CN1344983A - 超声波手写键盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波手写键盘,用于计算机的手写输入。在本发明中,将超声波手写定位系统中的两个或两个以上的超声波换能器,安装在普通PC机键盘侧面包括键盘外壳、活动臂在内的结构件上,并利用电缆、红外线、超声波等通信方式提供基准时间,通过检测手写笔所发射或反射的超声波,在空气中传播的渡越时间或其差值,实现手写笔的定位。系统的电路部分采用插接连接的电路板形式,安装在键盘侧面的插口内。

Description

超声波手写键盘

本发明属于超声传感技术领域，主要应用于计算机多媒体技术中手写输入技术领域，是一种在普通PC机键盘上使用超声波传感定位技术，对手写笔的位置坐标进行检测定位的装置。

使用手写笔进行文字输入和功能操作，已经被广泛应用在如PC机等各种个人设备上。现有的这些设备使用的输入部件都是各种手写板，如电阻膜手写板、电磁感应手写板、电容触控手写板等几种。这些手写板产品，大部分都是以计算机外设的形态供使用者选购，小部分产品与键盘结合到了一起构成手写键盘供用户使用。这些种类的手写板和手写键盘分别有如下缺点：第一，因原材料和工艺的原因，生产成本居高不下，严重地限制了这类产品在包括中国

  在内、最需要手写功能的藏汉语系国家内普及使用。第二，这类产品的生产成本随其有效使用面积的增大而迅速增加，因此现有售价稍低的

  产品，包括手写键盘在内，使用面积都不大，不能满足用户的多种需求。第三，成本相对较低的电阻膜产品，受其原理和材料限制而使用寿命较短，尺寸越大越

  容易损坏；而且当其面积达到一定数值之后，生产成本也讯速攀升。第四，对于手写键盘，因为手写板安装在键盘上而破坏了键盘键位的分布，而且手写板

  的位置较高，所以不适合一般用户的使用习惯。第五，现有产品都需要一块供手写笔书写的“底板”作为传感器，因此对于同时还使用

  鼠标的用户，手写板的安放位置也是一个问题。

  现有另外的一类技术，是使用超声波来实现手写笔位置坐标的检测，如号码为5,637,839和5,308,936的美国专利申请所公开的手写输入技术、申请号或专利号为98101325.2、98101663.4、98242235和98247481.2的中国专利申请，以及申请号为00222081.0的专利所公开的在其它产品上的应用，都提供了一种利用声波或超声波技术对写字笔、触摸点的坐标进行传感、检测的技术，应用于计算机多媒体输入领域。中国专利99207552.1还公开了一种可以用于上述专利的超声波换能器。这些专利申请所公开的技术，提供了一种新的手写输入手段，具有生产成本低的优点，具有广泛的应用潜力。但这些技术内容，对于产品的生产和使用者来讲，依然有着各种各样的缺点：有的同样需要一块“底板”，而且传感器的成本较高；有的只是公开了一种原理而缺少具体应用的结构；有的是在其它产品上的应用。对于最终用户而言，他们需要的是一种价格底、使用方便的产品或功能，这些技术都不能满足这种需求。

本发明的目的，就是针对上述的缺点和问题，突破前述超声波传感技术的应用模式，公开了一种将超声波手写输入技术与PC机键盘集成应用的技术方案，向用户提供一种售价低廉、使用方便的超声波手写键盘。

完成这一发明目的的技术方案有四种，它们的共同内容，都包含一个PC机键盘，一套由超声波发射器及其发射电路、多个超声波接收器及与其配合的超声波信号接收处理电路通道；以及用于检测超声波在空气中传播的渡越时间的单片机系统；和一只手写笔构成的超声波手写笔位置坐标检测传感系统；在本发明中，所述的超声波手写笔位置坐标检测传感系统中的超声波换能器，至少有两只安装在PC机键盘壳体侧面的结构件上，并且其坐标位置在某一指定坐标系内是已知的；这些接收传感器的超声波传感工作面指向壳体外部的空间。

对于不同的具体结构，本发明有如下四个同一原理而不同细节的技术方案。

第一种方案：在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有2只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收传感器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器，该发射器通过一条电缆，与手写笔位置坐标检测传感系统内的超声波发射电路相连接；超声波接收传感器配合手写笔位置坐标检测传感系统，测量得到超声波从发射器到2个接收器的渡越时间。由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以通过电缆的同步计时，再通过设备内的微处理器计算，就可以得到超声波发射器，即手写笔的书写端在某个时刻在上述制定坐标系内的坐标值。

第二种方案：在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有3只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收传感器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器和一套超声波脉冲发生、控制、驱动电路。超声波接收传感器配合设备内部的超声波接收电路、计时电路，能够测量得到超声波从发射器到3个接收器的渡越时间的差值。由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以再通过设备内的微处理器计算，就可以得到超声波发射器在这一指定坐标系内的坐标值。这里的3只传感器中的任何一只及其配套连接的信号处理电路，都可能起着计时时间基准的作用，其接收到的超声波信号的时刻，作为检测其它2只传感器与该传感器之间渡越时间差值检测的基准。

第三种方案：在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有2只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器和一套超声波脉冲发生和驱动电路；该发射器及其驱动电路，通过包含红外线、无线电波及其发射、接收电路来标定计时的时间基准，启动与超声波接收器配合的接收电路、计时电路，就能够分别测量得到超声波从发射器到2个接收器的渡越时间。同上所述，再经过设备内的微处理器的计算，就可以得到该发射器，即手写笔书写端在某个时间点上在这一指定坐标系内的坐标值。

第四种方案：在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有3只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波传感器；这些传感器中有2只是超声波接收器，1只是超声波发射器；在手写笔的书写端安装有一个超声波反射器。超声波发射器、接收器超声波脉冲发生和驱动电路、超声波接收电路、计时电路，能够测量得到超声波从发射器被发射出，到被反射器反射，分别到达2接收器这个过程的渡越时间。同上所述，再经过设备内的微处理器的计算，就可以得到该反射器，即手写笔书写端在某个时间点上在这一指定坐标系内的坐标值。

在上述四种方案中，只要连续检测手写笔的书写端在不同时间点的坐标值，就形成了运动轨迹。这四种方案所涉及到的超声波脉冲的发生、驱动、接收和计时电路部分，以及微处理器的计算过程，都是现有的成熟技术，具体细节请参见上述的专利文件，以及专利号为98242237的专利文件，在此不再详述。

这里所述换能器，泛指超声波发射和接收器，工作面是指超声波换能器发射或接收超声波的表面。

对于超声波手写笔位置坐标检测传感系统的电路部分，有两种安装方式：第一种是直接安装在键盘壳体的内部；第二种是以电路板卡的形式，通过键盘壳体上的插口安装到键盘上，供使用者选购。

这里所说的PC机键盘壳体侧面的结构件，可以是键盘壳体的侧面，也可以是在该壳体上连接的折叠臂，以及与壳体通过滑动卡槽、插孔安装的伸缩臂等结构件。

综合上述技术特点，可以看到本发明的超声波手写键盘有如下优点：第一，普通的手写板或手写键盘，输入传感器的成本占到总成本的70％以上，而本发明

中使用的超声波换能器的价格非常低廉，只占手写板或手写键盘总成本的1/15-

1/10，极大地降低了手写板或手写键盘的成本，奠定手写输入的普及的基础；第二，由于超声波换能器占总成本的比例非常低，所以可以实现在所有键盘上都预装传

  感器，为所有用户预装“手写输入”功能而基本上不影响键盘的成本和功能，再

  将电路部分做成“板卡”形式供用户单独选购，这样可以达到极大的市场占有

  率，进一步为本发明的普及创造条件：第三，因为由于超声波换能器安装在键盘的侧面，所以手写输入的区域不占用键盘部分

  的面积，也就不会因为改变键盘结构而影响使用者的操作习惯；第四，因为上述换能器的安装结构将键盘壳体外侧的空间变成手写输入区域，所以极大

  地扩展了可用的输入区域，不受普通手写板或手写键盘所固定的书写面积的限

  制，能够实现包括图形在内的各种内容输入和操作、符合人机工程要求。

附图说明：

图1手写键盘的外形和输入区域示意图

图2方案一给出的手写键盘的超声波接收器在键盘侧面的安装位置示意图

图3方案一给出的手写键盘的手写笔的结构示意图

图4方案二给出的手写键盘的超声波接收器在键盘侧面的安装位置示意图

图5方案二所示的手写键盘的无线手写笔的结构示意图

图6方案三给出的手写键盘的各种传感器在键盘侧面的安装位置示意图

图7方案三所示的手写键盘的无线手写笔的结构示意图

图8安装各种传感器的折叠臂在键盘的右侧的安装结构示意图

图9a方案四使用的一种无线手写笔的外部结构图

图9b方案四使用的另一种无线手写笔的外部结构图

图10方案四给出的手写键盘的各种传感器在键盘侧面的安装位置示意图

图11板卡形式的电路部分在手写键盘上安装的结构示意图

图12方案二、三使用的手写笔的电路原理方框图

图13方案一使用的电路部分的原理方框图

图14方案二使用的电路部分的原理方框图

图15方案三使用的电路部分一种原理方框图

图16方案三使用的手写笔的另一种电路原理方框图

图17方案三使用的电路部分的另一种原理方框图

图18方案四使用的电路部分一种原理方框图

图19一种伸缩臂在键盘侧面的安装结构示意图

下面结合几个实施例来详细说明本发明的几种具体结构方案，以及相关电路的主要

技术内容。

图1表示出了本发明手写键盘外形轮廓和输入区域的示意图。图中，101表示普通的PC键盘的壳体，102表示键盘上的按键；键盘右边的长圆形区域103表示超声波检测定位有效区域。在上述的该区域内，可以根据实际操作的需要，设定一个有效操作区域104；在该区域内，专用手写笔105所在的位置，能够与计算机显示屏幕上的某个点相对应，或者说在PC机的显示器上能够得到手写笔105所在位置的唯一映射。这种映射可以通过驱动软件调整区域104的尺寸而得到。有效检测区域103的大小由超声波发射和接收器的灵敏度、超声波发射功率的大小等因素决定。专用笔的结构、形式，由所采用的超声波发射接收的结构方案所决定，将在后面介绍不同的结构方案时介绍。图1中示例的专用笔是一只有线笔，与键盘通过连接电缆108相连接，键盘通过电缆106、107与PC机的键盘接口和COM或USB口相连接。

图2是本发明的第一种方案中传感器的安装结构，即图1示例的有线笔方案中传感器的安装结构。图中201、202是两只超声波接收传感器(阴影表示防护网)，203表示键盘壳体上安装所述两只传感器的侧面，在本图中是键盘的右侧侧面。在本图和以后的各个图中，超声波换能器(发射和接收器)的安装位置是指定的，或者说在某个指定的坐标系内是已知的。这种要求很容易得到满足，因为当换能器安装到键盘上以后，可以通过在键盘上设置一个坐标系来实现这个条件。另外，为叙述方便，以后将“超声波手写笔位置坐标检测传感系统”中不包含手写笔所安装的电路部分(模拟电路和单片机系统)称之为“主定位系统”。图2中的超声波接收器直接与超声波信号接收、处理电路连接，接收到的超声波信号，被主定位系统处理，得到超声波脉冲在空气中的传播到达两个接收器所需的渡越时间。有了这两个渡越时间，就能够计算得到手写笔书写端所在位置的坐标值，连续检测这些坐标值，就可以得到手写笔书写的笔迹数据。在这个方案中，主定位系统内的超声波驱动、发射电路，则通过电缆108与手写笔105相连接。在这套方案中，手写笔的结构比较简单，如图3所示，由笔杆301、安装在书写端306附近的超声波发射器302、超声波扩散孔303、及笔杆内部的导线305构成。如果考虑到实际操作时的必要功能，则可以模拟鼠标的形式，在手写笔上安装两个或更多的按键开关，图中的304就是这些开关中的一个，安装在笔杆上，可以定义为设备右键的功能。模仿普通手写笔的结构，另外一个更重要的按键开关可以定义为鼠标的左键(图中未画出)，安装在手写笔的书写端306与笔杆301之间。

图13就是这种方案所使用的主定位系统的电路原理方框图。在该图中，1301是一个超声波信号驱动发射电路；1302是一只超声波发射器，即图3中的发射器302，1303是图1、2、3中的连接电缆108。1310、1311是前述两个实现鼠标左右键操作的按键，当然也通过电缆108与手写笔连接。如果将这两个按键设置成为高电平或低电平有效，则电缆108之中最多只需要4条芯线，他们是：电源或地线、超声波驱动线、两条按键连接线；如果再使用模拟电平比较电路，将按键设置成为不同电平有效，则电缆的芯线数量可以减少到3条。因此，这条电缆可以很细，不会给使用者造成不便；而电缆的好处则在于能够避免手写笔被丢失或遗忘在别的地方。结合图2、3和13可以看到，有线手写笔是一种比较简单实用的方案。

在图13中，两个超声波接收器1305、1307以及与其连接的超声波信号处理电路1306、1308和单片机系统1304、主定位系统与上位机(使用本系统的计算机)的连接端口1309，与前述的超声波发射电路、发射器等共同构成了一套所述的主定位系统。该系统内各个部分、电路的详细结构，可以参见前述的各个专利申请，后面的各个结构方案中相同的部分的具体细节，基本上与这部分相同，区别在于某些参数的选择方面。

图4、图5是第二种方案的超声波接收器安装示意图和手写笔的内部结构示意图。在图4中键盘外壳选定的侧面上，除了安装有201、202两只超声波接收传感器外，还另外安装了第三个超声波接收器401，其安装方式于201、202相同。与这种方案配合，图5中的手写笔除了包含有图3所示的结构外，还包含有为手写笔供电的电池501、超声波信号发生、信号控制、发射驱动电路板502。电池501和电路板502构成了一个超声波发射的小系统，按照一定的方式和规则向手写笔周围的空间发射超声波。手写笔所发射的超声波信号，经过在空气中传播一段时间后，被图4中的三个超声波接收器接收到。由于三个超声波接收器与手写笔中的超声波发射器的距离不同，所以超声波信号到达这三个接收器所需要的渡越时间不同，三个渡越时间之间的差值，被所述的主定位系统所检测到。有了这三个渡越时间中的两个差值，就可以通过求解一个五元二次方程组，得到手写笔书写端所在位置的坐标，进而得到运动轨迹。事实上，三个接收器中最先收到超声波的那只，起到了提供时间基准的作用。

由于一个超声波信号通道提供了一个渡越时间的计量基准，所以方案二使用的手写笔不需与主定位系统有线连接，是一只无线笔。图12给出了手写笔内部电路部分的原理方框图。图中，超声波信号发生电路1201、信号控制电路1202和驱动超声波发射器1206的发射驱动电路1205构成了电路板502的主要内容；相当于鼠标左、右键功能的按键开关1203、1204，连接在信号控制电路部分，通过控制超声波信号的编码形式以及脉冲组的发射周期等内容，传递各种操作信息。

图14给出了这种方案所使用的主定位系统的电路原理方框图。与图13相比较，可以看到这个电路部分增加了一路由超声波接收器1401、超声波信号处理电路1402构成的超声波接收处理通道，减少了超声波发射部分和控制按键1310、1311。这两个按键被转移到了手写笔上，因此在单片机系统MCS所执行的代码部分，处理基本的时间检测代码外，还应该包含检测超声波信号的编码等本身信息的代码。

图6、7所示的是本发明的第三套结构方案所采用的各种传感器的安装结构，以及手写笔的结构示意图。从图6可以看到，在安装超声波接收器的键盘壳体的侧面，除了两只接收器外，还安装了一个光电换能器601。这个光电换能器可以是一个发光元件，也可以是一个光电敏感元件；与此对应，图7中手写笔书上的某个位置，需要安装一个与601的种类相反的光电换能器。为了防止使用者握笔时阻挡光线，最好将这个换能器安装在书写端306附近，如图中的701。下面分别说明在601使用不同种类的光电换能器时，主定位系统和手写笔内部电路的不同结构。

当换能器601是一只光敏元件，如红外光敏管时，手写笔上的换能器701就应该是一个发光元件，如红外发光管。这时，手写笔内部的电路如图12所示，增加了虚线表示的发光驱动电路1207和发光管1208。与这种结构对应，主定位系统的电路构成如图15所示，用代表601的光敏管1501和光电信号接收处理电路1502构成了一个信号通道，代替图14中的一个超声波信号通道。这样，光电信号通道事实上就是一个同步通道，设定了对超声波到达两个接收器所需的渡越时间进行测量的基准时间。

这理，简要说明上述电路系统工作过程如下；在超声波信号控制电路1202将超声波信号传送到驱动电路1205的同时，信号也被传送到了发光驱动电路1207，这样手写笔就可以同时发射超声波信号和光信号。由于光速比声速高得多，所以几乎立刻被光敏管接收到，并被处理后送到单片机系统，启动系统内的计时器计量超声波传播的渡越时间。在这个系统内，由于手写笔内可以使用与方案二相同信号控制电路1202，所以与按键、操作有关的部分，依然可以使用方案二所涉及的信号编码方法，而且还可以选择是使用光信号传送操作信息，还是使用超声波信号传递操作信息，或者二者结合使用。

当换能器601是一只发光元件，如红外发光管时，手写笔上的换能器701就应该是一个光敏元件，如红外光敏管。这时，手写笔内部的电路如图16所示。与图12给出的手写笔结构(实线部分)相比较，增加了一个光电接收元件1601及与其配合的光电信号处理电路1602，光电信号处理电路的输出端通过一个“与”逻辑单元1603，控制超声波信号发生器1201向信号控制电路1205传送超声波信号，即只有当光敏管接收到指定的光信号后，超声波发射器才能够发射超声波。与此手写笔电路对应，图17给出了主定位系统的电路原理方框图。将图17与图13相比较可以看到，不同之处在于：由光信号发射电路1702和发光元件1701构成的光信号发射通道，代替了图13中的超声波信号发射通道，而其它部分相同。

这个电路的工作原理也非常容易理解：当光信号发射电路1702驱动发光元件1701发射光信号时，单片机系统启动渡越时间计时器；几乎与此同时，手写笔内的光电信号处理电路1602开启与门电路，允许超声波信号进入信号控制电路1202以及后面的发射驱动电路1205，驱动超声波发射器发射超声波信号。与前面相同，这里的光电通道的主要作用是提供一个计时基准，超声波信号的编码形式等内容，均可以沿用前述的各种方式。

上述第三种方案中的光电通道，最好使用红外光信号实现。这是因为红外线具有不可见、抗干扰、穿透力强等特点。当然，光电通道的主要作用是提供计时基准，其它如无线电等方式也可以使用，但红外线的方式对周围环境和其它用户的干扰最小。

第四种方案事实上是一种利用检测手写笔反射超声波信号，实现手写笔坐标定位的方案。图9a给出了该方案中手写笔的一种结构。图中901是一只有机械结构的笔杆，902是是安装在该笔杆上的超声波反射器。在实际应用中，笔杆901可以是一只普通元珠笔、签字笔、铅笔，在该笔杆的书写端位置，安装一个，或者设计时就附带一个超声波反射器即可实现发射的功能。由于这个反射器所反射的是超声波，所以应该根据物理学或声学中波的理论设计，最基本的原则是反射器的尺寸能够与被反射的波长相比拟，反射面的设计考虑到一般使用者的书写习惯，无特别要求。

与图9a对应的换能器安装结构与图4相同，主定位系统的电路结构与图13相同。对于这个方案，图4中的换能器401改变成为一只超声波发射器，就是图13中的超声波发射器1302。

图9b给出了第四种方案所使用的手写笔的另外一种结构。这种结构与图9a的区别在于将模拟鼠标的按键开关，即图12中的1203、1204安装在了手写笔上，如图中304所示意其中的一个。采用这种结构，手写笔中的电路部分502是图12中电路的一部分，即电路的连接结构与图12所示的相同，但不包含其中的超声波发射驱动部分1205和超声波换能器1206，在信号控制电路1202的输出端只连接有发光驱动电路1207和发光元件1208，也就是图10中的903。对手写笔笔杆上安装的超声波反射器902的要求与图9a中的902相同。

与图9b所示手写笔结构对应的传感器的安装结构与图4、6所示的基本相同，实际上是图4和图6的结合，见图10所示。图中的元件1001就是图4中的401，元件1002就是图6中的601。

与图9b所示的手写笔结构对应的主定位系统的电路结构见图18。事实上，图18是图13与图15的结合，各部分的原理和作用已经在前面介绍，在此不再螯述。

图3、图4和图6所示手写笔中的超声波发射换能器，其结构可以参照前述号码为99207552.1的中国专利和号码为98101325.2的中国专利申请中所公布的技术方案。如果能够固定手写笔的握笔状态，也可以在方案一至方案三所使用的手写笔上使用普通的超声波换能器，使其工作面基本上面向接收器所在的位置。

本发明其它部分的设计、实施可参照前述其它中外专利技术进行。

上述各种技术方案的主定位系统部分，除安装位置固定的各种换能器外的的电子和电器元件，都可以安装在一块电路板上。对于本发明的应用而言，这块电路板可以安装在所述键盘的内部，与键盘成为一个整体以方便用户；也可以自成一体，作为一个独立的配件，当用户需要手写输入功能时，再与手写笔一起连接安装到键盘上。由于本发明的一个特点是各种传感器的成本非常低，因此有条件将各种换能器普遍安装在一般计算机的键盘上，所以“主定位系统”作为一个配件的形式可能会更适合用户的需求。但独立配件的形式会给用户在使用维护上带来不便，因此遵循这个思路，图11给出了一种可插接的“板卡”的结构形式，将所述系统安装在一块印刷电路板上。在图11中，键盘外壳上的开口1101就是上述电路板插入键盘壳体内部的插口，1102是安装元件的印刷电路板，开口1101的尺寸与电路板1102的尺寸相适应1103是安装在电路板一个边缘的挡板，可以通过螺钉固定在键盘的外壳上，起固定电路板的作用，1104表示安装在电路板上的元件，1105是电路板的接插接口，与此接口对应，在键盘内部有另外一个与其配合的接插接口，各种传感器通过这个接口于电路板相连接。采用这种结构，整个超声波定位系统与上位机的接口电缆、电路板与手写笔的连接电缆(如果有)，都可以连接在这块电路板上，保持键盘本身的简洁。

本发明的各种技术方案的共同特点是各种换能器，包括超声波和光电换能器，都安装位于键盘的一个侧面的结构件上。可使用的结构件有多种形式，其中最简单的一种，就是将各种传感器直接安装在键盘壳体的一个侧面上，这时结构件就是键盘壳体的一个侧面，从使用方便考虑，一般选取右侧的侧面。其它可采用的结构形式还有很多，例如安装一个可隐藏的活动臂。图8给出了一种折叠臂的结构示意，图19给出了一种伸缩臂的结构。

在图8中，折叠臂801通过安装在其一个端部的铰链803安装在键盘壳体上，一般是如图所示安装在键盘壳体的角部，以增加折叠臂的长度和使用的方便性。采用这种结构，当折叠臂展开时，其内侧的表面802将面向使用者或者面向键盘外部的空间，因此各种换能器可以安装在这个表面上。折叠臂可展开的角度α根据实际需要设定，典型的情况如图中的90°或180°。由于要求超声波换能器安装位置的坐标必须是已知值，所以当α数值不同时，各个超声波传感器的坐标值也就会改变，因此这个如果这个角度能够随时改变，那么超声波换能器的坐标值应该是这个角度的函数。最好的做法是将折叠臂的展开角度固定，免除用户自行调整校准输入面积、位置的工作。建议的展开角如图中虚线所示的位置，即展开角度为180°。对于一般使用者来讲，键盘一般都是放置在终端桌边缘部位，如果超声波传感器的位置太接近使用者，将会因为手部对超声波的阻挡，而不方便利用键盘右上方的空间实施输入。加入这样一个折叠臂的目的，就是为了提高换能器的位置，以利用换能器右侧及其右下方的空间进行输入和操作。

图19是一种伸缩臂的结构示意。伸缩臂1901安装在键盘侧面的一个插孔或插槽1902内，当用户使用时可以拉出到指定位置，各种传感器就安装在伸缩臂被拉出后，面向使用者的这个侧面上。与折叠臂相同，伸缩臂的不同位置将会影响到超声波换能器的已知坐标值，因此建议设置一个固定的伸缩长度。

如果图8中的折叠臂的展开角度是90°，或者使用伸缩臂，更适合前述第四种方案的应用。因为这种情况下超声波换能器均位于使用者手部的前方，手写笔上的反射器离超声波发射源距离最短，因而不会因手的其它部位反射超声波而造成误检。如果采用第四种方案实施本发明，建议在键盘外壳安装传感器的侧面203所在位置，固定一层吸音材料来吸收多于的超声波，如图19阴影部分1903，以提高手写笔定位的稳定性。

图8、19所示的只是结构件的两个示例，在此基础上还可以附加其它结构件，如在上述活动臂上加装可以隐藏的活动底板等。

另外，无论在键盘外壳上还是在这里所使用的折叠臂、伸缩臂上安装传感器，对光电换能器的位置要求都不严格。因为一般光电换能器如红外发射、接收管的发射或接收角都很宽广，所以只要安装在超声波换能器的附近就可以。

Claims (10)

1.一种超声波手写键盘，该键盘包含有一个PC机键盘，一套由超声波发射器及其发射电路、多个超声波接收器及与其配合的超声波信号接收处理电路通道；以及通过端口与上述电路的信号输出端相连接，至少包含有检测超声波在空气中传播的渡越时间的执行代码的单片机系统；和一只手写笔构成的超声波手写笔位置坐标检测传感系统，其特征在于：

所述的超声波接收器安装在所述键盘壳体侧面的结构件上，其位置坐标在某个指定的坐标系内是已知的；这些接收传感器的工作面面向壳体外部的空间。

2.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：所述超声波接收器有2只；超声波发射器安装在手写笔之内；与该发射器配合的超声波发射驱动电路，在手写笔外部与该发射器通过电缆相连接；在手写笔的书写端有数个超声波扩散孔。

3.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：所述超声波接收器有3只；超声波发射器及其发射电路安装在手写笔之内，在书写端有数个超声波扩散孔。

4.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：所述超声波接收器有2只；在上述键盘的结构件上，还安装有一只红外线接收元件，其工作面所面对的方向与超声波接收器所面向的方向相同；与该元件配合，还安装有一套的光电接收处理电路，该电路的信号输出端，也与所述单片机系统相连接；超声波发射器及其发射电路安装在手写笔之内，在书写端有数个超声波扩散孔；在所述手写笔内还安装有一只红外线发射元件及与其配合的红外线发射驱动电路，该电路的信号输入端与所述的超声波发射电路中信号控制电路的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：所述超声波接收器有2只；在上述键盘的结构件上，还安装有一只红外线发射元件，其工作面所面对的方向与超声波接收器所面向的方向相同；与该元件配合，还安装有一套红外线发射驱动电路，该电路的有一个信号传输端，与所述单片机系统相连接；超声波发射器及其发射电路安装在手写笔之内，在书写端有数个超声波扩散孔；在所述手写笔内还安装有一只红外线接收元件及与其配合的红外线接收处理电路，并且该电路的信号输出端，与手写笔内部超声波发射电路中超声波信号发生电路的输出端，共同连接到一个“与”逻辑单元的输入端；该“与”逻辑单元的输出端，再连接到超声波发射电路中超声波信号控制电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：在所述键盘的结构件上，安装有2只超声波接收器和1只超声波发射器，以及一只红外线接收元件；与所述发射器配合的超声波发射驱动电路，有一个信号传输端与所述单片机系统相连接；与所述红外线接收元件相配合，还有一套红外光电信号接收处理电路，该电路的输出端与所述单片机系统相连接；在所述手写笔的书写端，安装有一只红外线发射元件，与该元件配合，在手写笔内部还安装有一套红外信号发生、控制和驱动电路。

7.根据权利要求1所述的的超声波手写键盘，其特征在于：在所述键盘的结构件上，安装有2只超声波接收器和1只超声波发射器；与所述发射器配合的超声波发射驱动电路，有一个信号传输端与所述单片机系统相连接；所述的手写笔仅由机械部件构成，在手写笔的书写端，安装有一个超声波反射器。

8.根据权利要求1所述的的超声波手写键盘，其特征在于：所述键盘的结构件是键盘的壳体，所述超声波接收器就安装在该壳体的一个侧面上。

9.根据权利要求1所述的的超声波手写键盘，其特征在于：所述键盘的结构件，是一个活动臂；该活动臂是通过铰链安装在键盘壳体上的折叠臂，以及通过位于键盘壳体上的插孔或插槽安装在键盘上的伸缩臂中的一种；所述的超声波接收器安装在该活动臂上。

10.根据权利要求1所述的超声波手写键盘，其特征在于：所述的超声波信号接收处理电路和单片机系统，均安装在一个带有接插接口的印刷电路板上，在键盘壳体的一个侧面上，开有一个与该电路板的尺寸相配合的插口；所述系统的电路和单片机部分通过该所述电路板接插接口，与所述超声波换能器相连接。

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