CN1194282C - 用于计算机录入的无线、无源手写装置 - Google Patents

Abstract

用于计算机录入的无线无源的手写装置属于计算机外围设备，该手写装置能把手写轨迹转化成为数字量-X、Y坐标，然后输入计算机，配合相应的驱动程序及应用软件，可以把手写板上所画的轨迹直接显示在计算机的屏幕上。该无线无源的手写装置的特点是发射和接收分别用Y、X方向上的线圈实现，具体是由副CPU(MCU2)产生方波，输入发射电路，发射出的电磁波输入笔电路内，形成谐振，再输出给接收电路，接收电路输出端接放大电路进行信号的放大，然后接入相角、幅值检测电路，进行相角和幅值上的检测，经过积分电路输入处理主CPU，实现无线无源笔手写功能。

Description

用于计算机录入的无线、无源手写装置

技术领域

本发明属于计算机外围设备，它的主要功能是把手写轨迹转化成数字量——X、Y坐标，然后输入计算机，配合相应的驱动程序以及应用软件，可以把用户在手写板上所画的轨迹直接反映在计算机的屏幕上。手写装置的主要应用领域在手写识别系统及绘画方面。

背景技术

现今手写板硬件厂商有日本的WACOM，台湾的AIPTEK，WINTIME和中国的汉王公司几家。经过多年的发展，手写板的技术已趋成熟，品种也增加了很多，如有线手写板、无线手写板、有线压感手写板，无线压感手写板等都已在市场上热卖，这些手写板从原理上还可分为电磁式、触摸式、超声波定位式、光电式等。目前，世界上生产无线无源手写板的公司主要是日本的WACOM公司，WACOM公司手写板的专利保护有两点，第一、它的发射线圈和接收线圈为同一个线圈。第二、它的工作方式为先发射一段时间与笔中谐振频率相同的电磁波，这样使笔中的电感电容谐振起来，然后停止发送，切换到接收状态。这样，笔里的电感电容失去外在的推动力，笔中的谐振波将会产生衰减振荡。以上过程如图3所示，然后通过放大和滤波电路把信号提取出来，最后求得X、Y坐标位置。

发明内容

本发明亦是一种无线、无源、有压力的手写装置。无线指的是手写笔与手写板之间没有线连接。无源指的是手写笔中没有电池。有压力指的是手写板可以感知笔的压力大小，本手写板测量X、Y坐标及笔压的技术要点如图1所示：由副CPU(MCU2)产生方波，输入发射电路，发射出的电磁波输入笔电路内，形成谐振，再输出给接收电路，接收电路输出端接放大电路进行信号的放大，然后接入相角、幅值检测电路，进行相角和幅值上的检测，经过积分电路输入处理主CPU，实现无线无源笔手写功能。其工作过程如下：由副CPU(MCU2)产生方波，输入发射电路，通过Y方向线圈连续发射电磁波，此波形如图2所示。根据傅利叶变换可知，方波中含有奇数倍频率的高次谐波，而手写笔里的电感电容所构成的谐振频率就是它的奇数倍，这样，笔中的谐振线圈感应到手写板上线圈发出的方波中的高次谐波，就会产生谐振；谐振信号被接收电路X方向线圈收到后，经过放大电路放大，再由相角、幅值检测电路把信号分解成I相和J相，最后把I相和J相通过积分电路输入处理主CPU，处理主CPU经过计算得到幅值和相角，其中幅值对应于X、Y坐标位置，相角与手写笔的压力成正比。因为当笔尖压下的时候，笔中的电感量发生变化，导致笔谐振的相位发生偏移，这样，测出这个相角，就可以得出笔当时的压力。

本发明的发射和接收分别用Y、X方向上的线圈实现，这点与WACOM公司的手写板不同。其次，本发明的发射和接收过程是连续进行的，而不是象WACOM公司那样使发射和接收是交错进行的。

附图说明

图1是用于计算机录入的无线、无源手写装置系统框图

图2是本发明的发射电磁波波形

图3是WACOM手写板谐振波衰减振荡波形

图4是本发明的发射电路和接收电路

图5是本发明的放大电路

图6是本发明的相角、幅值检测电路

图7是本发明的积分电路

图8是本发明的手写笔并联谐振回路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明的系统框图如图1所示：产生方波的副CPU接入发射电路，发射电路连续发射电磁波，手写笔电路接收发射电路发射的电磁波并形成谐振信号，谐振信号再连续反射给接收电路，接收谐振信号的接收电路再接放大电路进行信号的放大，然后接入相角、幅值检测电路，相角、幅值检测电路输出的信号再经积分电路接入处理主CPU。

本发明的发射电磁波波形如图2所示，它的周期为笔中电感电容谐振周期的奇数倍。

本发明的发射电路和接收电路如图4所示：其中Y方向为连续发射电路，通过顺序选通发射电路Y1、Y2……Y18……Y24，依次对应固定的接收电路X1、X2……X18……X24，根据收到信号的大小可以判断出手写笔在Y线圈中的位置，即手写笔在哪几个Y线圈的范围内，与此类似，依次固定选通发射电路Y1、Y2……Y18……Y24，而顺序选通接收电路X1、X2……X18……X24，则可以判断出手写笔在X线圈中的位置。其具体连接是：发射回路为Y方向，接收回路为X方向，L10、L11、L12、L13、L14、L15均为芯片，其中芯片L15、L14、L13用来实现发射功能，芯片L10、L11、L12用来实现接收功能，由副CPU(MCU2)产生的方波信号通过图4所示发射电路的TX+端分别接入芯片L15、L14、L13的第三管脚(X端口)，芯片L13的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接Y方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压，芯片L14的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接Y方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压，芯片L15的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接Y方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压。接收电路的RX+端分别接入芯片L10、L11、L12的第三管脚(X端口)，输出接收信号至放大电路，芯片L10的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接X方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压，芯片L11的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接X方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压，芯片L12的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别接X方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端都接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压。

本发明的放大电路如图5所示：其中包括由主CPU控制的自动增益电路，主要是消除笔离线路板距离远近造成的信号畸变，接收信号的RX+端分别并接电阻R1和电阻R2，电阻R2的另一端并接电阻R3和放大器IC12A的第二管脚，电阻R3的另一端分别接放大器IC12A的第一管脚、芯片IC14的第十二管脚和电阻R6，放大器IC12A的第四管脚接模拟地，电阻R1的另一端分别接电阻R4、电容C6和参考电压，电阻R4的另一端接放大器IC12A的第三管脚，电容C6的另一端分别接模拟地和电容C7，电容C7的另一端分别接放大器IC12A的第八管脚和电源VDD；电阻R6的另一端分别接芯片IC14的第十三管脚和电阻R7，电阻R7的另一端分别接芯片IC14的第十四管脚和电阻R8，电阻R8的另一端分别接芯片IC14的第十五管脚和电阻R9，电阻R9的另一端分别接芯片IC14的第一管脚和电阻R10，电阻R10的另一端分别接芯片IC14的第二管脚和电阻R11，电阻R11的另一端分别接芯片IC14的第四管脚和电阻R12，电阻R12的另一端分别接芯片IC14的第五管脚和电阻R13，电阻R13的另一端接参考电压；芯片IC14的第三管脚接电容C1，电容C1的另一端分别接电阻R16和放大器IC12B的第五管脚，电阻R16的另一端接参考电压，放大器IC12B输出放大信号的第七管脚接电阻R26，电阻R26的另一端分别接放大器IC12B的第六管脚和电阻R23，电阻R23的另一端接参考电压；芯片IC14的第十一管脚接GA信号，芯片IC14的第十管脚接GB信号，芯片IC14的第九管脚接GC信号，芯片IC14的第十六管脚分别接电源VDD和电容C14，电容C14的另一端及芯片IC14的第八、六、七管脚接模拟地。

本发明的相角幅值检测电路如图6所示：它的主要作用是把发送方波的上升沿和下降沿所产生的尖峰消除掉，使输入信号通过电子开关芯片IC8B、IC8C导通和截止的不同组合，分时输出两组相角相差90°的信号，此信号分别定义为I相和J相。具体线路按如下方式连接：经放大的信号从IN端输入，输入端IN分别并接放大器IC9A的第三管脚和电阻R17，电阻R17的另一端并接放大器IC9B的第六管脚和电阻R18，电阻R18的另一端并接放大器IC9B的第七管脚和芯片IC8B的第四管脚，放大器IC9B的第五管脚接电阻R19，电阻R19的另一端接参考电压，放大器IC9A的第一管脚分别并接放大器IC9A的第二管脚和芯片IC8C的第八管脚，放大器IC9A的第八管脚接电源VDD，放大器IC9A的第四管脚接模拟地。芯片IC8B的第五管脚接芯片MCU2的第二管脚，芯片IC8C的第六管脚接芯片MCU2的第三管脚，芯片IC8B的第三管脚和芯片IC8C的第九管脚相连，作为输出端，输出相角幅值检测后的信号；芯片MCU2的第十一管脚分别并接电容C4和电阻R28，电容C4和电阻R28的另一端相连，接入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极串接电容C3，电容C3的另一端并接电阻R29和TX-端，电阻R29的另一端接电源VEE，三极管Q1的集电极分别并接TX+端和电容C2，电容C2的另一端接TX-端。芯片MCU2的第五管脚接OSC时钟，芯片MCU2的第一管脚分别并接电阻R25和电容C5，电阻R25的另一端接电源VCC，电容C5接地，芯片MCU2的第六、七、八、九、四、十二、十三、十四管脚悬空，芯片MCU2的第十五管脚接DONE端，芯片MCU2的第十六管脚接CMDO端，芯片MCU2的第十七管脚接CMD1端，芯片MCU2的第十八管脚接CMD2端，芯片MCU2的第十九管脚接CMD3端，芯片MCU2的第二十管脚分别并接电源VCC和电容C19，电容C19的另一端分别并接芯片MCU2的第十管脚和接地。

本发明的积分电路如图7所示：其输入端IN接相角幅值检测电路的OUT端，共有I相和J相两组信号，两者相角相差90°，I相和J相通过积分电路输入处理主CPU，处理主CPU经过计算得到幅值和相角，其中幅值对应于坐标位置，相角对应于手写笔的压力值。经相角幅值检测后的信号从IN端输入，IN端接电阻R21，电阻R21的另一端分别并接到放大器IC10A的第二管脚、芯片IC8D的第十一管脚和电容C21，电容C21的另一端分别接芯片IC8D的第十管脚和放大器IC10A的第一管脚，芯片IC8D的第十二管脚接主CPU，放大器IC10A的第三管脚接参考电压，放大器IC10A的第四管脚接模拟地，放大器IC10A的第八管脚接电源VDD，放大器IC10A的第一管脚接电阻R20，电阻R20的另一端作为输出端接处理主CPU。

手写笔电路主要是由电容、电感组成的并联谐振回路，其电路连接如图8所示：电感L1并联可变电容C1及电容C2、C3、C4、C5、C6、C7，两并联端口分别接开关K1及串联的电阻R1，形成回路，其中开关K1为笔侧面开关，其作用相当于鼠标的右键。

本发明是一种无线、无源、有压力的手写装置，手写笔中为电感、电容组成的并联谐振回路，手写板中主要包括发射电路、接收电路、放大电路、相角幅值检测电路和积分电路，使用者在操作过程中手握住手写笔的笔杆，用适当的压力，在手写板上自由进行图画的描绘和字的书写(笔杆上的按键，其作用相当于鼠标的右键)，通过手写笔、手写板中的硬件及相应的应用软件，将使用者在手写板上所画的手写轨迹，反映在计算机的屏幕上，实现无线手写录入的目的，如：用手写笔在手写板上写一个“中”字，计算机屏幕上则立刻显示出“中”字，这大大方便了汉字的计算机录入。

Claims (8)

1.一种由手写板、手写笔组成的用于计算机录入的无线、无源手写装置，其特征在于手写笔与手写板之间没有连线，手写笔中没有电池，可以感知笔的压力的大小的手写板由发射电路，接收电路，放大电路，相角、幅值检测电路，积分电路构成；手写笔由电感和电容组成的并联谐振回路构成；上述电路之间的连接方式如下：产生方波的副CPU接入发射电路，发射电路连续发射电磁波，手写笔电路接收发射电路发射的电磁波并形成谐振信号，谐振信号再连续反射给接收电路，接收谐振信号的接收电路再接放大电路进行信号放大，然后接入相角、幅值检测电路，相角、幅值检测电路输出的信号再经积分电路接入处理主CPU。

2.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于：发射和接收电路由Y方向线圈、X方向线圈及芯片构成，其连接方式如下：接收电路的RX+端分别接入芯片L10、L11、L12的X端口第三管脚，芯片LI0、L11、L12各自的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别连接X方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压；由副CPU产生的方波信号通过发射电路的TX+端分别与芯片L13、L14、L15的X端口第三管脚连接，L13、L14、L15各芯片的X0~X7端口对应的第十三、十四、十五、十二、一、五、二、四管脚分别连接Y方向线圈，线圈的输出端接地，第六管脚INH端为片选端，第十一、十、九管脚对应的A端、B端、C端作为选通端接入主CPU，第七管脚VEE端接负电压。

3.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于手写板中放大电路按以下方式连接：接收信号的RX+端分别并接电阻R1和电阻R2，电阻R2的另一端并接电阻R3和放大器IC12A的第二管脚，电阻R3的另一端分别接放大器IC12A的第一管脚、芯片IC14的第十二管脚和电阻R6，放大器IC12A的第四管脚接模拟地，电阻R1的另一端分别接电阻R4、电容C6和参考电压，电阻R4的另一端接放大器IC12A的第三管脚，电容C6的另一端分别接模拟地和电容C7，电容C7的另一端分别接放大器IC12A的第八管脚和电源VDD；电阻R6的另一端分别接芯片IC14的第十三管脚和电阻R7，电阻R7的另一端分别接芯片IC14的第十四管脚和电阻R8，电阻R8的另一端分别接芯片IC14的第十五管脚和电阻R9，电阻R9的另一端分别接芯片IC14的第一管脚和电阻R10，电阻R10的另一端分别接芯片IC14的第二管脚和电阻R11，电阻R11的另一端分别接芯片IC14的第四管脚和电阻R12，电阻R12的另一端分别接芯片IC14的第五管脚和电阻R13，电阻R13的另一端接参考电压；芯片IC14的第三管脚接电容C1，电容C1的另一端分别接电阻R16和放大器IC12B的第五管脚，电阻R16的另一端接参考电压，放大器IC12B输出放大信号的第七管脚接电阻R26，电阻R26的另一端分别接放大器IC12B的第六管脚和电阻R23，电阻R23的另一端接参考电压；芯片IC14的第十一管脚接GA信号，芯片IC14的第十管脚接GB信号，芯片IC14的第九管脚接GC信号，芯片IC14的第十六管脚分别接电源VDD和电容C14，电容C14的另一端及芯片IC14的第八、六、七管脚接模拟地。

4.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于手写板中的相角幅值检测电路按以下方式连接：输入端IN分别并接放大器IC9A的第三管脚和电阻R17，电阻R17的另一端并接放大器IC9B的第六管脚和电阻R18，电阻R18的另一端并接放大器IC9B的第七管脚和芯片IC8B的第四管脚，放大器IC9B的第五管脚接电阻R19，电阻R19的另一端接参考电压，放大器IC9A的第一管脚分别并接放大器IC9A的第二管脚和芯片IC8C的第八管脚，放大器IC9A的第八管脚接电源VDD，放大器IC9A的第四管脚接模拟地。芯片IC8B的第五管脚接芯片MCU2的第二管脚，芯片IC8C的第六管脚接芯片MCU2的第三管脚，芯片IC8B的第三管脚和芯片IC8C的第九管脚相连，作为输出端，输出相角幅值检测后的信号；芯片MCU2的第十一管脚分别并接电容C4和电阻R28，电容C4和电阻R28的另一端相连，接入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极串接电容C3，电容C3的另一端并接电阻R29和TX-端，电阻R29的另一端接电源VEE，三极管Q1的集电极分别并接TX+端和电容C2，电容C2的另一端接TX-端。芯片MCU2的第五管脚接OSC时钟，芯片MCU2的第一管脚分别并接电阻R25和电容C5，电阻R25的另一端接电源VCC，电容C5接地，芯片MCU2的第六、七、八、九、四、十二、十三、十四管脚悬空，芯片MCU2的第十五管脚接DONE端，芯片MCU2的第十六管脚接CMD0端，芯片MCU2的第十七管脚接CMD1端，芯片MCU2的第十八管脚接CMD2端，芯片MCU2的第十九管脚接CMD3端，芯片MCU2的第二十管脚分别并接电源VCC和电容C19，电容C19的另一端分别并接芯片MCU2的第十管脚和接地。

5.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于：手写板中的积分电路按如下方式连接：IN端接电阻R21，电阻R21的另一端分别并接到放大器IC10A的第二管脚、芯片IC8D的第十一管脚和电容C21，电容C21的另一端分别接芯片IC8D的第十管脚和放大器IC10A的第一管脚，芯片IC8D的第十二管脚接主CPU，放大器IC10A的第三管脚接参考电压，放大器IC10A的第四管脚接模拟地，放大器IC10A的第八管脚接电源VDD，放大器IC10A的第一管脚接电阻R20，电阻R20的另一端作为输出端接处理主CPU。

6.根据权利要求5所述的手写装置，其特征在于所述的积分电路的输入端接相角幅值检测电路的OUT端，并分别产生两组信号I相及J相，相角差90°。

7.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于：手写笔并联谐振回路按以下方式构成：电感L1与可变电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7并联连接，两并联端口分别与开关K1及电阻R1相连，开关K1的另一端与电阻R1的另一端相连，形成回路。

8.根据权利要求1所述的手写装置，其特征在于：手写笔的开关K1相当于鼠标的右键，装在手写笔杆上。

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