CN103761005A - 采用恒流源的手写板装置 - Google Patents

Abstract

本发明采用恒流源的手写板装置，包括表笔、信号采集器、差分放大器、AD采样器、单片机和彩屏显示器。信号采集器与差分放大器、AD采样器和单片机依次相连。信号采集器包括恒流源、手写覆铜板和若干采样电阻，各采样电阻的一端分别与手写覆铜板的不同位置连接在一起，采样电阻的另一端与恒流源和表笔相串联。信号采集器采集多路电压信号，经差分放大器比较和AD采样器送到送至单片机，单片机确定表笔所在的坐标，并输出至彩屏显示器。本发明采用恒流源的手写板装置优点在于：以恒流源为激励，采集小信号经单片机处理后最终实时显示在彩屏上，电路简单，精度高，功耗低，汉字与图形显示实现了良好的人机界面。

Description

采用恒流源的手写板装置

技术领域

本发明涉及手写装置，特别涉及一种采用恒流源的手写板装置。

背景技术

传统的手写装置结构单一，系统繁冗，其电路都比较复杂，而且精度低，功耗较大，因此，成本上升，不利于广泛应用。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种采用恒流源的手写板装置，可以在覆铜板上采集小信号，经单片机处理后最终实时显示在彩屏上，实现电路简单，精度高，功耗低的良好效果。

为达到上述目的，本发明提供的采用恒流源的手写板装置，包括表笔和彩屏显示器，还包括信号采集器、差分放大器、AD采样器和单片机，信号采集器与差分放大器、AD采样器和单片机依次相连，信号采集器包括恒流源、手写覆铜板和若干采样电阻，各采样电阻的一端分别与手写覆铜板的不同位置连接在一起，采样电阻的另一端与恒流源和表笔相串联，信号采集器采集的多路电压信号，分别经差分放大器比较放大再经相应的AD采样器送至单片机，单片机确定表笔所在的坐标，并输出至彩屏显示器进行实时显示。

本发明采用恒流源的手写板装置，其中所述采样电阻为8个10Ω电阻，两两串联构成4个回路，该4个回路相互并联，4路采样电阻的一端分别与手写覆铜板四个角的位置相连，4路采样电阻的另一端与输出为30mA的恒流源相串联。

本发明采用恒流源的手写板装置，其中所述信号采集器输出的4路信号两两组合，分别输入每个差分放大器的2个信号输入端，4个差分放大器比较后，输出的4个信号分别输入相应的4个AD采样器。

本发明采用恒流源的手写板装置，其中所述AD采样器采用型号为AD620AN的仪表放大器构成，单片机采用型号为MSP430的低功耗控制器。

本发明采用恒流源的手写板装置的优点和积极效果在于：由于设置了低功耗控制器的单片机，以恒流源为激励，采集小信号经AD采样放大转换为数字量，单片机处理后最终实时显示在彩屏上，电路简单，精度高，功耗低，汉字与图形显示实现了良好的人机界面。

下面结合实施例详细描述本发明提供的采用恒流源的手写板装置的技术方案。

附图说明

图1是本发明采用恒流源的手写板装置的结构方框图；

图2是信号采集器的电路原理图；

图3是恒流源的电路原理图；

图4是差分放大器的电路原理图；

图5是电源的电路原理图；

图6是单片机的控制流程图。

具体实施方式

本发明提供的采用恒流源的手写板装置，采用小信号放大的方式来判别位置。用恒流源输出电流，由于表笔所在手写覆铜板位置的不同，线路采集到的电压值也会不同，将采集到的电压信号通过小信号放大器放大，再通过AD模数转换器转换为数字信号给单片机，从而判别位置。

参照图1，本发明提供的采用恒流源的手写板装置，包括表笔、手写覆铜板、信号采集器、差分放大器、AD采样器、单片机和彩屏显示器。其中，信号采集器与差分放大器、AD采样器和单片机依次相连。

参照图2，信号采集器包括恒流源和若干采样电阻，各采样电阻的一端分别与手写覆铜板的不同位置连接在一起，采样电阻的另一端与恒流源和表笔相串联。信号采集器采集的多路电压信号，分别经差分放大器比较放大再经AD采样器送到送至单片机，单片机确定表笔所在的坐标，并输出至彩屏显示器进行实时显示。

在本发明提供的采用恒流源的手写板装置的实施例中，采样电阻为8个10Ω电阻，两两串联构成4个回路，该4个回路相互并联，4路采样电阻的一端分别与手写覆铜板四个角的位置相连，4路采样电阻的另一端与输出为30mA的恒流源相串联。由采样电阻两两串联的结点输出构成4路采样电压信号，图中采样1、采样2、采样3和采样4所示。

参照图3，恒流源采用TL431可控精密稳压源电路接成，其内部有一个2.5V的基准电压，通过计算公式

$\mathrm{Iout}=\frac{\mathrm{Vref}}{R2}$

调节R2,使输出的电流恒为30mA。

恒流源输出的30mA电流分别采集到覆铜板4个角的电压信号，因为电阻的热功率不能大于0.01W，电流经测试选用30mA，由公式

$R=\frac{P}{I^2}=\frac{0.01}{{0.03}^2}\mathrm{\Ω}=11.11\mathrm{\Ω}$

因此我们选用10Ω的电阻作为采样电阻。

信号采集器输出的4路信号两两组合，分别输入每个差分放大器的2个信号输入端，4个差分放大器比较后，输出的4个信号分别输入相应的4个AD采样器。

鉴于电压信号只有毫伏级，而AD采集不到这么微弱的信号，因此采用仪用放大器AD620AN构成差分放大电路来放大信号。参照图4，AD620AN是高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。并且AD620AN功耗很低，外围电路简单，且能够抑制外界噪声，因此在精度，放大倍数，功耗上都满足要求。

将4路信号两两输入至差放的信号输入端，根据4路输出信号的大小，从而判断表笔所在手写覆铜板的位置。

在本发明提供的采用恒流源的手写板装置其他的实施例中，采样电阻也可以根据测量点的多少用与上面不同的数量来构成。

单片机采用型号为MSP430的低功耗控制器，其最低功耗仅为360nA，通过比较不同位置的电压，从而确定表笔所在的坐标，最终实现在彩屏显示器上的实时显示。

因为本题规定电源供电必须为单12V供电，而运放的输入电压为±5V，并且恒流源的地必须与运放共地，参照图5，使用隔离稳压的DC-DC电源模块，将12V电压转换为±5V。采用30mA的恒流源，由P=UI=12*0.03 W=0.36W得知功耗远小于1.5W。

在本发明提供的采用恒流源的手写板装置的实施例中，测试数据时，将表笔分别放在分区的每一个方格中，通过比较不同点的四路AD采样值，将每一方格对应值的范围记录在数组中，单片机通过查表的方法，得出该点的坐标值。坐标分辨率记录表如表1所示：

表1坐标分辨率

	1	2	3
				坐标值分辨率	10mm	8mm	6mm
绝对误差	5mm	4mm	3mm

结论：能够实现当坐标值的分辨率为6mm时，绝对误差不大于3mm。

绘图功能的完成情况如表2所示：

表2绘图功能完成情况

圆的直径（mm）	完成与否	完成时间
			8	完成	/
12	完成	/
			20	完成	8s

结论：能够绘出三个不同直径的圆，并且20mm的圆只用了8s，满足题目要求。

使用本发明采用恒流源的手写板装置，参照图6，系统程序在系统初始化后显示基本信息，然后开始检测是否有键按下，如果没有，则AD采集回路电压输出并将数字量送至单片机进行处理，从而判断出位置，进一步实现绘图显示等功能。如果按键有按下，则先清屏，将显示过的位置等刷新，进行下一次扫描检测。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种采用恒流源的手写板装置，包括表笔和彩屏显示器，其特征在于：还包括信号采集器、差分放大器、AD采样器和单片机，所述信号采集器与所述差分放大器、AD采样器和单片机依次相连，所述信号采集器包括恒流源、手写覆铜板和若干采样电阻，各采样电阻的一端分别与所述手写覆铜板的不同位置连接在一起，所述采样电阻的另一端与所述恒流源和表笔相串联，所述信号采集器采集的多路电压信号，分别经所述差分放大器比较放大再经相应的AD采样器送至所述单片机，所述单片机确定所述表笔所在的坐标，并输出至所述彩屏显示器进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的采用恒流源的手写板装置，其特征在于：其中所述采样电阻为8个10Ω电阻，两两串联构成4个回路，该4个回路相互并联，4路采样电阻的一端分别与手写覆铜板四个角的位置相连，4路采样电阻的另一端与输出为30mA的恒流源相串联。

3.根据权利要求2所述的采用恒流源的手写板装置，其特征在于：其中所述信号采集器输出的4路信号两两组合，分别输入每个差分放大器的2个信号输入端，4个差分放大器比较后，输出的4个信号分别输入相应的4个AD采样器。

4.根据权利要求3所述的采用恒流源的手写板装置，其特征在于：其中所述AD采样器采用型号为AD620AN的仪表放大器构成，单片机采用型号为MSP430的低功耗控制器。

Images