5 - light source.
Манипулятор представляет собой постоянный магнит, выполнен в форме диска с двухполюсной осевой намагниченностью. Маркер представляет собой постоянный магнит, выполнен в форме диска с двухполюсной осевой намагниченностью. Передача сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопки манипулятора «мышь», осуществляется нажатием на микропереключатели, расположенные на поверхности корпуса устройства (не показаны).The manipulator is a permanent magnet, made in the form of a disk with bipolar axial magnetization. The marker is a permanent magnet, made in the form of a disk with bipolar axial magnetization. The transmission of control signals, similar to pressing the left and right buttons of the “mouse” manipulator, is carried out by pressing the microswitches located on the surface of the device (not shown).
На фиг.5 представлена блок-схема работы устройства по примеру 1.Figure 5 presents the block diagram of the operation of the device according to example 1.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
По рабочей поверхности устройства 22 производят перемещение манипулятора 3, прикладывая к нему усилие пальца (фиг.1а). Так как дисковые магниты 3; 4 манипулятора и маркера имеют осевую намагниченность, одинаковые размеры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу, между манипулятором 3 и маркером 4 действует сила притяжения, прижимающая маркер к матричному фотодетектору 2 и увлекающая его вслед за движениями манипулятора. Таким образом, синхронно и смежно с поступательным движением манипулятора 3 по рабочей поверхности 22 во внутреннем пространстве корпуса 1 устройства, по поверхности матричного фотодетектора 2 происходит движение маркера 4. При этом маркер при движении перекрывает световой поток от источника света 5 к матричному фотодетектору 2, являющемуся приемником светового сигнала процессора обработки изображений, входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10), и образует на светочувствительных элементах матрицы фотодетектора тень.The
Процессор обработки изображения, входящий в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10), по установленному алгоритму работы, осуществляет сканирование в виде адресного опроса элементов матрицы фотодетектора. Компаратор, входящий в состав процессора (не показан), в зависимости от напряжения на элементах матрицы, присваивает им цифровые значения.The image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10), according to the established algorithm of operation, scans in the form of an address survey of the elements of the photodetector matrix. The comparator, which is part of the processor (not shown), depending on the voltage on the elements of the matrix, assigns them digital values.
Напряжение U на светочувствительных элементах матрицы: U=f(E).The voltage U on the photosensitive elements of the matrix: U = f (E).
ГдеWhere
Е - освещенность.E - illumination.
На элементах матрицы, полностью перекрытых маркером, U=0, так как освещенность для этих элементов Е=0, и элементам присваивается значение 0. На элементах, не закрытых от источника света маркером, U≠0, так как освещенность для этих элементов Е≠0, и элементам присваивается значение 1. Таким образом, для определения текущих координат позиции центра манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся в тени, образованной маркером, с U=0 и по установленному алгоритму вычислить координаты его центра.On matrix elements that are completely covered by a marker, U = 0, since the illumination for these elements is E = 0, and the elements are set to 0. On elements not closed from the light source by a marker, U ≠ 0, since the illumination for these elements is E ≠ 0, and the elements are assigned the
Определение текущих координат позиции центра маркера возможно, например, по алгоритму, показанному на фиг.3а, б. Пусть, например, матрица фотодетектора выполнена с количеством элементов M·N, равным 300×300, имеет шаг расположения элементов: h=0.1 мм. При этом размер матричного фотодетектора составит 30 × 30 мм. Радиус маркера R равен, например, 5 мм, и для вычислений по алгоритму ему присвоено численное значение: R=R/h. При вышеуказанном значении h значение R=50. Для определения текущих координат манипулятора определяют текущие координаты проекции центра маркера на плоскость матрицы фотодетектора.The determination of the current coordinates of the position of the center of the marker is possible, for example, according to the algorithm shown in figa, b. Suppose, for example, that the photodetector matrix is made with the number of elements M · N equal to 300 × 300 and has a spacing of elements: h = 0.1 mm. The size of the matrix photodetector will be 30 × 30 mm. The radius of the marker R is, for example, 5 mm, and for calculations by the algorithm, a numerical value is assigned to it: R = R / h. With the above value of h, the value of R = 50. To determine the current coordinates of the manipulator, the current coordinates of the projection of the center of the marker on the plane of the photodetector matrix are determined.
Цикл сканирования матрицы начинается с элемента с координатами: Х=О; Y=О (фиг.3а) и осуществляется построчно в направлении увеличения Y с шагом R, до обнаружения на строке Yo=Rn элемента Хо; Yo с напряжением U=0. Далее проводится построчное сканирование элементов в прямоугольной зоне размерами R·(R-1) от элемента Хо; Yo-(R-1) в направлении к элементу Хо+R; Yo до обнаружения на строке Ymin элемента с напряжением U=0 (фиг.3б). Далее проводится сканирование строки Ymin+R до обнаружения элемента Xmin с напряжением U=0. Искомой проекцией центра маркера О на плоскость матрицы является элемент матрицы О' с координатами Х=Xmin+R; Y=Ymin+R, данные о котором записываются в оперативное запоминающее устройство процессора. Таким образом, абсолютные координаты положения манипулятора определены. Погрешность определения координаты: ε=[ОО']≤h, в случае применения вышеуказанной матрицы составит: ε≤0.1 мм. Частота циклов сканирования матрицы может составлять до 30 кадров/с, что связано с инерционностью зрения человека, так как процессор определяет абсолютные координаты положения манипулятора, которые будут всегда однозначно отображаться на дисплее. Каждый поступающий в процессор кадр будет представлять собой последовательность данных с максимальным объемом: V≈М·(N/R-1)+R2 бит.The matrix scanning cycle begins with an element with the coordinates: X = O; Y = O (Figure 3a) and is carried out line by line in the direction Y with a pitch larger R, to detect on the line Y o = R n of element X; Y o with voltage U = 0. Next, line-by-line scanning of elements in a rectangular zone of dimensions R · (R-1) from the element X about ; Y o - (R-1) in the direction of the element X o + R; Y o until an element with voltage U = 0 is detected on line Ymin (Fig. 3b). Next, the line is scanned Ymin + R until the detection of the element Xmin with a voltage of U = 0. The desired projection of the center of the marker O on the plane of the matrix is the element of the matrix O 'with coordinates X = Xmin + R; Y = Ymin + R, data about which is recorded in the random access memory of the processor. Thus, the absolute coordinates of the position of the manipulator are determined. The error in determining the coordinate: ε = [OO '] ≤h, in the case of applying the above matrix will be: ε≤0.1 mm. The frequency of the scanning cycles of the matrix can be up to 30 frames / s, which is associated with the inertia of human vision, since the processor determines the absolute coordinates of the position of the manipulator, which will always be unambiguously displayed on the display. Each frame entering the processor will be a data sequence with a maximum amount of: V≈M · (N / R-1) + R 2 bits.
ГдеWhere
М и N - количество элементов матрицы по строкам и по столбцам соответственно. В случае применения вышеуказанной матрицы V≤4 кбит или V≤15 кбит в секунду. Низкий объем передаваемых в процессор данных позволяет использовать устройство для управления сотовыми телефонами и другими электронными приборами с низкой тактовой частотой центрального процессора, что позволит использовать его для ввода информации в простые электронные приборы.M and N are the number of matrix elements in rows and columns, respectively. In the case of applying the above matrix,
После каждого цикла сканирования процессор передает данные о координатах X; Y микросхеме-контроллеру (не обозначена), входящей в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Микросхема-контроллер является элементом согласования между электронной системой устройства ввода информации и электронной системой управляемого прибора. При этом микросхема-контроллер принимает также сигналы управления от расположенных на корпусе устройства микропереключателей (не показаны), подобные нажатию на кнопки манипулятора «мышь» (фиг.5). В случае применения устройства для управления курсором компьютера микросхема-контроллер конвертирует данные о координатах маркера в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. Компьютер, используя драйвер устройства, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора в соответствии с перемещением манипулятора, например, для выбора пунктов меню, и выполняет команды соответствующие нажатию на микропереключатели.After each scan cycle, the processor transmits X coordinate data; Y to the controller chip (not indicated), which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10). The controller microcircuit is an element of coordination between the electronic system of the information input device and the electronic system of the controlled device. At the same time, the controller microcircuit also receives control signals from microswitches located on the device case (not shown), similar to pressing the mouse buttons (Fig. 5). In the case of using the device to control the cursor of a computer, the controller chip converts the marker coordinates into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. The computer, using the device driver, based on the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen in accordance with the movement of the manipulator, for example, to select menu items, and executes commands corresponding to pressing the microswitches.
На фиг.4 вышеописанный алгоритм представлен в форме блок-схемы. Часть 1 - поиск первого элемента под тенью образованной маркером. Часть 2 - поиск значения Y для проекции центра маркера. Часть 3 - поиск значения X. Часть 4 - не выполняется.4, the above described algorithm is presented in the form of a flowchart. Part 1 - search for the first element under the shadow formed by the marker. Part 2 - finding the value of Y for the projection of the center of the marker. Part 3 - search for the value of X. Part 4 - not performed.
Пример 2.Example 2
На фиг.1б и 1в показаны: 1 - корпус устройства, 2 - матричный фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света, 7 - датчик, чувствительный к магнитному полю маркера, 8 - прокладка манипулятора, 9 - постоянный магнит манипулятора, 11 - колпак манипулятора, 14 - непрозрачная диафрагма маркера, 15 - постоянный магнит маркера, 20 - прозрачное окно в диафрагме, 21 - углубление на поверхности колпака.Figures 1b and 1c show: 1 — the case of the device, 2 — the matrix photodetector, 3 — the manipulator, 4 — the marker, 5 — the light source, 7 — the sensor sensitive to the magnetic field of the marker, 8 — the pad of the manipulator, 9 — the permanent magnet the manipulator, 11 - the cap of the manipulator, 14 - the opaque diaphragm of the marker, 15 - the permanent magnet of the marker, 20 - a transparent window in the diaphragm, 21 - the recess on the surface of the cap.
Постоянные магниты манипулятора и маркера 9; 15 выполнены в форме квадратной рамки, с двухполюсной осевой намагниченностью (фиг.2а). Прокладка манипулятора 8 и диафрагма 14 с наружной стороны содержат слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), в качестве которого используется фторопласт. В качестве датчика, чувствительного к магнитному полю маркера 7, используется магнитоуправляемый контакт - геркон. Передача сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопки манипулятора «мышь», осуществляется нажатием на микропереключатели, расположенные на поверхности корпуса устройства (не показаны).Permanent magnets of the manipulator and
На фиг.6 представлена блок-схема работы устройства по примеру 2.Figure 6 presents the block diagram of the operation of the device according to example 2.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
По рабочей поверхности устройства 22 (фиг.1б и 1в) производят перемещение манипулятора 3, прикладывая усилие пальца к колпаку 11. При необходимости более точного позиционирования манипулятора или для рукописного ввода текста, в углубление 21 устанавливают, например, пишущую часть карандаша и производят привычные при написании текста движения, увлекая при этом стержнем карандаша манипулятор. Наличие прокладки 8, у которой с наружной стороны имеется слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), значительно уменьшает величину необходимого для перемещения манипулятора усилия. Так как рамочные магниты 9; 15 манипулятора и маркера имеют осевую намагниченность, одинаковые размеры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2а), между манипулятором 3 и маркером 4 действует сила притяжения, прижимающая к светочувствительной матрице 2 маркер и увлекающая его вслед за движениями манипулятора. Так как магниты манипулятора и маркера имеют форму квадратной рамки, при вращении манипулятора 3 под воздействием усилий со стороны пальцев, вокруг его вертикальной оси симметрии, а вместе с ним и магнита 9 происходит изменение магнитного потока в зазоре, образованном магнитами манипулятора и маркера. При этом возникает момент сил, приводящий магнит 15, а вместе с ним и маркер 4 во вращательное движение в том же направлении (фиг.2а). Таким образом, синхронно и смежно с поступательным и вращательным движением манипулятора 3 по рабочей поверхности 22, во внутреннем пространстве корпуса 1 устройства, по поверхности матричного фотодетектора 2 происходит движение маркера 4. Наличие диафрагмы 14, имеющей с наружной стороны слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), увеличивает синхронизирующий момент при движении манипулятора и маркера и уменьшает величину необходимого для перемещения манипулятора усилия. При приближении маркера 4 к зоне, где находится датчик 7, чувствительный к магнитному полю маркера (фиг.1б), магнитное поле постоянного магнита маркера воздействует на датчик, в результате чего происходит его срабатывание и коммутация цепей электронной системы 23 (фиг.10), например включение управляемого прибора. При приближении маркера к аналогичному датчику, расположенному в другом месте, происходит срабатывание датчика и, например, выключение управляемого электронного прибора. Кроме того, маркер 4 при движении перекрывает диафрагмой 14 световой поток от источника света 5 к матричному фотодетектору 2, являющемуся приемником светового сигнала процессора обработки изображений, входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). При этом маркер образует на светочувствительных элементах матрицы фотодетектора тень в соответствии с формой диафрагмы 14, которая может иметь как минимум одно прозрачное окно 20 (фиг.1в и фиг.2а).The
Процессор обработки изображения, входящий в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10) по установленному алгоритму работы, осуществляет сканирование в виде адресного опроса элементов матрицы. Компаратор, входящий в состав процессора, в зависимости от напряжения на элементах матрицы, присваивает им цифровые значения.The image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10) according to the established algorithm of operation, scans in the form of an address survey of matrix elements. The comparator, which is part of the processor, depending on the voltage on the elements of the matrix, assigns them digital values.
Напряжение U на светочувствительных элементах матрицы: U=f(E).The voltage U on the photosensitive elements of the matrix: U = f (E).
ГдеWhere
Е - освещенность.E - illumination.
На элементах матрицы, полностью перекрытых непрозрачными участками диафрагмы маркера, U=0, так как освещенность для этих элементов Е=0, и элементам присваивается значение 0. На элементах, не закрытых от источника света диафрагмой маркера, U≠0, так как освещенность для этих элементов Е≠0, и элементам присваивается значение 1. Таким образом, для определения текущих координат положения центра манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся в тени, образованной маркером, с U=0 и по установленному алгоритму вычислить координаты его центра. Для определения угла поворота манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся под прозрачным окном диафрагмы маркера, с U≠0 и по установленному алгоритму вычислить текущее значение угла.On the matrix elements completely covered by the opaque sections of the marker diaphragm, U = 0, since the illumination for these elements is E = 0, and the elements are set to 0. On elements not closed from the light source by the marker diaphragm, U ≠ 0, since the illumination for of these elements E ≠ 0, and the elements are assigned the
Определение текущих координат позиции центра маркера и угла его поворота возможно, например, по алгоритму, показанному на фиг.3а, б. Пусть, например, матрица фотодетекторов выполнена с количеством элементов M·N, равным 300×300, имеет шаг расположения светочувствительных элементов: h=0.1 мм. При этом размер матрицы составит 30 × 30 мм. Диафрагма 14, показанная на (фиг.2а), представляет собой непрозрачный диск радиуса R. При этом, так как применяется квадратный магнит, для вычислений по алгоритму ему присвоено целое численное значение: R≥√0.5L/h.The determination of the current coordinates of the position of the center of the marker and the angle of its rotation is possible, for example, according to the algorithm shown in figa, b. Suppose, for example, that the photodetector matrix is made with the number of M · N elements equal to 300 × 300, has a step of arrangement of photosensitive elements: h = 0.1 mm. The size of the matrix will be 30 × 30 mm. The
ГдеWhere
L - длина стороны применяемого магнита в маркере.L is the length of the side of the applied magnet in the marker.
Например, L=7 мм, тогда R=50. На диафрагме находится прозрачное окно 20 (фиг.2а) в форме отверстия с радиусом rо≥2b на расстоянии r от центра маркера О. Для определения текущих координат манипулятора определяют текущие координаты проекции центра маркера на плоскость матричного фотодетектора. Для определения угла поворота манипулятора определяют текущие координаты проекции прозрачного окна маркера на плоскость матричного фотодетектора.For example, L = 7 mm, then R = 50. On the diaphragm there is a transparent window 20 (Fig. 2a) in the form of an aperture with a radius r о ≥2b at a distance r from the center of the marker O. To determine the current coordinates of the manipulator, determine the current coordinates of the projection of the center of the marker on the plane of the photodetector matrix. To determine the angle of rotation of the manipulator, the current coordinates of the projection of the transparent marker window onto the plane of the matrix photodetector are determined.
Цикл сканирования матрицы начинается с элемента с координатами: Х=О; Y=О (фиг.3а) и осуществляется построчно в направлении увеличения Y с шагом R до обнаружения на строке Yo=Rn элемента Хо; Yo с напряжением U=0. Далее проводится построчное сканирование элементов в прямоугольной зоне размерами R·(R-1) от элемента Хо; Yo - (R-1) в направлении к элементу Хо+R; Yo до обнаружения на строке Ymin элемента с напряжением U=0 (фиг.3б). Далее проводится сканирование строки Ymin+R до обнаружения элемента Xmin с напряжением U=0. Искомой проекцией центра маркера О на плоскость матрицы является элемент матрицы О' с координатами Х=Xmin+R; Y=Ymin+R, данные о котором записываются в оперативное запоминающее устройство процессора. Таким образом, абсолютные координаты положения манипулятора определены. Погрешность определения координаты: ε=[ОО']≤h, в случае применения вышеуказанной матрицы составит: ε≤0.1 мм.The matrix scanning cycle begins with an element with the coordinates: X = O; Y = O (Figure 3a) and is carried by line Y in the direction of increasing increments to detect R on line Y o = R n of element X; Y o with voltage U = 0. Next, line-by-line scanning of elements in a rectangular zone of dimensions R · (R-1) from the element X about ; Y o - (R-1) in the direction of X toward + R element; Y o until an element with voltage U = 0 is detected on line Ymin (Fig. 3b). Next, the line is scanned Ymin + R until the detection of the element Xmin with a voltage of U = 0. The desired projection of the center of the marker O on the plane of the matrix is the element of the matrix O 'with coordinates X = Xmin + R; Y = Ymin + R, data about which is recorded in the random access memory of the processor. Thus, the absolute coordinates of the position of the manipulator are determined. The error in determining the coordinate: ε = [OO '] ≤h, in the case of applying the above matrix will be: ε≤0.1 mm.
После определения координат X; Y проводится сканирование по часовой стрелке элементов матрицы, расположенных вблизи окружности с центром О' и радиусом r, с шагом сканирования μ', соответствующим условию: μ'=360°/p, a sin μ'≥4rо/r.After determining the coordinates of X; Y, a clockwise scan is performed of matrix elements located near a circle with center O 'and radius r, with a scan step μ' corresponding to the condition: μ '= 360 ° / p, a sin μ'≥4r о / r.
ГдеWhere
p - целое число.p is an integer.
Данное условие позволяет не фиксировать изменения угла при случайных локальных вращениях, происходящих в момент линейного перемещения манипулятора, например p=12, μ'=30°. Координаты сканируемых элементов рассчитываются по формуле Хс=Х+Sc; Yc=Y+Сс.This condition allows not to fix the angle changes during random local rotations that occur at the moment of linear movement of the manipulator, for example p = 12, μ '= 30 °. The coordinates of the scanned elements are calculated by the formula Xc = X + Sc; Yc = Y + Cc.
ГдеWhere
с - номер шага кругового сканирования, причем 0≤с≤p;c is the step number of the circular scan, with 0≤s≤p;
Sc, Cc целые числа, причем: Sc≈r·sin(μ'·с) и Сс≈r·cos(μ'·с).Sc, Cc are integers, moreover: Sc≈r · sin (μ '· s) and Сс≈r · cos (μ' · s).
Все значения Sc и Cc хранятся в постоянном запоминающем устройстве процессора и извлекаются для использования в арифметике - логическом устройстве процессора, при определении координат элементов Хс; Yc по мере роста значения с. Значению с=0 соответствует угол μ=0 и элемент матрицы А, с координатами X; Y+r. Если все сканируемые элементы Хс; Yc при изменении значения с от 0 до p имеют напряжение U=0, это означает, что проекция окна диафрагмы на плоскость матрицы находится в промежутке между сканируемыми элементами, при этом значение с, определенное в предыдущем цикле сканирования, не меняется. При обнаружении элемента Хс; Yc, для которого U≠0, в оперативном запоминающем устройстве процессора фиксируется новое значение величины с, которой будет однозначно соответствовать угол μ=μ'·с. Таким образом абсолютное значение угла поворота манипулятора определено с точностью до шага сканирования μ'.All values of Sc and Cc are stored in the read-only memory of the processor and are extracted for use in arithmetic - the logical device of the processor, when determining the coordinates of the elements Xc; Yc as s increases. The value c = 0 corresponds to the angle μ = 0 and the element of the matrix A, with coordinates X; Y + r. If all scanned elements Xc; Yc, when changing the values from 0 to p, have a voltage of U = 0, this means that the projection of the aperture window onto the matrix plane is in the gap between the scanned elements, while the value of c determined in the previous scan cycle does not change. Upon detection of the element Xc; Yc, for which U ≠ 0, a new value of c is fixed in the random access memory of the processor, to which the angle μ = μ '· s will uniquely correspond. Thus, the absolute value of the angle of rotation of the manipulator is determined accurate to the scan step μ '.
Частота циклов сканирования матрицы может составлять до 30 кадров/с, так как процессор определяет абсолютные координаты позиции манипулятора, которые будут всегда однозначно отображаться на дисплее. Каждый поступающий в процессор кадр будет представлять собой последовательность данных с максимальным объемом V≈M·(N/R-1)+R2 бит.The frequency of the scanning cycles of the matrix can be up to 30 frames / s, since the processor determines the absolute coordinates of the position of the manipulator, which will always be uniquely displayed on the display. Each frame entering the processor will be a data sequence with a maximum amount of V≈M · (N / R-1) + R 2 bits.
ГдеWhere
М и N - количество элементов матрицы по строкам и по столбцам соответственно.M and N are the number of matrix elements in rows and columns, respectively.
В случае применения вышеуказанной матрицы V≤4кбит или V≤15 кбит в секунду. Низкий объем передаваемых в процессор данных позволяет использовать устройство для управления сотовыми телефонами и другими электронными приборами с низкой тактовой частотой центрального процессора.In the case of applying the above matrix V≤4 kbit or V≤15 kbit per second. The low amount of data transmitted to the processor allows you to use the device to control cell phones and other electronic devices with a low clock frequency of the central processor.
После каждого цикла сканирования процессор передает данные о координатах X; Y и номере шага кругового сканирования с, микросхеме-контроллеру, входящей в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Микросхема-контроллер является элементом согласования между электронной системой устройства ввода информации и электронной системой управляемого прибора. При этом микросхема-контроллер принимает также сигналы управления от расположенных на корпусе устройства микропереключателей (не показаны), подобные нажатию на кнопки манипулятора «мышь», и сигналы от датчиков, чувствительных к магнитному полю маркера 7 (фиг.1б). В случае применения устройства для управления курсором компьютера микросхема-контроллер конвертирует данные о координатах маркера в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. Компьютер, используя драйвер устройства, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора в соответствии с перемещением манипулятора, например, для выбора пунктов меню. Кроме того, компьютер выполняет команды, соответствующие углу поворота манипулятора, аналогичные колесу прокрутки манипулятора «мышь», а также выполняет команды, соответствующие нажатию на микропереключатели и срабатыванию датчиков, чувствительных к магнитному полю маркера.After each scan cycle, the processor transmits X coordinate data; Y and step number of the circular scan with, the controller chip, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10). The controller microcircuit is an element of coordination between the electronic system of the information input device and the electronic system of the controlled device. At the same time, the controller chip also receives control signals from microswitches located on the device’s case (not shown), similar to pressing the buttons of the mouse, and signals from sensors sensitive to the magnetic field of marker 7 (Fig. 1b). In the case of using the device to control the cursor of a computer, the controller chip converts the marker coordinates into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. The computer, using the device driver, based on the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen in accordance with the movement of the manipulator, for example, to select menu items. In addition, the computer executes commands corresponding to the angle of rotation of the manipulator, similar to the scroll wheel of the manipulator “mouse”, and also executes commands corresponding to pressing the microswitches and triggering sensors sensitive to the magnetic field of the marker.
На фиг.4 вышеописанный алгоритм представлен в форме блок-схемы. Часть 1 - поиск первого элемента под тенью, образованной маркером. Часть 2 - поиск значения Y для проекции центра маркера. Часть 3 - поиск значения Х для проекции центра маркера. Часть 4 - поиск значения с шага кругового сканирования.4, the above described algorithm is presented in the form of a flowchart. Part 1 - search for the first element under the shadow formed by the marker. Part 2 - finding the value of Y for the projection of the center of the marker. Part 3 - finding the value of X for the projection of the center of the marker. Part 4 - finding the value from the circular scan step.
Пример 3.Example 3
Устройство отличается от устройства, описанного в примере 2, конструкцией манипулятора и маркера. На фиг.1г показаны: 9; 10 - постоянные магниты манипулятора, 15; 16 - постоянные магниты маркера, 17 - диск, 18 - шайба, 19 - держатель.The device differs from the device described in example 2 in the design of the manipulator and marker. Figure 1g shows: 9; 10 - permanent magnets of the manipulator, 15; 16 - permanent marker magnets, 17 - disk, 18 - washer, 19 - holder.
Постоянные магниты 9 и 15 выполнены в форме кольца, с многополюсной осевой намагниченностью. Постоянные магниты 10 и 16 выполнены в форме кольца, с двухполюсной осевой намагниченностью. Диск 17 имеет с наружной стороны слой материала с высоким коэффициентом трения (не показан), в качестве которого используется, например, силикон. Шайба 18 выполнена из упругого материала, например из латуни.
Устройство работает аналогично устройству, описанному в примере 2, при этом магнитная связь между манипулятором 3 и маркером 4 образована кольцевыми магнитами 9 и 15 и, дополнительно к ним, кольцевыми магнитами 10 и 16. Кольцевые магниты 9; 15 имеют осевую намагниченность, одинаковые диаметры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2б), что приводит к возникновению силы притяжения между манипулятором и маркером и увлекает последний вслед за движениями манипулятора. Так как магниты 9; 15 являются многополюсными с равным количеством полюсов, при вращении манипулятора вокруг его вертикальной оси симметрии, а вместе с ним и магнита 9 происходит изменение магнитного потока между его полюсами и полюсами магнита 15. При этом возникает момент сил, приводящий магнит 15, а вместе с ним и маркер во вращательное движение в том же направлении. Кольцевой магнит 10 зафиксирован неподвижно в центре кольцевого магнита 9, на прокладке 8. Кольцевой магнит 16 закреплен на упругой шайбе 18, удерживаемой держателем 19, который зафиксирован неподвижно в центре кольцевого магнита 15, на прокладке 14 (фиг.1г). Так как магниты 10; 16 имеют осевую намагниченность, одинаковые диаметры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2б), это приводит к возникновению силы притяжения между ними и увеличивает синхронизирующий момент между манипулятором и маркером при их движении. При снятии манипулятора 3 (фиг.1б) с рабочей поверхности, например, для чистки, магнитное взаимодействие между магнитами манипулятора и маркера исчезает, при этом магнит 16 (фиг.1г) под воздействием прогнутой шайбы 18 отходит от прокладки 14 и упирается диском 17 в источник света 5, представляющий собой светоизлучающую панель. При этом, так как диск 17 с наружной стороны содержит слой материала с высоким коэффициентом трения (не показан), маркер фиксируется неподвижно, в зазоре между матричным фотодетектором 2 и светоизлучающей панелью 5. При установке манипулятора на рабочую поверхность, смежно к маркеру, между магнитом манипулятора 10 и магнитом маркера 16 возникает сила притяжения, при этом упругая шайба 18 прогибается, зафиксированный на ней магнит 16, а вместе с ним и диск 17 отходят от светоизлучающей панели 5. Таким образом, маркер содержит узел блокировки самопроизвольного движения, состоящий из держателя 19, упругой шайбы 18, кольцевого магнита 16 и диска 17 (фиг.1г).The device operates similarly to the device described in example 2, while the magnetic coupling between the
Пример 4.Example 4
Устройство отличается от устройства, описанного в примере 3, конструкцией манипулятора и наличием датчика акустических колебаний корпуса. На фиг.1б и 1г показаны: 6 - датчик акустических колебаний корпуса, 11 - колпак, 12 - толкатель, 13 - излучатель импульсных звуковых сигналов.The device differs from the device described in example 3, the design of the manipulator and the presence of a sensor of acoustic vibrations of the housing. On figb and 1g are shown: 6 - the sensor of acoustic vibrations of the body, 11 - the cap, 12 - the pusher, 13 - the emitter of pulsed sound signals.
Колпак 11 выполнен из упругого материала, например из латуни. Толкатель 12 выполнен из эластичного материала, например из силикона. Излучатель звуковых сигналов 13 выполнен в виде мембраны и изготовлен из упругого материала, например из латуни. На фиг.7 представлена блок-схема работы устройства по примеру 4.The
Устройство работает аналогично устройству, описанному в примере 2 и в примере 3. При этом при нажатии на колпак 11 с силой, необходимой для перемещения манипулятора по рабочей поверхности, колпак прогибается и толкатель 12 оказывает давление на мембрану 13, обращенную выпуклой стороной к колпаку и установленную в кольцевом магните 10 параллельно его основанию. При увеличении усилия нажима, с целью ввода сигнала управления, толкатель прогибает мембрану в обратную сторону. Прогиб мембраны происходит скачком и на полную амплитуду. При этом мембрана 13 (фиг.1г) излучает звуковой импульс, представляющий собой затухающие акустические колебания. При уменьшении величины усилия нажима на колпак 11 мембрана возвращается в исходное положение, также излучая импульс звука. Используемая мембрана в излучателе импульсных звуковых сигналов аналогична мембранам, установленным в микропереключателях манипулятора «мышь», которые также при нажатии на микропереключатели «мыши» излучают звук, но при этом еще и коммутируют электрическую цепь.The device operates similarly to the device described in example 2 and example 3. In this case, when the
При излучении звука происходит распространение продольной механической волны через магнит 10, прокладку 8, корпус 1 (фиг.1г), датчик акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б), который является чувствительным элементом блока обработки импульсных акустических сигналов (не обозначен), входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Для сигналов, излученных мембраной 13 (фиг.1г) и принятых датчиком 6, характерна стабильная амплитуда и форма частотного спектра, обусловленная коэффициентом упругости мембраны и ее размерами, а также подобными свойствами других элементов устройства, расположенных по пути следования звуковой волны. При этом частотные характеристики сигнала не зависят от месторасположения манипулятора на рабочей поверхности устройства, так как собственная частота колебаний излучающей мембраны 13 значительно выше собственной частоты колебаний корпуса устройства 1, в силу того, что размеры рабочей поверхности устройства значительно больше размеров мембраны излучателя импульсных звуковых сигналов. В состав блока обработки импульсных акустических сигналов (фиг.10) входит акустическое реле (не показано). При этом блок обработки импульсных акустических сигналов осуществляет селективный выбор сигналов, например, на основе фильтра высокой частоты ФВЧ, а акустическое реле коммутирует входную цепь микросхемы-контроллера (фиг.10). При нажатии на колпак манипулятора 11 (фиг.1г), импульсный сигнал с характерной для излучателя частотой и амплитудой, соответствующими входным параметрам блока обработки импульсных акустических сигналов, переводит акустическое реле в состояние - «включено», что эквивалентно нажатию на левую кнопку «мыши». Следующий активный импульсный акустический сигнал, возникающий при ослаблении усилия нажима на колпак, переводит реле в состояние «выключено», что эквивалентно отпусканию левой кнопки «мыши». Блок обработки импульсных акустических сигналов может быть выполнен многоканальным и настроенным на различные характерные частоты нескольких излучателей импульсных звуковых сигналов, размещенных в манипуляторе, что эквивалентно применению дополнительных кнопок в манипуляторе «мышь». Для передачи сигналов управления, аналогичных нажатию на правую кнопку манипулятора «мышь», может осуществляться щелчок пальцем по корпусу устройства 1. В этом случае блок обработки импульсных акустических сигналов (фиг.10) выполнен двухканальным, где второй канал настроен на низкую частоту звукового импульса, возникающего при щелчке пальцем по корпусу устройства.When sound is emitted, a longitudinal mechanical wave propagates through the
На фиг.8 показана временная диаграмма для сигналов, принимаемых блоком обработки импульсных акустических сигналов в процессе работы устройства. Напряжение Ua представляет собой аналоговый сигнал, снимаемый с датчика акустических колебаний корпуса 6 при нажатии и отпускании верхней части манипулятора устройства. Напряжение Um представляет собой обработанный частотным фильтром сигнал, при этом Um=f(Ua, ν).On Fig shows a timing diagram for the signals received by the processing unit of the pulsed acoustic signals during operation of the device. The voltage Ua is an analog signal taken from the acoustic oscillation sensor of the
ГдеWhere
ν - характерная частота для применяемого импульсного акустического излучателя.ν is the characteristic frequency for the applied pulsed acoustic emitter.
Напряжение Ud представляет собой уровень сигнала на выходе акустического реле, при этом Ud=f(Um, to).The voltage Ud is the signal level at the output of the acoustic relay, with Ud = f (Um, to).
ГдеWhere
to - время между нажатием и отпусканием манипулятора.to - time between pressing and releasing the manipulator.
Момент времени t1 отображает двойное нажатие на колпак манипулятора, функционально аналогичное двойному нажатию на левую кнопку манипулятора «мышь». Напряжение Ua' представляет собой аналоговый сигнал необходимой амплитуды, сформированный щелчком пальца по корпусу устройства. Напряжение Ud' представляет собой уровень сигнала на выходе акустического реле по второму каналу, при этом Ud'=f(Ua', λ).Time t1 displays a double click on the manipulator cap, functionally similar to double clicking on the left button of the mouse “manipulator”. Voltage Ua 'is an analog signal of the required amplitude, formed by clicking a finger on the housing of the device. The voltage Ud 'is the signal level at the output of the acoustic relay through the second channel, with Ud' = f (Ua ', λ).
ГдеWhere
λ - характерная частота возникающего при щелчке звукового импульса. При этом ν>>λ. Таким образом, акустические свойства мембраны и корпуса устройства позволяют использовать излучаемые с их помощью импульсные звуковые колебания для ввода сигналов управления.λ is the characteristic frequency of the sound pulse that occurs when a click is made. Moreover, ν >> λ. Thus, the acoustic properties of the membrane and the housing of the device allow the use of pulsed sound waves emitted with their help to enter control signals.
Поскольку используемые в устройстве материалы и компоненты изготавливаются и выпускаются серийно, заявляемое устройство может производиться на предприятиях электронной промышленности по стандартным технологиям. Благодаря простой и компактной конструкции заявляемое устройство найдет широкое применение в электронных приборах, в частности в мобильных телефонных аппаратах, компьютерах, пультах управления, бытовых и других технологических устройствах.Since the materials and components used in the device are manufactured and mass-produced, the claimed device can be produced at electronic enterprises using standard technologies. Due to the simple and compact design of the claimed device will be widely used in electronic devices, in particular in mobile telephones, computers, control panels, household and other technological devices.
Источники информацииInformation sources
1. Патент JP №10171582 A (WACOM CO LTD), 26.06.1998.1. JP patent No. 10171582 A (WACOM CO LTD), 06/26/1998.
2. Патент US №4751505. 14.06.1988. 340/710; 178/18; 250/221 (прототип).2. US patent No. 4751505. 06/14/1988. 340/710; 178/18; 250/221 (prototype).
3. Интернет ресурс: www.ssga.ru/erudites_info/ccd_and_cmos/oes/63/00.html.3. Internet resource: www.ssga.ru/erudites_info/ccd_and_cmos/oes/63/00.html.
4. Ларионов А.М., Горнец Н.Н. Периферийные устройства в вычислительных системах, М., 1991.4. Larionov A.M., Gornets N.N. Peripheral devices in computing systems, M., 1991.
5. Мазур А.И., Грачев В.Н. Электрохимические индикаторы, М., Радио и Связь, 1985.5. Mazur A.I., Grachev V.N. Electrochemical indicators, M., Radio and Communication, 1985.
6. Интернет ресурс: www.glowlight.ru.6. Internet resource: www.glowlight.ru.
7. Интернет ресурс: www.valtar.ru.7. Internet resource: www.valtar.ru.
8. Берк Г.Ю. Справочное пособие по магнитным явлениям, М., 1991.8. Burke G.Yu. Reference manual on magnetic phenomena, M., 1991.
9. Акустический выключатель, журнал «Радио», 1985, №2; 1986, №6-8.9. Acoustic switch, the journal "Radio", 1985, No. 2; 1986, No. 6-8.
10. Боровский В.П. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя. К., Техника, 1987.10. Borovsky V.P. Handbook of circuitry for a radio amateur. K., Technique, 1987.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Device for inputting information into electric devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Device for inputting information into electric devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006109408A RU2006109408A (en) | 2007-10-20 |
RU2316806C1 true RU2316806C1 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=38924962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Device for inputting information into electric devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2316806C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471270C2 (en) * | 2008-09-25 | 2012-12-27 | Сони Корпорейшн | Device of dielectric transfer of millimetre waves and method of its manufacturing, and method and device of wireless transfer |
RU2540826C2 (en) * | 2008-08-29 | 2015-02-10 | Майкрософт Корпорейшн | Internal scroll activation and cursor adornment |
RU2691861C1 (en) * | 2016-02-12 | 2019-06-18 | Сименс Акциенгезелльшафт | Input device and input system |
-
2006
- 2006-03-24 RU RU2006109408/09A patent/RU2316806C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540826C2 (en) * | 2008-08-29 | 2015-02-10 | Майкрософт Корпорейшн | Internal scroll activation and cursor adornment |
RU2471270C2 (en) * | 2008-09-25 | 2012-12-27 | Сони Корпорейшн | Device of dielectric transfer of millimetre waves and method of its manufacturing, and method and device of wireless transfer |
RU2691861C1 (en) * | 2016-02-12 | 2019-06-18 | Сименс Акциенгезелльшафт | Input device and input system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006109408A (en) | 2007-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100465969B1 (en) | Pointing device using the surface of a finger | |
US6809723B2 (en) | Pushbutton optical screen pointing device | |
KR101163055B1 (en) | Stylus and touch input system | |
US7295329B2 (en) | Position detection system | |
US9911556B2 (en) | Control knob having image output part | |
JP2001512858A (en) | Rotary circuit controller with variable graphics | |
KR100789725B1 (en) | Inputting device | |
JP2011146297A (en) | Switch mechanism and input device | |
RU2316806C1 (en) | Device for inputting information into electric devices | |
KR100616744B1 (en) | Pointing device using holographic optical element | |
CN103443730B (en) | Operating rod input equipment | |
KR20170110837A (en) | Mobile terminal capable of easily converting photographing modes and photographing mode converting method | |
JP2002373055A (en) | Electronic equipment | |
US20180348822A1 (en) | Electronic device and wearable device | |
JP2006202291A (en) | Optical slide pad | |
JP2008192623A (en) | Rotating operation type input device | |
US10613621B2 (en) | Interactive display system and method for operating such a system | |
KR100650623B1 (en) | Optical pointing device having switch function | |
KR20080008217A (en) | Information inputting device and inputting method therefore | |
JP2011175839A (en) | Electrostatic capacity detecting switch, and method for controlling electronic equipment | |
JPH1153102A (en) | Input device | |
JPH07200141A (en) | Optical position detection device, optical coordinate input device, and optical position detecting method | |
KR101160942B1 (en) | Pointing device and electronic device having the same | |
JPH08179878A (en) | Input device for computer | |
KR100734246B1 (en) | Optical pointing device with reflector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130325 |