CN1504951A - 一种压感电子输入系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压感电子输入系统，主要包括：电子画笔，用于接触电子画板本体，并发出位置和压力信息；该电子画笔中至少包括可以相对移动的上信号发射器和下信号发射器；电子画板本体，设置有接收装置，用于接收电子画笔中发射器所发出的信号，并输入处理装置；处理装置，用于接收电子画板本体上接收装置传输来的信号，进行处理转化后发送给显示屏，并控制显示屏显示；该处理装置至少包括主控处理器和视频处理器，主控处理器与视频处理器相连；显示屏，用于根据处理结果显示图像。该系统能通过对电子画笔发射的信号进行处理、转换和显示，灵活的控制和方便的使用，且结构简单、成本较低。

Description

一种压感电子输入系统
技术领域
本发明涉及一种电子画板，尤指一种具有实景显示功能的压感电子输入系统。
背景技术
在信息时代，随着科技的发展，儿童智力、想象力及创造力的开发受到社会普遍的重视，绘画作为开发儿童想象力的一种重要途径，得到大家普遍的认同。目前，最常用的绘画方式就是用各种彩笔，比如蜡笔、彩色水笔、毛笔沾水彩等方法在纸上或画板上作画，然而对于儿童来说，儿童对于彩笔的运用和掌握并不好，因此经常会乱涂乱画，而且在画画的同时很容易污损周围的东西，比如桌椅、地面、墙面，甚至手、衣物等等；不仅浪费纸张，而且留下难以去除的油污，污染周围环境。
随着电脑的普及，中国专利92244776.4公开了一种提供给儿童的电脑学习画板，该电脑画板是利用鼠标、键盘及电脑手写板实现无纸作图。但是，普通电脑手写板受结构限制绘画面积较小，且绘画输入平面与显示平面分离，无法实现实景显示，即所见即所得的效果，因此绘画无法精确定位，使用起来非常不便。而且，儿童随心所欲的绘画天性使其更愿意在大屏幕、广阔的区域上绘画，不愿受任何限制，而普通手写板是无法满足这些要求的。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种压感电子输入系统，使其能通过对电子画笔发射的信号进行处理、转换和显示，灵活的控制和方便的使用，且结构简单、成本较低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种压感电子输入系统，主要包括：
电子画笔，用于接触电子画板本体，并发出位置和压力信息；该电子画笔中至少包括可以相对移动的上信号发射器和下信号发射器；
电子画板本体，设置有接收装置，用于接收电子画笔中发射器所发出的信号，并输入处理装置；
处理装置，用于接收电子画板本体上接收装置传输来的信号，进行处理转化后发送给显示屏，并控制显示屏显示；该处理装置至少包括主控处理器和视频处理器，主控处理器与视频处理器相连；
显示屏，用于根据处理结果显示图像。
其中，所述的上、下信号发射器之间设有可使上、下信号发射器相对位移的弹性体。或者，在下信号发射器与笔尖之间设有可使上、下信号发射器相对位移的弹性体，此时该上信号发射器固定于笔体。这里所说的弹性体可以是弹簧。
上述方案中，所述处理装置的主控处理器连接音频处理器，音频处理器处理后的音频信号通过声音放大电路由音频接口输出。所述处理装置的主控处理器连接外接存储电路及扩展接口电路。所述处理装置的主控处理器连接打印设备。所述处理装置的主控处理器直接与外部或内部网络相连。
所述的电子画笔为超声波笔。所述电子画板本体的接收装置至少包括一个以上超声波接收器和微处理器。
所述电子画板本体的接收装置上设置有电源接口、电源开关。所述电子画板本体的接收装置上设置有包括一个以上功能键的功能键面板。所述电子画板本体的接收装置上设置有视频/音频输出接口。所述电子画板本体的接收装置上设置有功能扩展接口。
所述的处理装置为PC主机。所述的显示屏为电视机显示屏，或为大屏幕显示屏。
可见，本发明所提供的压感电子输入系统，是一种大屏幕的、具有实景彩色绘图功能及显示功能的电子画板系统，其采用超声波笔输入方式，配合家中现有的大屏幕显示设备使用。本发明中电子画板的本体可以是在普通的电视或显示器上设置四个以上成三维分布的超声波接收器而形成，其绘图范围可以根据屏幕大小进行调节，结构简单、成本较低、控制灵活；并且，可以借助电子像框、显示器、电视等显示设备动态播放自己的绘画成果，不仅能灵活实现，而且能达到随心所欲绘画及交互式、共享式游戏和学习的目的，同时不污染使用者，尤其是儿童的手或衣物。该电子画板系统能使超声波笔画出粗细不同的笔划，如同使用毛笔的绘画效果。另外，可以在实现绘图的同时伴随各种音响效果，有利于激发绘画者的兴趣和灵感；本发明电子画板的一些功能选取还可通过功能按键面板完成，更方便了使用者的操作。
附图说明
图1为本发明的系统结构组成框图；
图2a为本发明电子画板本体的外观俯视示意图；
图2b为本发明电子画板本体的外观轴测示意图；
图3为本发明电子画笔的外观示意图；
图4为本发明电子画笔的结构示意图；
图5为本发明对电子画笔信号处理的实现流程图；
图6为本发明电子画板本体的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为本发明的系统结构框图，如图1所示，具有实景显示及绘图功能的电子画板系统包括：电子画笔10、电子画板本体20、处理装置30和显示屏40。其中，电子画笔10可采用超声波笔，相应的，在电子画板本体上设有超声波接收装置。那么，电子画笔10发射超声波，并相对电子画板本体20任意移动；电子画板本体20上所设置的接收器将电子画笔10发射的超声波信息接收，并传送到处理装置30中，该处理装置可采用PC主机；之后，处理装置30对接收到的超声波信息进行分析，定位电子画笔10的当前位置，然后通过显示装置40显示出电子画笔10的画痕轨迹。
为了配合接收电子画笔10的信号，要在电子画板本体20上附加设置由四个以上成三维分布的超声波接收器和微处理器(MCU)207共同构成的接收装置。图2a和2b分别为本发明电子画板本体的外观俯视和轴测示意图，如图2a和图2b所示，由于本发明的电子画板本体20按三维坐标轴设计，因此三个超声波接收器201、202、203分别设置在x、y、z三维坐标轴方向上，同时在坐标原点位置处设置了第四个超声波接收器204，超声波接收器通过接收发射器发来的超声波信号时间长短变化，来进一步判断发射源与接收源之间距离的变化，即可测出发射源的三维坐标，该具体的坐标定位方法在中国专利98248471.2中已经公开。另外，该附加设置的接收装置可以单独设置电源接口、电源开关，用于根据需要控制电子画板功能的启动与否；也可以增加设置功能键面板，以方便操作；或是增加设置视频/音频输出接口播放音乐；或加入扩展接口进行其它功能扩展。该电子画板本体20通过信号接口与处理装置30以有线或无线方式连接。
图3、图4分别为本发明电子画笔的外观和结构示意图，如图3和图4所示，电子画笔10是在笔体102中设置两组信号发射器：上超声波发射器101和下超声波发射器103，该上超声波发射器101和下超声波发射器103之间设有可使其产生相对位移的弹性体。该弹性体也可设置于下超声波发射器103与笔尖之间，此时该上信号发射器固定于笔体。在本实施例中，弹性体为弹簧。上超声波发射器101和下超声波发射器103通过弹簧502弹性连接，因此，借助于弹簧502的弹性，上超声波发射器101和下超声波发射器103之间的距离可以变化。上超声波发射器101和下超声波发射器103发射不同的信号，如通过变频电路发出不同频率的超声波信号，以便超声波接收器区分当前信号来自于不同的发射源。该电子画笔10还可设置微动开关，用于控制电子画笔是否工作。
电子画笔10发出超声波信号，当电子画板本体20上的接收器接收到信号时，将其转换为三维坐标(x，y，z)，并传送给处理装置30。处理装置30通过两组发射源的间距变化判断出压力的变化值，根据压力变化值来计算出相应的显示屏上笔迹的点半径变化及颜色深浅变化。其中，压力到笔迹点半径变化及颜色深浅变化的转换关系根据不同笔的自身属性，如笔的软硬程度等等，由相应的函数关系f(x)及f’(x)产生。
更具体地说，当笔尖104触及绘画面，即大屏幕显示屏时，按压力通过两个发射器101、103之间的相对位置变化反映出来。设置于电子画板本体20上的接收器201、202、203接收到上超声波发射器101和下超声波发射器103发射的不同信号，并传输给处理装置30，处理装置30分析来自上超声波发射器101和下超声波发射器103的不同信号，定位上超声波发射器101和下超声波发射器103的相对位置，计算按压力大小，最后，通过软件的处理变成实际的绘画效果在显示屏上反映。电子画笔10与电子画板本体20接触及运动时，通过电子画笔10笔体中的压感设计感知触击压力大小。电子画板本体20的三点超声波接收器201～203接收发来的信号，通过三角定位系统判断笔的位置及运动轨迹，经过处理装置30的主控处理器及视频处理器的处理后，转换为视频信号输出到显示设备上，实景显示出电子画笔10的运动轨迹。
如图5所示，图5为本发明对电子画笔信号处理的实现流程图，当电子画笔与大屏幕显示屏之上的电子画板本体接触并按压时，首先触动电子画笔的微动开关，使发射器组发射超声波，随着压力的增加及减少，电子画笔的上超声波发射器相对于下超声波发射器发生相对运动，从而上下发射器组的位置也在发生变化。同时当电子画笔移动时，上下发射器组的位置也在发生变化。由于超声波传输速率已知，通过超声波传输到接收器的时间值及时间差来计算上、下发射器组的坐标P1、P2。用上下发射器组距离P1P2减去固定长度L即可得到弹簧的压缩量，该L包括笔体的固定距离及弹簧的原长，从而计算出压力值F。其中，该固定长度L包括笔体的固定距离及弹簧的原长。当电子画笔移动及按压后，计算变化后的压力F’，根据F、F’得到压力的变化ΔF，再根据压力与笔迹的函数关系f(x)将压力转换为笔迹半径R的变化ΔR，同理可以根据函数f’(x)将压力转换为颜色的深浅。
如图6所示，电子画板本体20设置在大屏幕显示屏402之上，本实施例中，电子画板本体20主要指接收装置，电子画笔10与大屏幕显示屏402接触，以达到实景显示所画彩色图像的效果；处理装置30与大屏幕显示屏402相连，控制所绘图像的显示；处理装置30的主控处理器还可连接音频处理器，根据软件生成音频信号，该音频信号通过声音放大电路连接至音频输出接口，由此实现绘图的同时也有伴音的效果。
处理装置30的主控处理器还可外接存储电路及扩展接口电路，将所绘制的图像存储，并通过外界扩展接口传输到大型存储器，如硬盘或计算机中；也可以直接输出到打印设备，如打印机405上进行打印；甚至可以直接传输到网络上。
功能按键面板403通过简单的高低电平触发电路触发中断，中断信号接至处理装置30的主控处理器，触发相应的软件功能，其中的功能键可以包括：存储键、打印键等等。

Claims (13)

1、一种压感电子输入系统，其特征在于主要包括：
电子画笔，用于接触电子画板本体，并发出位置和压力信息；该电子画笔中至少包括可以相对移动的上信号发射器和下信号发射器；
电子画板本体，设置有接收装置，用于接收电子画笔中发射器所发出的信号，并输入处理装置；
处理装置，用于接收电子画板本体上接收装置传输来的信号，进行处理转化后发送给显示屏，并控制显示屏显示；该处理装置至少包括主控处理器和视频处理器，主控处理器与视频处理器相连；
显示屏，用于根据处理结果显示图像。
2、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述上、下信号发射器之间设有可使上、下信号发射器相对位移的弹性体。
3、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：在下信号发射器与笔尖之间设有可使上、下信号发射器相对位移的弹性体，该上信号发射器固定于笔体。
4、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述处理装置的主控处理器连接音频处理器，音频处理器处理后的音频信号通过声音放大电路由音频接口输出。
5、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述处理装置的主控处理器连接外接存储电路及扩展接口电路。
6、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述处理装置的主控处理器连接打印设备。
7、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述处理装置的主控处理器直接与外部或内部网络相连。
8、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述的电子画笔为超声波笔。
9、根据权利要求8所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述电子画板本体上的接收装置至少包括一个以上超声波接收器和微处理器。
10、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述电子画板本体的接收装置上设置有电源接口、电源开关。
11、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述电子画板本体的接收装置上设置有包括一个以上功能键的功能键面板。
12、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述电子画板本体的接收装置上设置有视频/音频输出接口。
13、根据权利要求1所述的压感电子输入系统，其特征在于：所述电子画板本体的接收装置上设置有功能扩展接口。
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