CN103605427B

CN103605427B - 一种基于智能平板的免驱动快速响应输入设备

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Publication number: CN103605427B
Application number: CN201310244308.6A
Authority: CN
Inventors: 徐杨; 徐晖; 高伟才; 蒲美蓄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN103605427A

Abstract

本发明公开了一种免驱动快速响应基于智能平板的输入设备，以及将Android平板电脑作为ps2通用键盘接入计算机系统的方法，以解决现有使用智能平板系统作为输入设备方案存在的响应速度慢，且第一次使用的过程中，无法实现即插即用，而大型智能设备往往没有无线网络接入功能的问题。本发明包含图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件。通过增加简单的硬件电路，辅之以相应的软件，实现android嵌入式设备作为PS2键盘接入计算机，从而满足了大型智能设备对输入设备所要求的输入手段灵活、交互模式友好、响应速度快、具有普适性的相关需求。

Description

一种基于智能平板的免驱动快速响应输入设备

技术领域

本发明涉及将智能平板作为外接输入设备接入计算机的技术，计算机端无需任何驱动，软件支持，在任何操作系统下，计算机终端认为该设备是一个实际物理普适输入设备。尤其涉及一种Android嵌入式设备作为ps2通用键盘接入计算机系统的技术。

背景技术

目前大型数字化智能设备在当今社会生产生活中广泛应用如大型医疗检测治疗设备、数字化机床、流水线机械手臂等，由于其大部分开发所需时间较长，其输入输出设备老化，大部分仍使用老式机械键盘。而这些大型智能设备在更新换代的过程中，由于其自身控制的复杂性，要求输入手段灵活、交互模式友好、响应速度快、具有普适性，老式的机械键盘已经无法满足要求，同时现有的触摸屏等输入设备响应速度慢，同时需要配套不同的驱动中间件，无法实现即插即用，如果为了使用这样的输入设备，需要对原有大型智能设备进行改进，增加了开发周期，以及开发成本。

目前智能平板系统提供了一种新型的人机交互方式，在当今社会迅速普及。由于其发展迅速，其交互界面更加友好，反应速度更加迅速，其自身的物理结构设计可以满足各种不同环境下的不同需求。目前使用智能平板系统作为输入设备的方法，通常使用无线网络实现平板和计算机之间的相互通信，在终端机方面，需要配有相应的无线网络接入设备，同时需要配套的中间件，响应速度慢，且第一次使用的过程中，无法实现即插即用。而大型智能设备往往没有无线网络接入功能，因此普通的使用智能平板系统作为大型智能设备的输入设备不可行。

由此我们提出一套免驱动快速响应基于智能平板的输入设备，我们对不依赖操作系统的普适物理键盘的信号进行模拟，对应产生相应的信号，实现与计算机系统的交互。通过在操作系统层控制I/O接口，实现对普通PS2/USB等物理键盘交互协议，实现在针对不同终端机的不同操作系统上免驱动、即插即用的快速响应的输入。通过提供人机交互API，实现对底层I/O具体模拟操作的具体映射，这样即支持了丰富的人机交互界面的开发，同时又统一接口，支持快速的I/O映射，并且这样的设计便于利用智能平板平台的其他资源，实现更广泛的使用，例如使用网络，实现远程控制，利用板载usb插口，实现大规模数据自动输入等等。

发明内容

本发明旨在针对现有使用智能平板系统作为输入设备方案存在的响应速度慢，且第一次使用的过程中，无法实现即插即用，而大型智能设备往往没有无线网络接入功能的问题，提出了一套免驱动快速响应基于智能平板的输入设备，本发明具体的说是将Android嵌入式设备作为ps2通用键盘接入计算机系统。本发明通过增加简单的硬件电路，辅之以相应的软件，实现android嵌入式设备作为PS2通用键盘接入计算机，从而满足了大型智能设备对输入设备所要求的输入手段灵活、交互模式友好、响应速度快、具有普适性的相关需求。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种基于智能平板的免驱动快速响应输入设备，其特征在于：包含图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件。

所述图形化界面，是基于android嵌入式设备的人机交互界面，产生与应用相关联的输入界面，获取人机输入，通过查表转化为底层输入信号。

所述人机交互API，提供键盘所需接口，包括键盘初始化方法、按下某键方法、放开某键方法，该API主要是使底层I/O映射中间件对上层应用可见，通过调用操作系统层I/O映射中间件，实现相关操作。

所述I/O映射中间件，通过模拟PS2/USB机械物理键盘信号，实现以下计算机通信：键盘初始化、发送指定信息、监控计算机输出数据。

本发明还提供一种android嵌入式设备作为ps2通用键盘接入计算机的方法，其特征在于：使用了图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件，其I/O映射中间件具体工作流程如下，包括以下步骤：

1）android嵌入式设备发送初始化请求指令；

2）发送初始化请求指令后，等待计算机回复，超时或者收到错误回复则退回到步骤1）重新发送，正常回复则进入步骤3）；

3）接收计算机发送初始化指令，超时或者收到错误指令回到步骤1）重新发送正常则进入步骤4）；

4）根据计算机初始化指令，进行相应的回复。若收到重新使能指令，则完成初始化，进入步骤5），否则进行步骤3）；

5）android嵌入式设备开始根据用户操作，传输相应指令，同时开始监控计算机输出数据。

由ps2协议，包括如下指令，由于协议，或扫描集不同，可根据实际情况进行相应分析，在此不再累述：

0xFF:(Reset).复位Device。

0xFE: (Resend).要求重新发送上一个字节(此命令可以由Host发给键盘，也可以由键盘发给Host)。

0xFD/0xFC/0xFB: (Set Key Type Make/Make & Break/Make & Typematic).指定一个按键只发送Make Code/Make Code & Break Code/Make Code & TypematicRepeat。该键值依照第三套键盘扫描码设定。

0xFA: (Set all keys Make,Break & Typematic).缺省设置，恢复所有按键的Make code, Break code 和 Typematic repeat功能。

0xF9/0xF8/0xF7: (Set all keys Make/Make & Break/Make & Typematic).设置所有按键只发送Make Code/Make Code & Break Code/Make Code & TypematicRepeat。

0xF6: (Set Default).设置缺省的Typematic rate/delay(10.9cps/500ms),第二套键盘扫描码，执行0xFA命令。

0xF5: (Disable).键盘停止扫描，执行0xF6命令。

0xF4: (Enable).使能键盘扫描。

0xF3: (Set Typematic Rate/delay). 后面跟1个字节设置Repeat Rate &Delay。Bit0-4:Repeat rate 0x00-0x10-0x1F (2.0-8.0-30.0 cps)；Bit5-6:Delay 0.25/0.5/0.75/1.0 second。

0xF2: (Read ID). 键盘回复双字节的设备ID(0xAB,0x83).

0xF0: (Set Scan code set). 设置或读取当前使用的扫描码。参数为0x01,0x02或0x03时设置当前扫描码，参数为0x00时读取当前扫描码。

0xEE: (Echo).键盘回复一个0xEE。

0xED: (Set/Reset LEDs). 后面跟一字节参数，用来设置键盘的Caps Lock/NumLock/Scroll Lock。

进一步地，所述嵌入式设备有两个具有输入/输出功能的I/O接口，分别作为clk和data信号接收和发送接口，接收和发送的数据结构；依照ps2协议，使用第二套键盘扫描集，使用逻辑分析仪获取物理键盘的电平特性，通过模拟，使智能平板能发送和接收与物理键盘一样的电平波形。根据实际应用需求，也可使用其他协议。

进一步地，所产生的电平信号具体步骤如下：

1）监测clk信号，如果clk信号为高电平，则进入步骤2）否则终止程序并进入数据接收流程；

2）根据发送信号生成对应的11位数据序列，具体描述如下：

2.1）第一位为0作为数据起始位；

2.2）第二到九位为相应数据。数据为相应字符集或命令集中的8位二进制码；

2.3）第十位为奇偶校验位；

2.4）第十一位为终止位；

3）产生clk产生11个下降沿，在下降沿来临之前，根据数据序列改变data信号；

4）把clk拉低40微秒，然后释放clk，进入步骤5）；

5）完成数据发送。

进一步地，监控计算机输出数据，其数据依照ps2数据格式，具体描述如下：

1）监测clk，当clk被计算机系统抑制时间超过100微秒，进入步骤2）否则退出；

2）监测data，当data被计算机系统抑制，等待再次被释放进入步骤3）；

3）等待计算机释放clk进入步骤4）；

4）产生11个时钟周期，同时在产生上升沿时记录数据；

5）检查数据是否满足要求：

5.1）起始位，第一位为0

5.2）第二位到第九位为数据位

5.3）第十位为奇偶校验位

5.4）第十一位为终止位

若满足要求，截取第二位至第九位，为获取到的数据。

本发明的有益效果表现在：

一、本发明通过增加简单的硬件电路，辅之以相应的软件，实现android嵌入式设备作为PS2通用键盘接入计算机，从而满足了大型智能设备对输入设备所要求的输入手段灵活、交互模式友好、响应速度快、具有普适性的相关需求。

二、图形化界面可随应用要求改变界面和布局，并根据目标系统所使用编码集合更改输入信号；同时，无需重新设计物理键盘，成本低，开发周期短。

三、人机交互API为上层图形化界面的设计与开发提供有效接口，方便了其的快速开发；同时，可以根据实际需求，扩展功能，例如通过接入网络实现远程控制，分析存储设备上的数据，实现自动输入等功能。

四、I/O映射中间件使计算机作为认为该设备是一个实际物理普适输入设备，其输入事件在目标设备优先级高，实时响应，不以操作系统层事件响应，反应速度快。

五、嵌入式设备有两个具有输入/输出功能的I/O接口，满足嵌入式设备向计算机设备发送数据的功能，以及监控计算机输出数据。

六、本发明所产生的电平信号具有数据发送功能。

七、本发明具有监控计算机输出数据功能。

八、本发明在android嵌入式设备上通过对普适物理键盘的信号进行模拟，对应产生相应的信号，实现与计算机系统的交互；通过提供人机交互API，实现低模拟操作的具体映射，以支持丰富人机交互界面的开发，并方便设计编译利用智能平板平台的其他资源，实现更广泛的使用。

下面结合附图对本发明作进一步详细阐述。

附图说明

图1 本发明系统架构示意图

图2 简单的图形化界面示意图

图3 以android嵌入式设备作为ps2通用键盘接计算机初始化过程流程图

图4 系统数据发送流程图

图5 键盘发送0xAA波形示意图

图6 系统数据接收流程图

图7 接收计算机发送0xF3波形示意图

具体实施方式

本发明提供了一种免驱动快速响应基于智能平板的输入设备，以解决现有使用智能平板系统作为输入设备方案存在的响应速度慢，且第一次使用的过程中，无法实现即插即用，而大型智能设备往往没有无线网络接入功能的问题。

本发明尤其是将android嵌入式设备作为ps2通用键盘接入计算机系统的技术。本发明通过增加简单的硬件电路，辅之以相应的软件，实现android嵌入式设备作为PS2通用键盘接入计算机，从而满足了大型智能设备对输入设备所要求的输入手段灵活、交互模式友好、响应速度快、具有普适性的相关需求。

本发明包括包含三个部分，分别是图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件。

1、所述图形化界面，是基于android嵌入式设备的人机交互界面，产生与应用相关联的输入界面，获取人机输入，通过查表转化为底层输入信号。图形化界面可随应用要求改变界面和布局，并根据目标系统所使用编码集合更改输入信号；同时，无需重新设计物理键盘，成本低，开发周期短。

当用户获取到用户操作事件，根据具体操作对应按键查询键盘扫描码得到相应编码。附图采用第二套字符集编码，也可根据需求，使用其他字符集。

2、人机交互API，提供键盘所需接口，包括键盘初始化方法、按下某键方法、放开某键方法，该API主要是使底层I/O映射中间件对上层应用可见，通过调用操作系统层I/O映射中间件，实现相关操作。该人机交互API为上层图形化界面的设计与开发提供有效接口，方便了其的快速开发；同时，可以根据实际需求，扩展功能，例如通过接入网络实现远程控制，分析存储设备上的数据，实现自动输入等功能。

3、I/O映射中间件，通过模拟PS2/USB机械物理键盘信号，实现以下计算机通信：键盘初始化、发送指定信息、监控计算机输出数据。使计算机作为认为该设备是一个实际物理普适输入设备，其输入事件在目标设备优先级高，实时响应，不以操作系统层事件响应，反应速度快。

android嵌入式设备作为ps2通用键盘接入计算机的方法，其I/O映射中间件具体工作流程如下，参见图3 所述方法包括以下步骤：

1）Android嵌入式设备发送初始化请求指令；

5）android嵌入式设备开始根据用户操控，传输相应指令，同时开始监控计算机输出数据。

0xFF:(Reset).复位Device。

0xFE:(Resend).要求重新发送上一个字节(此命令可以由Host发给键盘，也可以由键盘发给Host)。

0xF5: (Disable).键盘停止扫描，执行0xF6命令。

0xF4: (Enable).使能键盘扫描。

0xF2: (Read ID). 键盘回复双字节的设备ID(0xAB,0x83).

0xEE: (Echo).键盘回复一个0xEE。

为满足以上特征，需要满足嵌入式设备向计算机设备发送数据的功能，以及监控计算机输出数据，其特征在于嵌入式设备有两个具有输入/输出功能的I/O接口，分别作为clk和data信号接收和发送接口，接收和发送的数据结构，依照ps2协议，使用第二套键盘扫描集，使用逻辑分析仪获取物理键盘的电平特性，通过模拟，是智能平板能发送和接收与物理键盘一样的电平波形。根据实际应用需求，也可使用其他协议。

为了满足以上特征，系统需要的数据发送功能，具体描述如下，流程如图4，所产生的电平信号如图5其具体步骤如下：

1）监测clk信号，如果clk信号为高电平，则进入步骤2）否则终止程序并进入数据接收流程。

2）根据发送信号生成对应的11位数据序列，具体描述如下：

2.1）第一位为0作为数据起始位。

2.2）第二到九位为相应数据。数据为相应字符集或命令集中的8位二进制码。

2.3）第十位为奇偶校验位。

2.4）第十一位为终止位。

3）产生clk产生11个下降沿，在下降沿来临之前，根据数据序列改变data信号。

4）把clk拉低40微秒，然后释放clk，进入步骤5）

5）完成数据发送。

为了满足以上特征，系统需要有监控计算机输出数据，其数据依照ps2数据格式，具体描述如下，流程如图6，所产生的电平信号如图7所示，具体步骤如下：

1）监测clk，当clk被计算机系统抑制时间超过100微秒，进入步骤2）否则退出

2）监测data，当data被计算机系统抑制，等待再次被释放进入步骤3）

3）等待计算机释放clk进入步骤4）

4）产生11个时钟周期，同时在产生上升沿时记录数据。

5）检查数据是否满足要求：

5.1）起始位，第一位为0；

5.2）第二位到第九位为数据位；

5.3）第十位为奇偶校验位；

5.4）第十一位为终止位。

若满足要求，截取第二位至第九位，为获取到的数据。

在不脱离本发明精神和范围的前提下，利用其它嵌入式平台或其它协议等变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。

本发明的应用场景：

作为大型数字化智能设备如大型医疗检测治疗设备、数字化机床、流水线机械手臂等设备的输入设备。

本发明关键技术在于在android嵌入式设备上通过对普适物理键盘的信号进行模拟，对应产生相应的信号，实现与计算机系统的交互的方法；通过提供人机交互API，实现低模拟操作的具体映射，以支持丰富人机交互界面的开发，并方便设计编译利用智能平板平台的其他资源，实现更广泛的使用。

利用其它android嵌入式设备或其它输入协议等变化和改进，实现对其他协议下的键盘或鼠标等输入设备虚拟；通过利用android嵌入式设备自身搭载的其他资源，优化使用方法，例如使用wifi，有线网络、蓝牙等资源扩展使用范围；又或者利用外接存储设备，实现自动输入功能等。这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。

Claims

1.一种基于智能平板的免驱动快速响应输入设备，其特征在于：包含图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件;

所述图形化界面，是基于android嵌入式设备的人机交互界面，产生与应用相关联的输入界面，获取人机输入，通过查表转化为底层输入信号;

所述人机交互API，提供键盘所需接口，包括键盘初始化方法、按下某键方法、放开某键方法，该API使底层I/O映射中间件对上层应用可见，通过调用操作系统层I/O映射中间件，实现相关操作;

所述I/O映射中间件，通过模拟PS2/USB机械物理键盘信号，实现以下计算机通信：键盘初始化、发送指定信息、监控计算机输出数据;

使用了图形化界面、人机交互API、I/O映射中间件，其I/O映射中间件具体工作流程如下，包括以下步骤：

步骤1）android嵌入式设备发送初始化请求指令；

步骤2）发送初始化请求指令后，等待计算机回复，超时或者收到错误回复则退回到步骤1）重新发送，正常回复则进入步骤3）；

步骤3）接收计算机发送初始化指令，超时或者收到错误指令回到步骤1）重新发送正常则进入步骤4）；

步骤4）根据计算机初始化指令，进行相应的回复，若收到重新使能指令，则完成初始化，进入步骤5），否则进行步骤3）；

步骤5）android嵌入式设备开始根据用户操作，传输相应指令，同时开始监控计算机输出数据。