CN103713748A - 一种用于光学式交互桌面的压力敏感型交互笔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，属于计算机技术领域。包括：用于使用者施加压力的交互笔导光笔尖，用于根据中央处理器的控制信号发出红外光的红外发光二极管，用于接收来自交互笔笔尖的压力的压变电阻，用于接收压变电阻的电阻信号的信号放大器，用于使用者远程指点交互内容的激光二极管，用于为使用者向交互笔输入不同的交互操作信号的开关，用于对交互笔进行控制的中央处理器以及用于使中央处理器与计算机进行实现通信的射频芯片。本交互笔具有功能完善、可靠性好，信号精度高、交互通道多等优点，而且本发明交互笔十分适合基于DI和FTIR的交互桌面，同时也可以工作于表面光波型交互桌面，例如线阵激光平面等。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，属于计算机技术领域。
背景技术
近年来，交互式桌面和交互式墙面也取得了很大的进步，越来越多地应用到展览馆和办公室当中。同时交互笔技术也得到了长足的发展，例如可在平板电脑Tablet PC上的电磁式书写笔，与书写板配合使用的Wacom数码笔，以及可用于交互桌面和墙面的远程交互激光笔等。
笔式输入是人与交互表面交互式输入的一个重要部分，包括自然的书写以及远程的指点功能。一般来讲，交互笔工作在一个属于个人的交互表面例如平板电脑和手写板上面，手写板可以感知到交互笔的触点位置输入，而近年来Wacom手写板还具有压力感知功能。而桌面和墙面上的人机交互模式则与手写板和Wacom不同，它们更注重多人协同功能，即多个用户在同一表面上并发输入和协同工作；同时，交互桌面和交互墙面一般都是基于计算机视觉方式工作而不是电磁方式，已有的电磁式交互笔不能在这类表面上工作。
在交互表面的书写笔中，现有的实现方法主要包括压感表面的笔式输入，即交互笔直接在有压力感应能力的表面上书写，对交互笔材质无明确要求，这种技术最常见的是电阻式触摸屏上的触摸笔；电磁感应式交互笔，在平板电脑中比较常见，主要原理是靠电磁笔在运动过程中和交互面板下方的感应器产生的磁场变化来识别位置；Wacom公司的手写板系列还提供压力感应功能，可以精确输入压力值。但是它们对基于视觉的交互式表面不能提供很好的支持。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，改变已有交互笔的结构，使其能够工作于任何基于视觉的交互式表面，并能提供压力级别和多人工作支持，同时还具备激光笔的远程交互功能。
本发明提出的用于计算机光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，包括：
交互笔导光笔尖，用于交互笔使用者施加一个压力，将该压力传递给压变电阻，同时将红外发光二极管发出的红外光传导到笔尖与交互桌面相接触的接触点上，所述的交互笔导光笔尖安装在交互笔的端部；
红外发光二极管，用于根据中央处理器的控制信号发出红外光，红外发光二极管置于交互笔导光笔尖内，红外发光二极管通过信号线与中央处理器相连；
压变电阻，用于接收来自交互笔笔尖的压力，并将该压力转换为电阻，所述的压变电阻置于交互笔的笔体内；
信号放大器，用于接收压变电阻的电阻信号，并将该电阻信号转换为电压信号，所述的信号放大器的输入端与压变电阻相连，信号放大器的输出端与中央处理器相连；
激光二极管，用于交互笔使用者远程指点交互内容，所述的激光二极管与中央处理器相连；
远程指点开关，用于交互笔使用者控制远程指点操作，所述的远程指点开关与激光二极管相连；
多个普通开关，用于为交互笔使用者向交互笔输入不同的交互操作信号，所述的普通开关安装在交互笔的笔体上；
中央处理器，用于接收信号放大器的电压信号，将该电压信号转换为数字信号，根据该数字信号，对与设定的电压阈值相对应的数字信号进行比对，根据比对结果对红外发光二极管进行控制，同时接收远程指点开关和普通开关的开关信号，根据远程指点开关的开关信号，向射频芯片发送远程指点开关的通断状态，将普通开关的开关信号发送到射频芯片；
射频芯片，用于发送来自中央处理器的数据信号，并将来自计算机的数据信号发送至中央处理器，所述的射频芯片与中央处理器相连。
本发明提出的用于计算机光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，其优点是：
1、本发明提出的用于计算机光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，同时支持多人远程交互功能的交互笔。具有良好导光性的笔头安装在笔身最前端，当其工作在基于视觉的触摸式交互表面上时，笔头与交互平面的接触点会有红外光点产生，并被交互所捕获；同时交互笔导光笔尖内嵌压力传感器，可以提供数字化的压力值输出。笔身为有按键设计，一个按键用于点亮位于笔前端、笔尖附近的红外激光管，可以用来远距离指点；另外普通开关可根据需分配功能，例如用来模拟鼠标左右键。同时本交互笔还含有射频模块，可提供多达10只笔的同时工作的能力。本发明所提出的交互笔具有功能完善、可靠性好，信号精度高、交互通道多等优点。
本发明提出的交互笔接触到交互表面时，会在笔尖处发出与交互表面红外波长相同的红外光点，会被交互桌面的视觉系统所捕捉并识别，十分适合基于DI和FTIR的交互桌面，同时由于笔尖会隔断红外光，本交互笔也同样可以工作于表面光波型交互桌面，例如LLP，即线阵激光平面。与此同时，笔内部含有压力传感模块和RFID模块，配合接收器和相应软件，可以提供压力感应输出和多笔支持。
附图说明
图1是本发明提出的用于光学式交互桌面的压力敏感型交互笔的电路原理图。
图1中，1是远程指点开关，2是普通开关，3是普通开关，4是中央处理器，5是红外发光二极管，6是射频芯片，7是压变电阻，8是信号放大器，9是激光二极管。
具体实施方式
本发明提出的用于计算机光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，其结构如图1所示，包括：
交互笔导光笔尖（图中未示出），用于交互笔使用者施加一个压力，将该压力传递给压变电阻，同时将红外发光二极管发出的红外光传导到笔尖与交互桌面相接触的接触点上，所述的交互笔导光笔尖安装在交互笔的端部；
红外发光二极管5，用于根据中央处理器的控制信号发出红外光，红外发光二极管置于交互笔导光笔尖内，红外发光二极管通过信号线与中央处理器相连；
压变电阻7，用于接收来自交互笔笔尖的压力，并将该压力转换为电阻，所述的压变电阻置于交互笔的笔体内；
信号放大器8，用于接收压变电阻的电阻信号，并将该电阻信号转换为电压信号，所述的信号放大器的输入端与压变电阻相连，信号放大器的输出端与中央处理器相连；
激光二极管9，用于交互笔使用者远程指点交互内容，所述的激光二极管与中央处理器相连；
远程指点开关1，用于交互笔使用者控制远程指点操作，所述的远程指点开关与激光二极管相连；
多个普通开关2和3，用于为交互笔使用者向交互笔输入不同的交互操作信号，所述的普通开关安装在交互笔的笔体上；
中央处理器4，用于接收信号放大器的电压信号，将该电压信号转换为数字信号，根据该数字信号，对与设定的电压阈值相对应的数字信号进行比对，根据比对结果对红外发光二极管进行控制，同时接收远程指点开关和普通开关的开关信号，根据远程指点开关的开关信号，向射频芯片发送远程指点开关的通断状态，将普通开关的开关信号发送到射频芯片；
射频芯片6，用于发送来自中央处理器的数据信号，并将来自计算机的数据信号发送至中央处理器，所述的射频芯片与中央处理器相连。
以下详细介绍本发明交互笔的工作原理和工作过程。
在本发明中，所述的交互笔需与计算机配合使用，交互笔通过自身的射频芯片将工作状态发送出去，与计算机相连的射频收发器与交互笔的射频芯片相匹配，收发器接收到交互笔的信息，传输至计算机，计算机端运行相应的应用软件和交互笔管理软件，通过收发器将计算机的控制命令发送至交互笔的射频芯片，最终被交互笔的中央处理器所接收，并作出相应的回应。
在本发明所述的交互笔中，导光笔尖安装于笔杆前端，交互笔使用者用本发明的交互笔在交互桌面上书写时，施加于笔身的压力通过笔尖传导至压变电阻上，压变电阻的阻值与所施加的压力是一一对应的函数关系。压变电阻的阻值通过信号放大器转换为电压信号，并被中央处理器所获知。中央处理内嵌的模拟数字转换模块将电压信号转换为数字信号，将该数字信号与设定的电压阈值所对应的数字信号（也即所设定的压力阈值所对应的数字信号）进行比对，若大于设定的阈值，则点亮红外发光二极管，并通过射频芯片将压力值发送出去，红外发光二极管发出的红外光通过导光笔尖传导至于交互桌面接触的点，并被交互桌面所捕获并传递至计算机从而完成交互输入的识别。若交互笔的远程指点开关被使用者按下，则激光二极管发光，用于指示内容，同时远程指点开关的开关信息被中央处理器所得知，通过射频芯片发送出去。在交互笔使用者使用过程中，若交互笔上的普通开关被按下，中央处理器同样会将其工作状态发送出去，与计算机相连的接收器接收到所述交互笔的工作状态信息后，传递给计算机的应用软件，应用软件作出相应的回应。
在本发明中，若存在多只所述的交互笔，则每只交互笔与一个射频收发器相匹配并连接至同一台或多台计算机，不同的交互笔采用不同的收发频段，保证互相之间的射频信号传输不受干扰；不同交互笔发出的红外光点与所述交互笔的匹配过程在计算机端完成。
本发明交互笔的一个实施例中，所用的是远程指点开关由BX公司生产，产品型号为bx4408w，中央处理器由Atmel公司生产，产品型号为ATMega 8L，5是红外发光二极管由欧司朗公司生产，产品型号为SFH487，6是射频芯片由Nordic半导体公司生产，产品型号为nRF24L01，压变电阻由SparkFun公司生产，产品型号为SEN-09375，8是信号放大器由TI公司生产，产品型号为LM158，9是激光二极管由日亚公司生产，产品型号为NDB-7875B。
Claims (1)
1.一种用于计算机光学式交互桌面的压力敏感型交互笔，其特征在于该交互笔包括：
交互笔导光笔尖，用于交互笔使用者施加一个压力，将该压力传递给压变电阻，同时将红外发光二极管发出的红外光传导到笔尖与交互桌面相接触的接触点上，所述的交互笔导光笔尖安装在交互笔的端部；
红外发光二极管，用于根据中央处理器的控制信号发出红外光，红外发光二极管置于交互笔导光笔尖内，红外发光二极管通过信号线与中央处理器相连；
压变电阻，用于接收来自交互笔笔尖的压力，并将该压力转换为电阻，所述的压变电阻置于交互笔的笔体内；
信号放大器，用于接收压变电阻的电阻信号，并将该电阻信号转换为电压信号，所述的信号放大器的输入端与压变电阻相连，信号放大器的输出端与中央处理器相连；
激光二极管，用于交互笔使用者远程指点交互内容，所述的激光二极管与中央处理器相连；
远程指点开关，用于交互笔使用者控制远程指点操作，所述的远程指点开关与激光二极管相连；
多个普通开关，用于为交互笔使用者向交互笔输入不同的交互操作信号，所述的普通开关安装在交互笔的笔体上；
中央处理器，用于接收信号放大器的电压信号，将该电压信号转换为数字信号，根据该数字信号，对与设定的电压阈值相对应的数字信号进行比对，根据比对结果对红外发光二极管进行控制，同时接收远程指点开关和普通开关的开关信号，根据远程指点开关的开关信号，向射频芯片发送远程指点开关的通断状态，将普通开关的开关信号发送到射频芯片；
射频芯片，用于发送来自中央处理器的数据信号，并将来自计算机的数据信号发送至中央处理器，所述的射频芯片与中央处理器相连。
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Cited By (2)
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