CN102662499B - 磁信号书写笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁信号书写笔，该磁信号书写笔主要是由信号采集模块、信号发射模块、信号处理模块和上位机软件处理显示模块组成，所述的信号采集模块是由带有磁性钉子的轨迹球和磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块构成，所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块安置在轨迹球上方；本发明技术方案最大的创新点就是此笔可以在任意介质上书写，不需要专门的书写纸，方便，并且不需要笔芯，可以永久使用。而且显示出来的均是电子笔迹，便于保存。

Description

磁信号书写笔

技术领域

本发明涉及一种电子书写笔，尤其是一种采用磁信号变化实现书写功能的磁信号书写笔。

背景技术

目前市场上的文字输出设备主要以触摸板、手写板等以压敏传感为载体，这种书写方式由于操作不便、低效率、寿命低、灵敏度低等问题，不能真正替代和融入纸笔书写交流的传统书写方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种书写笔，能够直接在任何介质上进行书写，其原始笔迹可传送给电脑、手机、PDA等电子设备上显示、存储和处理。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种磁信号书写笔，该磁信号书写笔主要是由信号采集模块、信号发射模块、信号处理模块和上位机软件处理显示模块组成，所述的信号采集模块是由带有磁性钉子的轨迹球和磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块构成，所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块安置在轨迹球上方，所述带有磁性钉子的轨迹球是由球体被若干方形格子分隔，该若干方形格子间隔安装有磁性钉子，其他没有安装磁性钉子的方格内填充塑料或是其他不导磁材料，所述磁性钉子的磁极同向安装。

进一步，所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块由若干磁敏电阻和定值电阻的组合排布在半球形矩阵式信号采集模块内。

进一步，所述的轨迹球安装书写笔的笔尖的球座内，该轨迹球可在球座内自由转动。

进一步，所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块采用8*8的磁敏矩阵。

进一步，所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块与64口A/D模拟开关连接。

进一步，所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块上方还有一个三轴加速度传感器，该三轴加速度传感器实时检测笔运动的加速度状态，实现对中心坐标的确定以及笔书写断笔续写功能。

进一步，所述的信号发射模块采用无线模块。

进一步，所述的信号处理模块采用ARM处理器或者DSP处理器。

进一步，所述的磁信号书写笔具有电子橡皮擦、书写锁闭和电子白板功能键。

本发明的有益效果在于：（一）本发明技术方案最大的创新点就是此笔可以在任意介质上书写，不需要专门的书写纸，方便，并且不需要笔芯，可以永久使用。而且显示出来的均是电子笔迹，便于保存。

（二）作为新一代教辅笔，它使教师摆脱了必须在黑板上书写的限制，使教师即使在教室内走动也可以将自己想要表达的写在投影屏幕上。虽然利用鼠标也可以在投影屏上写字，不过鼠标写字很不方便，不仅费劲，而且显示出来的字还很不好看，但此笔用起来就很方便了，因为它符合人们的书写习惯。

（三）此笔将现实中的物理书写跟电子网络有效的连接在一起，提供了一个更好的人机交互界面，使人机交互更加方便快捷，从而提高了人们的工作效率，同时也促进了信息化时代的向前发展。

（四）价格低：磁敏电阻价格低廉,稳定性好,或者采用微型磁通门,均是成熟是元器件,且性价比高。

（五）单片机和无线模块性价比都是比较高的,且上位机软件采用开源方式,用户可进行二次开发.利于软件功能的增强和进步。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明磁信号书写笔外观结构图；

图2是本发明带有教辅功能的磁信号书写笔外观结构图；

图3是本发明磁信号书写笔信号采集模块结构外观示意图；

图4是本发明磁信号书写笔的轨迹球结构示意图；

图5是本发明磁信号书写笔的磁敏电阻球形矩阵式信号采集模块信号输出模块立体结构示意图；

图6是本发明磁信号书写笔磁敏电阻矩阵式信号采集模块示意图；

图7是本发明磁信号磁敏电阻矩阵式信号采集模块上的角度信息计算示意图；

图8是本发明磁信号磁敏电阻排列和信息输出原理图。

图中：

1、挂钩；2、电子橡皮擦和书写锁闭键；3、笔身；4、白板功能透明化键；5、电子白板功能键；6、白板宽度调节滚轮；7、上下翻页滚轮及白板长度调节键；8、方形格子；9、磁性钉子；10、轨迹球；11、磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块。

具体实施方式

本发明提供一种磁信号书写笔，该磁信号书写笔的外观有笔身3和位于笔身3上端的挂钩1，在该笔身3内安装有信号采集模块、信号发射模块、信号处理模块和上位机软件处理显示模块，所述的信号采集模块是由带有磁性钉子9的轨迹球10和磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11构成，所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11安置在轨迹球10上方；所述带有磁性钉子的轨迹球10是由球体被若干方形格子8分隔，该若干方形格子8间隔安装有磁性钉子9，其他没有安装磁性钉子的方格内填充塑料或是其他不导磁材料，所述磁性钉子9的磁极同向安装；所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11由若干磁敏电阻和定值电阻的组合排布在半球形矩阵式信号采集模块内；所述的轨迹球10安装书写笔的笔尖的球座内，该轨迹球10可在球座内自由转动；所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块采用8*8的磁敏矩阵；所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11与64口A/D模拟开关连接；所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11上方还有一个三轴加速度传感器，该三轴加速度传感器实时检测笔运动的加速度状态，实现对中心坐标的确定以及笔书写断笔续写功能；所述的信号发射与接收模块采用无线模块；所述的信号处理模块采用ARM处理器或者DSP处理器；所述的磁信号书写笔具有电子橡皮擦和书写锁闭键2、电子白板功能键5、白板功能透明化键4、白板宽度调节滚轮6和上下翻页滚轮及白板长度调节键7。

本发明的工作原理及各模块功能介绍如下所述：

本发明是利用磁敏电阻的作计量和检测元件（动态测量、位移测量及角度变换）来设计。笔端获取书写信号：

笔头获取信息的部分为带磁性钉子球体(轨迹球10)和磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块11，如图6所示，当书写时，笔头的球珠滚动，矩阵式信号采集模块上相应微小的磁敏电阻的电阻值就会发生变化，如图8所示，电阻变化值通过信息输出点输出，图7为磁敏电阻矩阵式信号采集模块上角度信息计算示意图，角度信息计算就可以得出轨迹及每笔的偏转方向。根据笔头获取的信息传输的PC机上，再进行轨迹的重组，这个过程即是对笔的书写的轨迹进行精确的组合再现，再现所需要的参数为：每一划的长度、运动方向（在基准参考方向条件下），则矩阵式信号采集模块的点间距离都是一定的，可以用来计量长度，而计量的快慢还可以做为书写速度快慢的体现；矩阵式信号采集模块是8*8的矩阵，则取（0,0）和（4,7）作为计算点，便可以计算出这张数据矩阵上的轨迹方向了；当采集频率够高时，则相当于把书写的每一划都进行微分处理，划分的越细，则精度越高。在此基础上，便可实现轨迹的精确再现。

书写轨迹的信号通过磁敏矩阵来采集，而模拟开关控制和磁敏矩阵相对应的磁敏电阻与高速AD的接通情况，通过AD后就获得了相应的数字信号，将采集的各个磁敏信息整合成相应的信号矩阵信息，通过无线模块将信息矩阵传送到接收端。在这个过程中作为处理这些信息的处理器采用ARM处理器或者DSP处理器。

信号发射模块采用无线模块，该无线模块发送信号到PC机上，PC机通过软件处理，构建平面矩阵，接着对数据矩阵进行拼接，将矩阵里面的高信号或者低信号提取出来，即构成轨迹的运动图，这样就可以提取出轨迹球运动轨迹，也即书写的轨迹。此笔采用无线发射信息，且信息量由获取信号的精度的提高，信息量的增大，所以本发明的无线模块可以采用CC1100无线模块，CC1100收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。而笔的金属外壳即可作为天线使用。

要完整地实现字体的显示方向规范，以及字体的组合不导致错乱，就需要在字体信号获取的过程中，拥有确立的坐标作为参考方向，这样可以容易实现坐标的任意变换，有利于笔迹输入的正确显示，但在笔书写的过程中，笔是属于运动的物体，所以采用动态垂直参考坐标系实现书写轨迹参考方向的确立。

定中心坐标的方法：将笔在开始书写之前，点一下，则会把这个信号作为定出中心坐标的信号。

采用高灵敏度的三轴加速度传感器MMA8452Q来实时检测笔运动的加速度状态，实现对中心坐标的确定以及笔书写断笔续写的功能。

磁敏矩阵是作为信号的采集使用，在拿着笔书写的时候，没有任何的触屏设备支持，所写的轨迹由轨迹球的滚动导致磁敏矩阵上的矩阵信息变化，通过变化的记录来绘制书写轨迹。

图8是磁敏电阻排列和信息输出原理图,可变电阻是磁敏电阻, 当长度方向有电流通过时，若在垂直于电流片的宽度方向上施加一个磁场，磁敏电阻长度方向上就会发生电阻率增大的现象，所以，当带有磁性的球滚动时，这样在8*8的磁敏电阻的输出口的电压就会发生变化，用AD采集到每个信号输出口的电压，再与设定的初值对比就可以获得变化值。

矩阵是由0和1构成的，一个单元就可以表示出两个状态，而这个单元的表示出来的是8*8磁敏矩阵信号输出口的状态，0表示磁敏电阻下方没有磁场，1表示的磁敏电阻下方有磁场。通过对所采集的几张信号矩阵进行重叠比对操作，便可得出轨迹的运动走向，并对运动走向进行时间积分，便可得出整体的运动轨迹。

本发明保护范围不限于上述实施例，凡是依据本发明技术原理所作的显而易见的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磁信号书写笔，该磁信号书写笔包括信号采集模块、信号发射模块、信号处理模块和上位机软件处理显示模块，其特征在于，所述的信号采集模块是由带有磁性钉子的轨迹球和磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块构成，

所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块安置在轨迹球上方，

所述带有磁性钉子的轨迹球包括球体，该球体被若干方形格子分隔，该若干方形格子间隔安装有磁性钉子，其他没有安装磁性钉子的方格内填充塑料或是其他不导磁材料，所述磁性钉子的磁极同向安装，

所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块由若干磁敏电阻和定值电阻的组合排布在半球形矩阵式信号采集模块内，

所述轨迹球安装在书写笔的笔尖的球座内，该轨迹球可在球座内自由转动，

所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块采用8*8的磁敏矩阵，所述的磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块与64口A/D模拟开关连接，

所述磁敏电阻半球形矩阵式信号采集模块上方还有一个三轴加速度传感器，该三轴加速度传感器实时检测笔运动的加速度状态，实现对中心坐标的确定以及书写断笔续写功能。

2.根据权利要求1所述的磁信号书写笔，其特征在于，所述的信号发射模块采用无线模块。

3.根据权利要求2所述的磁信号书写笔，其特征在于，所述的信号处理模块采用ARM处理器或者DSP处理器。

4.根据权利要求3所述的磁信号书写笔，其特征在于，所述的磁信号书写笔具有电子橡皮擦、书写锁闭和电子白板功能键。