CN1567167A - 超声波定位的多功能笔形鼠标系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波定位的多功能笔形鼠标系统，包括鼠标笔和超声波接收处理器两部分。鼠标笔由笔形外壳及安装在外壳内的印刷电路和电源构成，笔印刷电路包括微处理器、红外发射电路、鼠标状态电路、超声波发射电路以及超声波换能发射；超声波接收处理器的电路模块包括超声波接收模块、超声波检测放大模块、红外接收模块、红外控制信号处理模块、内部三字节编码模块和鼠标接口电路模块。本发明通过超声波定位手段成功地将鼠标功能和手写输入功能集成到了一起。这种多功能笔形鼠标系统抛弃了常用的机械传动机构，结构简单却经久耐用。同时，其超声波定位采用参考计时方式，提高了鼠标系统的定位精度和使用稳定性。

Description

超声波定位的多功能笔形鼠标系统

技术领域    本发明属于计算机等电子产品的人机接口技术领域，特别涉及一种新型多功能笔形鼠标系统。这种笔形鼠标系统既可以完成手写输入的功能，同时又具备普通鼠标的功能。

背景技术    普通鼠标是依靠摩擦圆球在平面上滚动，将机械滚动动作通过转换以获得移动方向和距离的数据，从而控制屏幕上的光标移动，达到光标定位的目的。众所周知，普通鼠标不具手写有录入功能。如果能够将手写录入功能与鼠标功能集成到一起，必将大大方便用户的适用。正是基于这样的考虑，人们逐渐设计出了具有类似功能的新型鼠标器。

中国专利文献CN 2331023Y公开了一种“笔状鼠标器”，专利号为98228097。据称，该笔状鼠标器具有笔迹录入功能，同时还设有一个拾取键和一个辅助键。该笔状鼠标器实现笔迹录入功能的技术方案完全借鉴了普通鼠标的定位原理。笔状鼠标器的笔杆下端安装有一个滚动摩擦球。书写时，滚动摩擦球转动带动平衡轮转动，并通过X、Y轴传动杆将滚动球的运动方向和距离传给光电测速器，从而实现滚动摩擦球的位置跟踪。该笔状鼠标器由于采用了这样一套机械传动机构，必然会随着使用时间的增加而逐渐降低定位精度，直至不能使用。该笔状鼠标器只有一个拾取键和一个未定义的辅助键，大大削弱了鼠标本来的功能。此外，该笔状鼠标器的尾部需要一根连接线完成与计算机的连接，这给使用也带来了不方便。

名称为“笔形鼠标”的00219887号中国专利是对前述“笔状鼠标器”的一种改进。它主要在笔头处增设了一个盖板，以方便清洗由于使用日久带进笔头内部的灰尘和污垢。另一方面，权利人还重新定义了上下键，下键相当于普通鼠标的左键，上键相当于普通鼠标的右键。但是，该笔形鼠标仍然建立在已有普通机构式鼠标基本原理之上，仍然需要一套机械传动机构。也就是说，精度不高、不耐用的缺点仍旧没有克服。

超声波是指频率在20KHz以上，人耳不能激起正常听觉反应的机械振动波。超声波在介质中传播时产生稀疏层交替的弹性波形，沿直线方向传播。名称为“平面内特定物体位置参数超声传感装置”的98248471号中国专利公开了一种利用超声波定位的传感装置。这种超声传感装置利用了超声波直接传播的属性，采用同步计时方法，从超声波发射时刻开始计时同步，对从传播到接收时间进行直接计时。事实上，高频超声波在空气中传播时能量衰减比较严重，这样对精度和检测回波不利。

发明内容    本发明要解决的技术问题是要设计一种新型多功能笔形鼠标系统。这种笔形鼠标系统可以完成手写输入的功能，同时又具备普通鼠标的功能，却不需要现有鼠标通常采用的机械传动结构。

为了解决本发明的技术问题，本申请人充分利用了超声波在介质表面传播和遇界面反射等基本传播原理，以参考计时的方式进行笔迹定位和跟踪。

所谓“参考计时”，其原理在于，不是直接计量超声波由A点到达B点的时间，而是计量超声波从A点经过不同路径到达B点的时间差。比如：(1)可以用超声波由A点经过平面边缘反射再到达B点的时间，与超声波由A点直接经平面上表面波激励传播到达B点的时间进行参照；(2)可以用超声波由A点经空气直接传播到达B点的时间，与超声波由A点经平面上表面波激励传播到达B点的时间进行参照；(3)还可以用平面上表面波激励传播时横波、纵波分别由A点到达B点的时间相互参照。显然，在参考计时原理下，有多种具体计时方式，而不限于这里所述的三种。

本发明设计的多功能笔形鼠标系统由鼠标笔和超声波接收处理器两部分构成。鼠标笔用来发射超声波和“鼠标”状态编码的红外控制信号；超声波接收处理器接收鼠标笔发来的信息，进行数据处理和转换，按一定的数据格式向计算机发送数据。超声波接收处理器至少包含相隔一定距离的两个超声波换能器，用以接收鼠标笔发来的超声波。固定两个接收超声波的超声波换能器的相对位置，依据参考计时原理，即可建立求解处于超声波发射点的鼠标笔笔尖位置坐标的方程，从而实现对笔尖位置的定位和跟踪。

鼠标笔具有笔形外壳，在笔尖附近设有超声波发射孔。此外，笔形外壳上还有红外发射孔和两个按键，这两个按键用来代替普通鼠标的左键和右键。鼠标笔笔形外壳的内部装有印刷电路和电源。印刷电路包括微处理器、红外发射电路、鼠标状态电路、超声波发射电路以及超声波换能发射。鼠标状态电路负责实现两个按键开关状态；微处理器负责读出按键状态，并完成此值的红外发射编码，控制红外发射电路发射；红外发射电路在微处理器控制下发射红外信号；超声波发射电路以及超声波换能发射组成完成超声波发射功能。工作时，通过笔尖在平面上的下按，接通超声波发射的电路发射超声波；在按按键时，内部微处理器检测后，控制红外发射电路发射红外信号。

超声波接收处理器的内部电路模块包含以下几个部分：

(1)超声波接收模块；

(2)超声波检测放大模块；

(3)内部专用运算器模块；

(4)红外接收模块；

(5)红外控制信号处理模块；

(6)内部三字节编码模块；

(7)鼠标接口电路模块。

其中，超声波接收模块由超声波换能器构成，至少包含相隔一定距离的两个超声波换能器。超声波接收模块至少两路接收鼠标笔发射的超声波信号，将其转化为电信号，并将它送给超声波检测放大模块。超声波检测放大模块接收超声波接收模块送来的电信号，将其放大，由内部控制电路输出两个基于参考计时原理得出的参考时间值，内部专用运算器模块量化参考时间值，快速完成笔尖位置坐标值的计算。红外接收模块接收鼠标笔发射的红外信号，并将其转化为电信号，传给红外控制信号处理模块。红外控制信号处理模块处理分析红外接收模块发来的红外电信号，识别出红外编码信号，并将其送给内部三字节编码模块。内部三字节编码模块是一个内部微处理器，主要负责将笔尖位置坐标值，以及红外控制状态信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，送给鼠标接口电路模块。鼠标接口电路模块完成USB、RS232串口或6 Pin Mini-DIN(PS/2)物理连接的电平兼容，如果选择微处理器自带USB、RS232串口或6 Pin Mini-DIN(PS/2)接口信号引脚，鼠标接口电路模块可以并入内部三字节编码模块。

超声波接收处理器也可以不包含内部专用运算器模块，而将该部分运算交给外部运算装置来处理，如由计算机完成计算。此时，内部三字节编码模块的编码对象由参考时间值代替原来的笔尖位置坐标值。

鼠标的驱动程序在初始化中断以检测鼠标信号，读出并解释数据流使数据为软件所接受。三字节的驱动程序对于不含计算处理的笔形鼠标超声波接收处理和对于含计算处理的笔形鼠标超声波接收处理大体上是相同的，只是在解释数据流的部分略有区别：

对于含计算处理的情形，超声波接收处理器接收鼠标笔发射的超声波，计算出笔尖坐标值并接收鼠标笔发射的红外控制信号，然后按照两按钮鼠标工业标准，即三字节数据传输格式生成数据输出，字节1：同步、按钮状态以及移动方向信息；字节2：横向X的移动量，累加自上一次传送之后鼠标在水平X轴方向的移动位移量；字节3：纵向Y的移动量，累加自上一次传送之后鼠标在水平Y轴方向的移动位移量。鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流使数据为上层软件所接受。

对于不含计算处理的情形，超声波接收处理器接收鼠标笔发射的超声波，不计算出笔尖坐标值，只是将两个参考时间值与接收到的鼠标笔发射的红外控制信号一并送出；然后鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流，使CPU通过计算，得到笔尖坐标值，然后由上层鼠标软件按照两按钮鼠标工业标准的应用接口进行新的封装，实现相应功能。

鼠标笔默认工作模式可以为鼠标模式，也可以为手写输入模式。假设默认工作模式为鼠标模式，则此时鼠标笔两个按键替代普通鼠标左右键使用，完全和普通鼠标一样。双击代替鼠标右键的那个按键或者用代替鼠标左键的那个按键单击屏幕上相应图标，使鼠标笔从鼠标工作状态切换到手写输入状态。此时，驱动程序对鼠标笔两个按键状态不再按照左右键解释，而将其一定义为“从手写输入模式切换到鼠标工作模式”，待完成手写输入后，按下一个按键即完成从手写模式切换到鼠标工作模式。反之亦然。

本发明通过超声波定位手段成功地将鼠标功能和手写输入功能集成到了一起。这种多功能笔形鼠标系统抛弃了常用的机械传动机构，结构简单却经久耐用，又有别于现有的无线鼠标。同时，其超声波定位用参考计时方式取代了同步计时方式，从而提高了多功能笔形鼠标系统的定位精度和使用稳定性。

附图说明    以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为利用超声波定位原理图。

图2为鼠标笔外部结构图。

图3为鼠标笔内部电路示意图。

图4为超声波接收处理器的内部包含X、Y值计算模块的电路模块图。

图5为超声波接收处理器的内部不包含X、Y值计算模块的电路模块图。

图6为包含计算单元时，笔形鼠标超声波接收处理驱动软件的结构图。

图7为不含计算单元时，笔形鼠标超声波接收处理驱动软件的结构图。

图8为本发明笔形鼠标系统使用示意图。

图9为鼠标笔在LCD上书写，笔迹笔尖和LCD上笔迹同位连动示意图。

具体实施方式    图1为利用超声波定位原理图。图中O和S点是超声波接收点；P点是发射超声波并被测试定位的鼠标笔笔尖位置。坐标原点0和O点是关于左边缘的对称点，此对称点之间长度为2a；Q点和S点是关于右边缘的对称点，此对称点之间长度为2b；O点和S点之间长度为1。

基于参考计时原理，利用平面上被激励表面波传播计时，和同一介质表面波在边缘反射参考计时，可以建立求解鼠标笔笔尖位置坐标的方程。因为超声波在固体介质中的吸收系数比较小，这种选择方法对检测回波有利，有助于提高定位精度。具体应用参见图1，鼠标笔在P点发射超声波信号，在表面激励表面超声波。由超声波接收处理器记录P点到O点以及P点到S点的表面超声波传播时间t_o1，t_s1，同时记录此表面超声波在P点经过纸张或者LCD或者其他测试平面的边缘边界反射到O点以及在P点经过纸张或者LCD或者其他测试平面的边缘边界反射到S点的传播时间t_o2，t_s2，这一过程中的时间间隔的测量要发出计时同步才可以做到测量4个时间间隔t_s1，t_s2，t_o1，t_o2，但是用以上4个事件的时间彼此进行参照，例如P点经过边缘边界反射到S点的到达时间t_s2与P点到S点到达时间t_s1相互参照，P点经过边缘边界反射到O点的到达时间t_o2与P点到O点到达时间t_o1相互参照，可以得到(5)、(6)表达式。(5)、(6)表达式中Δt_s和Δt_o是可以测量的，从而可以绕开同步计时问题。而且有了这两个表达式就可以解出方程，最终确定鼠标笔的笔尖位置。随着鼠标笔笔尖的移动，并在此过程中让鼠标笔同时发射超声波，依旧重复上述过程，求出鼠标笔笔尖移动中的所有位置。

参见图1，平面上激励表面波后，基于超声波在介质中传播原理，分别得到P点到O点以及P点到S点的传播时间：

(x、y为变量，a、b、l、c_介质为常量，c_介质是超声波在相应介质中的波速)

平面上激励表面波后，基于超声波在介质边界反射原理，同一表面超声波最早到达的O点和S点反射波的传播时间分别是：

利用(3)-(1)和(4)-(2)得到(5)和(6)表达式，Δt_s和Δt_o符号为正，因为反射时间大于直射传播时间。

Δt_s＝t_s2-t_s1                                            (5)

Δt_o＝t_o2-t_o1                                            (6)

将(1)至(4)式代入(5)、(6)式整理得到(7)、(8)式。

令u²＝x²+y²，其中u＞0，Δt_sc_介质＝β，Δt_oc_介质＝λ，带入(8)整理得到：

$u=\frac{{\mathrm{\λ}}^2-4a^2}{2\mathrm{\λ}}+\frac{2a}{\mathrm{\λ}}x=\mathrm{\ω}+\mathrm{\μx}---\left(9\right)$

$({\mathrm{\μ}}^2-\frac{{4b}^2}{{\mathrm{\β}}^2})x^2+\{2\mathrm{\ω\μ}-4a-2l+\frac{2b}{{\mathrm{\β}}^2}[4(2a+b+l)b-{\mathrm{\β}}^2\left]\right\}x+\{{\mathrm{\ω}}^2+{(2a+l)}^2$

$-\frac{1}{{4\mathrm{\β}}^2}{[4(2a+b+l)b-{\mathrm{\β}}^2]}^2\}=0---\left(10\right)$

Ax²+Bx+C＝0................................................(10)

其中 $\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2-{4a}^2}{2\mathrm{\λ}},\mathrm{\μ}=\frac{2a}{\mathrm{\λ}}$

$A=({\mathrm{\μ}}^2-\frac{4b^2}{{\mathrm{\β}}^2})$

$B=\{2\mathrm{\ω\μ}-4a-2l+\frac{2b}{{\mathrm{\β}}^2}[4(2a+b+l)b-{\mathrm{\β}}^2\left]\right\}$

$C=\{{\mathrm{\ω}}^2+{(2a+l)}^2-\frac{1}{{4\mathrm{\β}}^2}{[4(2a+b+l)b-{\mathrm{\β}}^2]}^2\}$

最后将小于0的解舍去，得到

$x=\frac{-B+\sqrt{B^2-4\mathrm{AC}}}{2A}---\left(11\right)$

$y=\sqrt{{(\mathrm{\ω}+\mathrm{\μx})}^2-x^2}---\left(12\right)$

上面得到的(11)、(12)表达式完全给出鼠标笔笔尖的定位运算。

基于参考计时原理，还可以利用平面上被激励表面波传播计时，和利用空气中超声波传播为参考，建立求解鼠标笔笔尖位置坐标的方程。具体应用参见图1，鼠标笔在P点发射超声波信号，在表面激励表面超声波，超声波接收处理器记录P点到O点以及P点到S点的表面超声波传播时间t_o1，t_s1，同时记录此表面超声波从P点经过空气传播到O点以及S点的传播时间t_o2，t_s2。这一过程中的时间间隔的测量要发出计时同步才可以做到测量4个时间间隔t_s1，t_s2，t_o1，t_o2，但是用以上4个事件的时间彼此进行参照，例如P点经过空气传播到S点的到达时间t_s2与P点到S点到达时间t_s1相互参照，P点经过空气传播到O点的到达时间t_o2与P点到O点到达时间t_o1相互参照，可以得到(5)、(6)表达式。(5)、(6)表达式中Δt_s和Δt_o是可以测量的，列出方程进行求解，从而确定鼠标笔的笔尖位置。随着鼠标笔笔尖的移动，此过程中鼠标笔同时发射超声波，依旧重复上述过程，求出鼠标笔笔尖移动中的所有位置。

平面上激励表面波后，基于超声波在介质中传播原理，得到P点到O点以及P点到S点的传播时间：

此同一超声波基于超声波在空气介质传播原理，到达的O点和S点超声波的传播时间分别为

利用(13)-(1)和(14)-(2)得到(5)和(6)表达式，Δt_s和Δt_o符号为正，因为超声波在固体介质中的传播速度比在空气中传播快。

Δt_s＝t_s2-t_s1                                             (5)

Δt_o＝t_o2-t_o1                                             (6)

将(1)、(2)、(13)、(14)式代入(5)、(6)式整理得到(15)、(16)式：

令

解(15)(16)得到：

$x=\frac{l^2+{\mathrm{\ζ}}^2-{\mathrm{\χ}}^2}{2l}+2a---\left(17\right)$

$y=\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2-{\left(\frac{l^2+{\mathrm{\ζ}}^2-{\mathrm{\χ}}^2}{2l}\right)}^2}---\left(18\right)$

上面得到的(17)、(18)表达式完全给出鼠标笔笔尖的定位运算。

如图2所示，鼠标笔由笔尖1、笔尖1附近的超声波发射孔2、鼠标按键3、笔身4、红外发射孔5和笔帽6构成。本实施例中，两个鼠标按键沿笔身4上下布置，鼠标上键代替普通鼠标的右键，鼠标下键代替普通鼠标的左键；在另外的实施例中，两个鼠标按键还可以在笔身大体相同的高度上左右布置。在鼠标笔外壳内装有印刷电路和电源。如图3所示，鼠标笔内部印刷电路包括微处理器、红外发射电路、鼠标状态电路、超声波发射电路以及超声波换能发射。鼠标状态电路负责实现上下按键开关状态；微处理器负责读出上下按键状态，并完成此值的红外发射编码，控制红外发射电路发射；红外发射电路在微处理器控制下发射红外信号；超声波发射电路以及超声波换能发射组成完成超声波发射功能。工作时，由笔尖在平面上的下按，接通超声波发射的电路发射超声波；在按上下键时，内部微处理器检测后，发射红外信号。

图4为超声波接收处理器的内部包含X、Y值计算模块的电路模块图。可见，超声波接收处理器的电路模块包含超声波接收模块、超声波检测放大模块、内部专用运算器模块、红外接收模块、红外控制信号处理模块、内部三字节编码模块和鼠标接口电路模块等七个内部模块。其中，超声波接收模块由超声波换能器构成，包含相隔一定距离的两个超声波换能器。超声波接收模块接收鼠标笔发射的超声波信号，将其转化为电信号，并将它送给超声波检测放大模块。超声波检测放大模块接收超声波接收模块送来的电信号，将其放大，由内部控制电路分别输出Δt_o值和Δt_s值，内部专用运算器模块量化Δt_o值和Δt_s值，依照(11)、(12)表达式或者(17)、(18)表达式快速完成笔尖位置坐标X、Y值的计算。红外接收模块接收鼠标笔发射的红外信号，并将其转化为电信号，传给红外控制信号处理模块。红外控制信号处理模块处理分析红外接收模块发来的红外电信号，识别出红外编码信号，并将其送给内部三字节编码模块。内部三字节编码模块是一个内部微处理器，主要负责将X、Y值，以及红外控制状态信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，送给鼠标接口电路模块。鼠标接口电路模块，完成USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)物理连接的电平兼容。如果选择微处理器自带USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)接口信号引脚，鼠标接口电路模块可以并入内部三字节编码模块。

图5为超声波接收处理器的内部不包含X、Y值计算模块的电路模块图。可见，超声波接收处理器的电路模块包含超声波接收模块、超声波检测放大模块、红外接收模块、红外控制信号处理模块、内部三字节编码模块和鼠标接口电路模块等六个内部模块。其中，超声波接收模块、超声波检测放大模块、红外接收模块、红外控制信号处理模块以及鼠标接口电路模块与图4的描述一致，差异在于内部三字节编码模块。内部三字节编码模块负责将Δt_o值、Δt_s值和红外控制状态信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，送给鼠标接口电路模块。如果选择微处理器自带USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)接口信号引脚，鼠标接口电路模块可以并入内部三字节编码模块。

鼠标的驱动程序在初始化中断以检测鼠标信号，读出并解释数据流使数据为软件所接受。三字节的驱动程序对于不含计算处理的笔形鼠标超声波接收处理和对于含计算处理的笔形鼠标超声波接收处理大体上是相同的，只是在解释数据流的部分略有区别。

如图6所示，对于含计算处理的情形，超声波接收处理器接收鼠标笔发射的超声波，计算出笔尖坐标X、Y值并接收鼠标笔发射的红外控制信号，然后按照微软公司的两按钮鼠标工业标准，即三字节数据传输格式生成数据输出，字节1：同步、按钮状态以及移动方向信息；字节2：横向X的移动量，累加自上一次传送之后鼠标在水平X轴方向的移动位移量；字节3：纵向Y的移动量，累加自上一次传送之后鼠标在水平Y轴方向的移动位移量。鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流使数据为上层软件所接受。不含计算处理的情形见图7，超声波接收处理器接收鼠标笔发射的超声波，不计算出笔尖坐标X、Y值，只是将两个参考时间Δt_o值和Δt_s值与接收到的鼠标笔发射的红外控制信号一并送出；然后鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流，使CPU通过计算，得到笔尖坐标X、Y值，再由上层鼠标软件按照微软公司的两按钮鼠标工业标准的应用接口进行新的封装，实现相应功能。

鼠标笔默认工作模式为鼠标模式，此时鼠标笔两个按键替代普通鼠标左右键使用，完全和普通鼠标一样。双击鼠标上键或者用鼠标下键单击屏幕上相应图标，使鼠标笔从鼠标工作状态切换到手写输入状态。此时，驱动程序对鼠标笔两个按键状态不再按照左右键解释，而将其一定义为“从手写输入模式切换到鼠标工作模式”，待完成手写输入后，按下上键或下键即完成从手写模式切换到鼠标工作模式。

图7中，鼠标笔10内安置有超声波换能器，用于发射超声波；超声波接收处理器7中也装有两个超声波换能器，用于探测抵达的超声波信号。超声波接收处理器7将两个超声波换能器检测到的超声波信号分析处理，并将探测接收的红外控制信号一同通过连线8，例如USB，RS232，PS/2鼠标线等，送给计算机9，进而完成手写输入和普通鼠标功能。

图8中，超声波接收处理器置于LCD顶部，利用软件可以让笔尖笔迹和LCD上笔迹同位连动，实现又一种无纸输入书写的功能。

Claims (10)

1.一种超声波定位的多功能笔形鼠标系统，其特征在于包括鼠标笔和超声波接收处理器两部分；

鼠标笔由笔形外壳及安装在外壳内的印刷电路和电源构成，在笔尖附近的外壳上设有超声波发射孔，笔形外壳上还有红外发射孔和代替普通鼠标左、右键的两个按键；

鼠标笔印刷电路包括微处理器、红外发射电路、鼠标状态电路、超声波发射电路以及超声波换能发射，鼠标状态电路负责实现两个按键开关状态；微处理器负责读出按键状态，并完成此值的红外发射编码，控制红外发射电路发射红外信号，超声波发射电路以及超声波换能发射组成完成超声波发射功能，由按下笔尖接通超声波发射的电路发射超声波；

超声波接收处理器的电路模块包括超声波接收模块、超声波检测放大模块、红外接收模块、红外控制信号处理模块、内部三字节编码模块和鼠标接口电路模块；

超声波接收模块由超声波换能器构成，至少包含相隔一定距离的两个超声波换能器，超声波接收模块至少两路接收鼠标笔发射的超声波信号，将其转化为电信号，并将它送给超声波检测放大模块；超声波检测放大模块接收超声波接收模块送来的电信号，将其放大，由内部控制电路输出两个基于参考计时原理得出的参考时间值Δt_s和Δt_o给内部三字节编码模块；红外接收模块接收鼠标笔发射的红外信号，并将其转化为电信号，传给红外控制信号处理模块；红外控制信号处理模块处理分析红外接收模块发来的红外电信号，识别出红外编码信号，并将其送给内部三字节编码模块；内部三字节编码模块是一个内部微处理器，负责将Δt_s、Δt_o以及红外编码信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，并送给鼠标接口电路模块；鼠标接口电路模块完成USB、RS232串口或PS/2物理连接的电平兼容。

鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流，通过计算机CPU的计算得到笔尖坐标值，再由上层软件按照两按钮鼠标工业标准的应用接口进行新的封装，实现相应功能。

2.根据权利要求1所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：所述Δt_s为表面超声波由发射点(P)经边缘边界反射到第一接收点(S)的时间与表面超声波由发射点(P)直接传播到第一接收点(S)的时间之差，所述Δt_o为表面超声波由发射点(P)经边缘边界反射到第二接收点(O)的时间与表面超声波由发射点(P)直接传播到第二接收点(O)的时间之差。

3.根据权利要求1所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：所述Δt_s为超声波由发射点(P)经空气直接传播到达第一接收点(S)的时间与超声波由发射点(P)经激励平面上表面波传播到达第一接收点(S)的时间之差，所述Δt_o为超声波由发射点(P)经空气直接传播到达第二接收点(O)的时间与超声波由发射点(P)经激励平面上表面波传播到达第二接收点(O)的时间之差。

4.根据权利要求1或2所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：超声波接收处理器的电路模块还包括内部专用运算器模块；

超声波检测放大模块将参考时间值Δt_s和Δt_o输出给内部专用运算器模块，内部专用运算器模块量化参考时间值，快速完成鼠标笔笔尖位置坐标值的计算，并将计算结果送出给内部三字节编码模块；内部三字节编码模块负责将笔尖位置坐标值以及红外编码信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，并送给鼠标接口电路模块；鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流使数据为上层软件所接受。

5.根据权利要求3所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：超声波接收处理器的电路模块还包括内部专用运算器模块；

超声波检测放大模块将参考时间值Δt_s和Δt_o输出给内部专用运算器模块，内部专用运算器模块量化参考时间值，快速完成鼠标笔笔尖位置坐标值的计算，并将计算结果送出给内部三字节编码模块；内部三字节编码模块负责将笔尖位置坐标值以及红外编码信号，按照三字节编码数据格式进行三字节编码，并送给鼠标接口电路模块；鼠标的驱动程序在初始化中断以检测信号，读出并解释数据流使数据为上层软件所接受。

6.根据权利要求1、2、3和5中任意一项所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：超声波接收处理器的内部三字节编码模块的微处理器自带有USB、RS232串口和PS/2接口信号引脚，从而省略了超声波接收处理器的鼠标接口电路模块。

7.根据权利要求4所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：超声波接收处理器的内部三字节编码模块的微处理器自带有USB、RS232串口和PS/2接口信号引脚，从而省略了超声波接收处理器的鼠标接口电路模块。

8.根据权利要求6所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：鼠标笔默认工作模式为鼠标模式，此时鼠标笔两个按键替代普通鼠标左右键使用，双击鼠标上键或者用鼠标下键单击屏幕上相应图标，鼠标笔从鼠标工作状态切换到手写输入状态；此时，驱动程序将鼠标笔两个按键解释为从手写输入模式切换到鼠标工作模式，待完成手写输入后，按下一个按键即完成从手写模式切换到鼠标工作模式。

9.根据权利要求1、2、3、5和7中任意一项所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：鼠标笔默认工作模式为鼠标模式，此时鼠标笔两个按键替代普通鼠标左右键使用，双击鼠标上键或者用鼠标下键单击屏幕上相应图标，鼠标笔从鼠标工作状态切换到手写输入状态；此时，驱动程序将鼠标笔两个按键解释为从手写输入模式切换到鼠标工作模式，待完成手写输入后，按下一个按键即完成从手写模式切换到鼠标工作模式。

10.根据权利要求9所述的多功能笔形鼠标系统，其特征在于：超声波接收处理器置于LCD顶部，利用软件可以让笔尖笔迹和LCD上笔迹同位连动，实现又一种无纸输入书写的功能。

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