CN1659604A - 交互式多感应阅读系统电子教学/学习装置 - Google Patents

Abstract

一种电子学习/教学装置(100)，可带有或不带有一个具有一个可选择的内容的排列的印刷片元件(20)进行操作，该操作是通过将一个位于表面(130)下的用户感应传感器阵列(142)设置为容装印刷片元件的方式实现的。该传感器阵列由两组交叉的导线(246和248)的交叉点组成，一组由一种无线电频率方波顺次驱动，另一组通过一个高阻抗放大器连接于一个同步检测电路的顺次取样。在用户激活的不只一个交叉点位置处，算法(图12)用于识别一个交叉点传感器位置作为用户激活选择。

Description

交互式多感应阅读系统电子教学/学习装置

技术领域

本发明涉及一种交互式多感应教学/学习系统的电子教学/学习装置。具体而言，本发明涉及一种允许小孩或其他学生通过选择单词或图像启动电子语音和声音的电子教学/学习装置，这些单词或图像可以是装置上的或至少是多页面书的页面上或其他可拆卸的可插入到该装置凹陷区域的印刷片元件。

背景技术

交互式电子早期学习装置是众所周知的，其作为教学辅助装置和娱乐设施已应用多年。许多最初开发的“阅读机”使用单独的卡片，每个卡片上印刷有单词和/或图形。这些阅读机使用多个带有软件的微控制器，微控制器单独安排每个卡的内容。这些印刷在卡片上的单词或图形与贮存器上贮存的声音及声音效果相关。使用者选择印在卡片上的单词或图形会在阅读机上产生与之相关的声音。这些特有的联系可使阅读机有声发出所选的印在卡片上的单词或字母。

许多最初的早期学习卡式阅读装置使用的是一个膜片开关面板排列。其由一个带有印刷的电子接触器的能变形的膜片和某种类型的狭窄的敞口式分离器构成，该电子接触器覆盖在带有分离的电子接触器的底层上，该分离器让底层的膜在其上的点被压下之前一直保持分离状态。膜片开关被用于匹配卡片上的内容。将卡片放置于阅读机上，并使用一种卡片鉴别方法，阅读机就可以知道哪一张卡在阅读装置上。卡片辨认方法因手工输入产生的光学卡感应而异。常用的卡或页面的辨认方法是通过挤压一个位于卡上的且是唯一的点来选择阅读机上该卡或页面。选择印刷在卡上的一个词、字母或图形是通过在被选择的词、字母或图形用力压下以闭合位于该卡之下的膜开关的触点而完成的。然后微处理器通过一个书籍阅读设备外壳内的声音输出装置(如扬声器)产生有关声音。人们曾利用这个将印刷的词、字母或段落与存贮的声音文件相联系的基本的技术开发出许多装置。

有些情况下，各个卡片可被单独使用或绑定成放置于阅读装置上的小册子。为了与膜开关一起使用，就要求该印刷的卡片或书页非常薄且容易变形，以允许挤压卡片或页面上的力量可以被传输到书下面的膜开关上。

为了克服这种缺陷，新开发的阅读装置使用的是一个便携式电子指示笔，该指示笔将一个电子信号传入到一个位于书下面的接收的传感器阵列中。这就使得可以使用带有较厚纸张的较厚的书。然而，该笔的缺陷在于使用者，尤其是很小的孩子，必须经过培训才能使用该笔，而膜开关设计所使用的手指选择方法对于目标听众来说较为直观。

有理由相信，一种方便用户使用的装置，其设计使得该电子阅读装置的使用方法简单，且尤其是使得基于手指的内容选择准确，该装置显著地提高传统的电子阅读辅助设备的价值，而且通过生动而有趣的播放，帮助小孩子或学生在娱乐中培养读写技能。

发明内容

一方面，本发明涉及一种操作一个交互式电子教学/学习装置的方法，该装置设置为容装一种印刷片产品，该印刷片产品在该装置上有一个预定的取向和可选择的内容，该装置包括一个带有一个平台的外壳，该平台设置为：当印刷片产品在预定取向时，可容装该印刷片产品；一个位于外壳内的电子用户界面，该电子用户界面包括一个用户响应位置传感器，该传感器在平台上有一个活动范围并且包括多个在平台上呈阵列分布的单独的传感器；位于外壳内的控制电子设备，该电子设备包括一个其中的指令与印刷片产品可选择内容相关的存贮器，及一个与电子用户界面有电子通信的控制器，该控制器被设置成执行至少下列步骤：按照存贮器的指令操作，决定位置传感器活动范围内一个选择的位置，通过选择器识别对可选择内容的选择，及向电子用户界面发送一个与选择内容相关的信号；一种操作该装置的方法，其中决定性的步骤包括：确定多个可能的用户-选择的传感器位置；及只选择多个可能的用户-选择传感器之一作为选择。

另一方面，本发明还涉及一种交互式电子教学/学习装置，该装置具有一个平台，该平台设有一个基本是平面的位于一个基本是平面的第一传感器之上的第一用户接触平面，该第一传感器包括多个至少是触摸感应的、有互联关系的组织成二维阵列的传感器，该阵列由分离的且分隔的第一和第二组基本平行的、单独的导线组成，单独的导线在平台的一个上表面的下方彼此横向交错，其特征在于：一个无线电频率振荡信号发生器与第一组单个的导线循环地耦合；及一个同步检测电路与发生器及第二组单个的导线工作耦合，用于识别阵列上的第一和第二组导线的用户激活的单独的交叉点。

附图说明

结合附图，可更好地理解上文的概述以及下文对本发明优选实施例的详细描述。为了对本发明进行示例的目的，附图中表示了几种目前认为是优选的实施方式。但应当指出的是：本发明并不限于图中所示的确切的布置和实施措施。

在附图中：

图1是本发明优选实施例的一个立体图，显示一个电子教学/学习装置的关闭状态；

图2是图1中装置的部分盖有一本打开成两页状态的书的一个立体图；

图3是一个图1-2中装置打开状态的俯视图，该装置上没有书；

图4是一个图1-3中装置的位置传感器电路的示意图；

图5是一个图1-3中装置的电路示意图；

图6是一个图1-3中装置的一角的部分的局部示图，表示一个交叉点传感器阵列的结构；

图7是图1-3中装置的位置传感器的交叉点阵列(或栅格)的示意性的俯视图；

图8是叠加于图1-3中装置中位置传感器的一部分上的书的一部分的一个示意图；

图9-11分别是在没有人的触摸、在标称人最大触摸及在标称人最小触摸条件下一个传感器及传感器输出的信号的剖视图；

图12是一个触摸识别过程的流程图；

图13是一个目前优选的振荡器的详细示意图；

图14是一个目前优选的列选择器电路的详细示意图；

图15是一个详细的示意图，表示交叉传感器阵列与其他图中所示的传感器电路元件的建议的连接方式；

图16是一个目前优选的行选择器电路的详细示意图；

图17是一个目前优选的行传感器电路的详细示意图；

图18是一个目前优选的同步检测器、多路器和滤波电路的详细示意图；及

图19是一个目前优选的传感器控制器的详细示意图。

具体实施方式

一个电子教学/学习系统，包括一个电子交互式玩具教学/学习装置、软件和一本或更多本的书籍或其他可拆卸的印刷的平面元件如单独的薄片、卡片、蜡纸等。该软件可以存储在一个或更多的带有印刷物的辅助处理盒式磁盘(auxiliary processing cartridges)中，或是存储在装置100的存储器中或存储在上述两个装置中。当一起提供处理器和印刷物时，两者相匹配并同时用于装置中。

图1-3所示的是本发明中一个附图标记为100电子交互式玩具电子教学/学习装置的目前优选的实施例。电子学习装置100设置为独立使用，并容装一本书10或其他可拆卸的印刷的平面元件。

具体地，装置100可被设置为一个交互式书籍阅读机，该阅读机有一个传感器，当一个手指放置在位于装置100的手指的活动传感器区域内的一本书10上时，该传感器可以感应到手指的位置。该活动传感器区域优选与书籍或其他可以放置在装置100上的印刷片元件的大小相匹配。装置100的优选的传感器可以感应距离传感器平坦表面至少1/4英寸的手指的存在。这个z(高度)分辨率允许传感器可以通过一本不超过至少1/4英寸厚的书籍检测到手指的存在。优选地，该传感器在与传感器的平面平行的平面上有一个x和y分辨率，该分辨率足够地高以选择印刷在书10上的每个单词或其他图形标记或图标。该分辨率基于传感器上的交叉点的数量及其如何与单词或图形或另一个可拆卸的平面元件进行位置对应，该单词或图形要在传感器的表面或印刷在书籍上，该平面元件诸如一张印刷片或蜡纸可用于装置100。

存储于辅助处理盒式磁盘146或装置100中的软件，包括产生声音效果(包括音乐和语音)或产生一定动作的信息，这些声音效果和动作与书籍或其他印刷的可拆卸元件上的图形和印刷的单词相关，或对应传感器上表面上上印刷的字母、词汇或其他图形。词汇或图形的x和y坐标与他们相应的声音效果或动作，都被映射到一个位于辅助处理盒式磁盘146或装置100内的存储器中。通过简单地触摸以选择任何文本或图形，将会产生至少一个与特定选择出的文本或图形相关联的音频输出。优选地，这个信息组织成一个逐页结构。装置100的用户或者可以直接通过使用任何印刷在其表面的图形以与传感器相互作用，或者可以将书10或其他印刷片页放置于传感器表面，并将书的辅助处理盒式磁盘146(如果要求的话)插入到装置100的辅助槽144中，并且通过印刷物10和传感器相互作用。然后，作为对手指触摸任何词汇或图形的响应，装置100可产生一个相应的音频输出。这种开放的结构允许无限的书籍和软件应用到装置100上。

如图1-3所示，装置100有一个外壳装置或是简单的“外壳”110，该外壳特别设置为，当书在预定的、其上、下、左和右侧最接近装置100的上、下、左和右侧的取向时，容装书10。外壳100包括两个基本上为平面的平台、通过合页180和182连接起来的一个基座112和一个盖子114、书固定部件118、闭锁220及一个手柄148。在第一平台，基座112有一个带有一个第一平面凹进表面130的第一基座凹进处128。基座凹进处128被一个凹进边缘132和第一、第二及第三凹进边界侧壁134、136、138限定边界。在表面130之下是一个用户响应位置传感器，其形式是一个分离但交叉的导线的矩阵，该矩阵包括下述第一交叉点传感器阵列142。一个盒式磁盘插槽144(cartridge slot)可安装在基座112的顶部以容装一个可拆卸的ROM盒式磁盘146，在下面的描述中，该ROM盒式磁盘146的可与装置中使用的书10或其他可拆卸印刷平面元件(如薄片或卡片或模板)一起使用。在第二平台，盖子114有一个带有一个第二平面凹进表面158的一个第二盖部凹进处156。该盖部凹进处156被一个凹进边缘160和第一、第二及第三凹进处边界侧壁162、164、166限定边界。在第二盖部连接表面158之下是一个第二传感器，其形式是一个分离但交叉的导线的矩阵，该矩阵包括下述的一个第二交叉点传感器阵列170。一个扬声器固定器176用于支撑一个扬声器178。合页180和182是中空的，且设置为每一合页为电子导体(未示出)提供一个通道(未描述)，该电子导体将基座112和盖子114中的电子元件连接起来。

如图2所示，一本优选的书10，包括由装订边17连接的多个页面16。该多个页面的任何相邻对页面，如第一和第二页16a和16b，可以打开为两页展开形式20。该两页展开形式20有两个在装订边17远端的方向相对的侧边24a和24b。书10设计为在装置100中紧密配合，可以有一些微小的移动。特别是，外壳110有一个是由基座凹进处128和盖部凹进处156组成的书室208。书室208设置为：当书10在垂直的、预定的取向，书10的上、下、左、右侧分别最接近于书室208的上、下、左、右侧时，特别是，在书室和书10或两页展开形式20之间很匹配时，可容装书10。

图4以广义的术语示出了装置100的电子元件240的各个组件。该电子元件240包括一个用户界面230，该用户界面除了包括位置传感器232、扬声器178，还包括一个可见信号发生装置238，及控制器如发光二级管150。也可提供其他用户界面。示出的装置100中的其他的电子元件及电路是主控制器或微控制器288，该微控制器与界面230的每个元件耦合，并与一个存储器290和一个语音合成器292耦合。存储器290可以包括一个非易失组的指令290a及一个非易失组的数据290b，该数据包括，如一个书室208的映象用于认别不同的图标如字母274和276的触摸传感器的位置，这些图标可以安装在覆盖传感器元件的凹进表面130和158上。一个外部的电子连接器144与一个适当构造的盒式磁盘146一起使用。该盒式磁盘包括至少一个可存取的存储器296。优选地，对于所述的系统100，该盒式磁盘146包括自身的盒式磁盘控制器294及盒式磁盘存储器296，该盒式磁盘存储器296包括用于运行微处理器294的固件指令及使控制器288受控于盒式磁盘控制器294的固件指令，以及数据296b，该数据296b尤其涉及与盒式磁盘146及装置100使用的书或其他印刷物。同样，图5中未示出的部分电子元件是电源(电池或/和AC转换器)、开关234和音量控制开关236。

图5以框图形式示出了图4中位置传感器电子元件250。传感器电子设备250优选地被一个专用的传感器控制器264，如一个凌阳(Sunplus)SPL130A微处理器控制，该传感器控制器通过一个行选择电路258、一个同步检测器、多路器及滤波电路260，连接并控制一个列驱动电路254及一对传感器电路256a、256b，该滤波电路处理原始传感器信号并将处理过的信号传递给模数转换器262进行数字化。或者，传感器微控制器264的功能可由装置微控制器288执行。装置100中位置传感器232进一步包括交叉点矩阵或传感器阵列142和170及一个信号振荡器252，该振荡器驱动传感器阵列142和170并控制检测器260。

图6是各外壳元件112和114中传感器142和170的结构示意图，该图示出基座112中的位置传感器元件。传感器阵列142位于形成凹进表面130的塑胶隔离物515的正下方。传感器阵列或矩阵142之下的空间是电子传导金属面510。

如图7所示，矩阵142和170都有两组基本是平行的、单独分离和分隔的导线，该导线设置为多个隔离的成列的或垂直的导线248(还可以称垂直栅格线)及多个隔离的成行或水平的导线或线路246(还可以称水平栅格线)，该导线与多个成列的导线248横切地或优选地垂直交错。为方便起见，两组导线246和248表示为“行”或“列”，“行”为东-西/左-右走向，而“列”则为垂直于(或横切于)该“行”而成为南-北/上-下走向，但是这样术语也可以用于相反的表示。列导线组248和行导线组246由一个电子绝缘隔离物，如迈拉(Mylar)塑胶片隔离。行和列导线246和248建议可由导电油墨印刷到迈拉塑胶片的相对侧上，以使两组导线间形成电绝缘并且形成矩阵170。图7所示的是本发明具体实施例中的矩阵142。矩阵170建议表示一个镜像但可能是一个不同的设置和结构。每个矩阵142和170最好包括16个行导线或线路246和16个列导线或线路248，但是两者或其一也可以使用不同的数目。行246和列248交错而成的每个交叉点都会产生一个单个的独立的“交叉点”传感器。因此在每个半壳112和114的凹进处128和156的矩形阵列中，该16×16导线阵列可以产生256个单独的交叉点传感器。

图8所示的是一个放置于装置100中传感器阵列142的一部分上的书10的一部分示意图，并且虚线部分表示用户的手伸出一个手指选择单词“球”。交互式书阅读装置100操作时允许用户通过用手指触摸或简单地充分接近书页上的选择区域，以选择书10页面上的任何活动区域。通过选择活动区域，交互式书阅读装置100上的扬声器178就会对之做出反应，输出一个声音信息。例如，当手指触摸单词“球”时，交互式书阅读装置100就可从扬声器178中产生一个“球”的语音音频输出。上述声音信息是对用户触摸单词“球”的直接反应而产生的。如果用户触摸页面上其他区域，将会产生不同的声音信息，例如触摸单词“蓝色”就会产生一个“蓝色”的声音信息。而触摸书页上球的图形也可以产生跳跃的球的声音。触摸书页上任何没有正文或图形的区域，或者可以产生一个普通的单一的铃音用于提醒该区域没有相关联的音频，或者会产生一个语音音频输出如“再试一次”，或者干脆就对该输入选择不回应。因此，交互式书阅读装置100可以用于阅读书籍，对手指触摸书上的图形做出回应，产生与之相联系的声音效果或其他活动。可以从图8中看到，每个单词和图形可以被映射到阵列142或170的一对或更多对x和y坐标上。例如，单词“球”分别处于两个阵列的R5、C4和R5、C5处。该位置映射图与相关的声音信息一起存储于存储器中，当任一交叉点传感器位置被选定，就会播放该声音信息。

图9-11所示的是带有或不带有书10的装置100的三个横截面的例子。图9-11的横截面图示出未带有书或可拆卸的印刷物或用户存在的装置100，一个在书10(不同厚度)的页面16的手指505。图9-11中每个图进一步示出一个塑胶隔离物515、多个间隔的列(垂直)线路248，绝缘片(如迈拉)525及与多个间隔的列线路248横向交错的多个间隔的行(水平)线路246之一。绝缘片525支撑并将列线路248从行线路246与分离开来，并与这些导线阵列142和170结合。传感器优选地包括一个金属片状的传导面510，该传导面连接于系统接地并且与阵列142和170平行且相间隔。

形成每个凹进处128和156的上表面130和158的塑胶隔离物515，约为0.080″厚，并被作为一个绝缘体放置于每个阵列142和170之上，以使传感器的接触面以至少该值与矩阵142和170分隔开来。塑胶隔离物515可以是苯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，其介电常数为大约2-3，而其厚度和介电常数可被调整以获得期望的灵敏度。塑胶隔离物515的功能就是在矩阵142和170提供一个稳定的反应。除去塑胶隔离物515会导致阵列的交叉点传感器更加灵敏，其高灵敏性使得单页片16将会显著地改变阵列142和170的输出。在安装有塑胶隔离物515的情况下，增加页数的效果是可以忽略不计的(如15-20毫伏)，但是若没有塑胶隔离物515，增加页数的效果可能就大一个数量级。通过用塑胶隔离物515的厚度将书10的书页16与矩阵142和170分隔开来，对于矩阵140和165的效果会大大降低。如前所述，列线路248(垂直列)和行线路246(水平行)的宽度和厚度在交叉点处应该控制到最小，以减小在每个交叉点的电容效果，但是优选地在交叉点之间和交叉点周围则应该增加宽度和厚度，例如在交叉点位置周围或之间的位置处通过加宽单独的行和列的线路成为四角星或对角正方形等。

传导面510最好在矩阵142和170之下间隔四分之一英寸(5毫米)的位置。该传导面为矩阵142和170提供屏蔽，并影响矩阵142和170的每个交叉点周围的传感区域。与平面阵列142和170相垂直的平面510的间隔是可以调整的，以适合每个交叉点周围的敏感或感应(即用户选择)区域的大小，这样邻近的交叉点的感应区域就不会重叠。

如图7所示，单独的线路246和248延伸到支撑该导线的绝缘片525的侧面和底部的边缘。优选地，短线路530和535是分别从绝缘片525侧面和底部的边缘延伸出来，一个短线路530或535分别在每个传感器线路246或248的一侧。短线路530和535通过或连带绝缘片525全部连接到系统接地。水平的线路530从垂直边缘向里延伸到正好超过行线路246加宽以形成终端的部分，其长度统一，提供阻抗控制。垂直线路535从底部边缘向上延伸到一点，在该点垂直线路248开始平行走向，刚好在这些导线向外展开处之下且在距离最低点大约二分之一英寸(12毫米)之内的位置。当列线路248被振荡器252启动时，导线535防止该列线路之间产生交叉耦合。

一般来说，在没有对阵列的人为作用时，矩阵142和170产生的信号值被读取和存储以获得一个对于每个交叉点的参考值。每个交叉传感器的参考值都是单独地确定并更新的。优选地，交叉点的每个参考值都是几个连续扫描数据(如大约为16)运转的“平均值”。连续扫描与参考值相比较以决定人手指的最接近程度或其他极限值。按照本发明的一个优选的实施例，当装置100开始启动，数据从零开始积累。如果用户将手指放置在矩阵142和170上、运行程序时，其副作用是被触摸点的参考值低于未触摸处的参考值。

传感器232的工作原理如下。尽管不是必要的，该传感器232优选地，通过一次一行地读取单独的触摸点传感器的方式读取交替的阵列142和170的每一行线路256。与微控制器264相连的固件指示列驱动电路254将射频激发信号，如一个250kHz、3300毫伏的方波信号，从两个阵列142和170的振荡器252传送到列线路248，优选地，接着共同驱动位于每个阵列142和170的同一位置的列线路。在列线路248顺次被驱动通过每个阵列142和170时，该固件还指示行选择电路258产生适当的控制信号，该信号被发送到该(行)传感器电路256a和256b以交替地将每个阵列142和170上同一位置的行导线246连接到同步检测器、多路器和滤波电路260上。该控制器264进一步控制来自电路260的数据的传递，该电路通过模数转换器262产生一个直流电水平的模拟电压信号。在下一连续行线路被取样之前，每一个阵列142和170上相应的行线路246被取样，与每个阵列142和170上同样的驱动列一起取样。这样，该固件使阵列142和170运转的最快，行线路246次之，列线路248最慢。优选地，但不是必要地，从底部到上部扫描该行线路246，而列线路被从最里面向最外面驱动(对于阵列170是从右往左，对阵列142是从左往右)。

在存储了来自阵列142和170的初值后，阵列142和170被循环地和持续地扫描，并且每个交叉传感器的扫描结果要与结果要与已存储的自身不断循环地、持续地更新的参考值进行比较。如果任何单独的交叉点传感器的值不同于自身的参考值，而该参考值比预先确定值的或临界值(Threshold)大，那么控制器264将会将该点标记为“已触摸”或“已选择”。装置100的一个固定的临界值是在制造过程中表征装置100时设置的。对于上述的电路、材料和结构，可以发现如果没有用户的干扰，施加一个带有3300毫伏、250千赫方波信号，阵列142和170上单独的交叉点传感器输出大约2200毫伏±400毫伏的信号。用于用户触摸的第一个交叉传感器的位置范围为从一个成年人直接触摸凹进表面30到一个小孩触摸该表面上的闭合的书10的上面，信号的误差(如一个检测到的信号强度减弱)范围为从第一种情况的1600毫伏到第二种情况的大约200-300毫伏。该临界值将被设置为尽可能最接近最小期望用户产生的误差。上述装置100中，每个交叉点传感器的临界值最好设置为小于200毫伏，优选地为大约190-200毫伏之间。如果每个感应的交叉点上检测到的电压值小于存储器上的参考值的差值等于或大于临界值，该交叉点就会被传感器控制器264认为是经触摸的并被“标记”为经触摸的。如果该差值小于参考值，该参考值会每64毫秒(全程的扫描时间)更新一次，这样在大约一秒钟后产生参考值的沉降。在阵列142和170被扫描后，对于两次扫描循环中都被“标记”为经触摸的交叉点被认为是有效的，并被一个下述的“最佳选择”算法则选择出以进行进一步处理。

对于所述装置100，2个交叉点(与每个阵列140和172相关的同一位置的交叉点)优选地每250毫秒扫描一次且相关的数据被记录(clocked)到传感器控制器264。对于每次传感器扫描，每个交叉点数据值优选地首先要与一个“上限”值进行比较。如果该数据值超过上限值，就会被作为该次扫描的候选者而被忽略，并且对该传感器不进行参考值的更新。设置上限值的目的是为了防止反常的高数据值引起一个交叉点传感器呈现永久性挤压。为了理解该作用机制，就需要理解下述概念。因此，上限值的作用会在后续部分进行描述。

如上所述，对于每次阵列扫描，每次与交叉点传感器相关的数值被读取，都会与参考值进行比较，该参考值可以被认为或称为与该交叉点传感器(见下述)相关的“运转平均值”(Running Average)。如果该数据值小于运转平均值和临界值之差，该交叉传感器被认为是在该次扫描中“已触摸的”。如上所述，临界值是一个固定数值(即190-200毫伏)，表示一个最小偏差，该最小偏差用来指示交叉点传感器被认为是经触摸的。

如果该数值没有表明该交叉点传感器被认为是经触摸的(即，数据值＜[运转平均值-临界值])，那么该数值将被用于更新该运转平均值。当系统启动时，每个点的运转平均值被设置为零。每次该交叉点传感器的数值不大于上限值，并且不会低到表明该交叉点传感器被触摸时，该数值将被用于更新该点的运转平均值。用于计算新的运转平均数的方程式如下：

新运转平均值＝运转平均值+(数据值-运转平均值)/16，因此，优选的“运转平均值”不是一个真正的平均值而是一个收敛算法。

有了上面的知识，就可以阐述上限值算法的功能。在存在高强度的射频干扰和交叉点传感器读取显著升高的情况下，有参考值/运行平均值的算法可能会误判断。如果没有上限值截止，对于一个特定的交叉点传感器，不规则的高数据值(由于连续的噪音引起的)可以最终导致一个不规则的高运行平均值。然后，当扫描的数据值恢复到标称值的范围时，如果被扫描的数据值足够低，以至于该数据值大于不规则的高运行平均值与参考值之差，交叉点传感器将会被认为经触摸的。这就会导致新扫描的数据再也不会用于运行平均值的计算，因此，不允许运行平均值低于其正常水平，就使得在装置100的使用过程中，该交叉点传感器表现为永久性被触摸。结果，使用或存贮的唯一传感器数据低于上限值。对于上述的装置100，最好使用一个3100毫伏的上限值(高于标称电压值一半以上)。

在一个优选的实施例中，装置100还包括一个“快速恢复”算法。该算法用于将从交叉点最近读取的数据和参考值或运行平均值相比较。如果最近读取的数据高于该快速恢复临界值，参考值将会设置为等于最近读取值。该算法考虑到了一种情况，那就是用户将手指在一个交叉点上“盘旋”一段时间，其人为地强制参考值下降。在这种情况下快速地松开和触摸相同的点可以使系统不做出回应，因为参考值和最近的读取值之差不大于触摸临界值。图12概括了识别“经触摸的”传感器和更新参考值/运行平均值的数据的步骤。

前面详细描述了每个512(16×16×2)交叉点传感器阵列142和170如何被确定为被激活(如“已触摸”或“已选择”)或不激活。扫描整个交叉点阵列一次需要大约64毫秒(16×16×250微秒)。在每次扫描过程中，认为每个交叉点传感器被激活/触摸或没有被激活/触摸的。

每次扫描结束，经触摸的交叉点被处理为识别一个“最佳候选者”(best candidate)。一般来讲，最佳候选者是由微处理器选择的交叉点传感器，该交叉点传感器被认为是最可能已经被用户触摸选择的点。一般来讲，如果给定阵列142和170上有两个同样高度的可能的候选者被激活，该已触摸的点是在最高(最北/上)或是最高且最左点(如最西北/最左上)。为方便起见，该点被一起简称为“最西北”点。而且，要被认为是一个新的最西北位置的传感器交叉点，该交叉点传感器优选地必须在两次连续的64毫秒扫描中被“触摸”。该过程如图12所示。

传感器控制器264首先识别一组经触摸的传感器。然后该传感器控制器识别那些已被触摸过至少两个连续的64毫秒循环的传感器。这些传感器是新的最西北位置的候选传感器。优选地，在处理右手阵列之前，左手阵列140已被处理为新的最西北位置的候选者，并且每次扫描都是先扫描该左手阵列，然后再扫描右手阵列。这就意味着，如果一个在左手阵列识别到的新的最西北位置的候选交叉点/传感器，比在右手阵列识别到的一个新的较高的最西北位置的候选的交叉点/传感器低的话，该左阵列候选者将仍被选择为新的最西北位置的交叉点/传感器而处理为最佳候选者。一旦选定最佳侯选者，其识别/定位就从传感器控制器264传递到基座单元微控制器288。

只有当每个阵列上的一个交叉点传感器在一个单独的64毫秒扫描中被首先触摸，才会有上述的左手阵列优先于右手阵列。然而，如果需要，可以对左手阵列进行一个两次扫描(128毫秒)的“优先处理”。上述两种情况将在下面的例子中描述：

如果在同一64毫秒扫描中，同时触摸左手阵列142中一个相对较低的交叉点传感器和右手阵列170中的一个相对较高的交叉点传感器，如果在下一次扫描中同一左传感器阵列的交叉点仍然被触摸，左手阵列上的交叉点传感器就被选择为可能的新的最西北位置的交叉点。

如果在一个64毫秒的扫描循环中，右手阵列上一个相对高的交叉点传感器被触摸且选择为可能的新的最西北位置的候选者，并且如果在下一个64毫秒的扫描循环中，左手阵列上一个相对低的交叉点传感器被触摸并且成为一个新的最西北位置的该阵列的交叉点候选者，然后，如果在下一扫描循环中左手阵列上的交叉点仍被触摸，该左手阵列上的新的最西北位置交叉点传感器(低的交叉点传感器)就被选择为新的最西北位置的交叉点候选者并作相应处理。

一旦一个新的最西北位置的点(交叉点传感器)被选定，优选地一个“向南闭锁”(Southern Lockout)算法就会用于阵列142或170。向南闭锁算法使得在随后的扫描中被触摸的同一阵列的位于新的最西北位置点之下的任何交叉点都被忽略，直到一秒钟结束，这时该新的最西北位置的点仍然被选定或被释放。闭锁之后，阵列上所有的交叉点都成为新的最西北位置的点的候选者。该算法包括了用户在手指触摸完阵列后将其手后部放于阵列上的情形。

当使用向南闭锁时，优选地只对该带有新的最西北位置交叉点/传感器的阵列142和170之一起作用。也就是说，下面的情形可能会发生。从右阵列中选择该新的最西北位置的交叉点/传感器。该特定阵列上的其他任何交叉点传感器，即处于该新的最西北位置的交叉点/传感器的南边的交叉点，都被“闭锁”一秒钟或直到新的最西北位置的交叉点/传感器被释放。在该一秒钟内，左阵列的一个交叉点传感器，即左阵列上经触摸的最西北位置的传感器候选者，如果其被两次连续扫描为经触摸的，就可被选作为两阵列的新的最西北位置的点。这是在阵列142和170间任意假定左阵列142优先的结果。

优选地，在识别完一个新的最西北位置的传感器交叉点(两阵列142和170)，使用“峰检索”(Peak Search)算法。该新的最西北位置的交叉点传感器的东(右)、南(下)和东南边(右下)的交叉点传感器的偏移被检测到其触摸和与其他四个传感器的相对偏移量。该带有最大偏移量(即，由参考值/运行平均值的变化)的不超过四个传感器的其中之一，被选作为“最佳候选者”，并且其识别/定位/位置被传输给主(基座单元)微控制器288。

每次一个新的最佳候选者被选定，其位置被传感器控制电路传输到主(基座单元)微控制电路288。因为只需要两个64毫秒扫描以决定一个最佳选择，而且因为可能会在任一阵列连续地找到一个可能的新的最佳候选者，所以也可能在连续的扫描中，新的最佳选择会被传输到主控制器288。然后该主控制器288决定如何使用该信息(中断或不中断目前的活动、用一个邻近的交叉点传感器取代最佳候选者等)。

由于用户可能会不注意地将不只一只手放置于书上，所以装置100还会检查是否有多个手放置于书10上。当书籍阅读机传感器上感知有两只手放置于书上时，其会检查是否有一个输入清楚地限定了最北边的交叉点。如果的确如此，其会选择该输入作为最佳候选者。当装置100不能足够准确地确定模糊的输入，除了必需产生一个指令用户“一次用一个手指”的音频输出或其他相应的内容外，本发明可以依据上述算法选择一个“最佳候选者”。

图13所示的是一个目前优选的信号振荡器电路252的示意图。该信号振荡器电路252向列驱动电路254产生并提供一个方波信号，该方波信号在电压为3V时频率约为250kHz。同样的信号经由线253传输给同步检测器、多路器和滤波电路260，用于同步检测与振荡的信号耦合的阵列。

图14所示的是一个目前优选的列驱动电路254的示意图。列驱动电路254依次激活阵列142和170的列线路，该列线路为由电路264控制的一对每次相应的列导线。优选地，四个多路器254a-254d被用于驱动阵列142和170中的32列线路248。

图15所示的是两个交叉传感器阵列142与列驱动和行感应电路元件的一个目前优选的连接方式的示意图。阵列170最好是一个镜像。

图16所示的是一个也主要由四个多路器254a-254d组成的行选择电路258的一个目前优选的结构的示意图。

图17所示的是两个同样的行传感器电路之一，即传感器电路“B”(图5中256b)的一个目前优选的结构的示意图，该传感器电路检测来自图15中所示的右传感器阵列142的行线路246的信号，并将检测到的信号输出(“PANEL_R”)传送给由行选择电路258控制的同步检测器、多路器和滤波电路260。这些传感器电路256a和256b通过使用所述电路256B中单独的晶体管/放大器Q1-Q16，给耦合的行线路246施加了一个高阻抗负载。该输出(SENSE_R1通过SENSE_R16)通过行选择器电路258维持正常的高度，并且，当一个行线路246被“感应”时，通过该电路降低单独的晶体管Q1-Q16的输出。

图18是同步检测器、多路器和滤波电路的一个目前优选的结构的示意图，示出了阵列142和170的输出(PANEL_L和PANEL_R)、电路260的模拟输出(POINT ANALOG)及传感器控制器264的定时输入(timing input)(CONTROL_8)。电路元件“U10”是一个多开关芯片，该芯片将左传感器阵列140的输出与同步检测器/差分放大器260a耦合，该放大器由电容器C24和C25及放大器U11A和U11B和相关电路组成。该对检测器/放大器的输出被传送到一个由放大器U12A和相关电路组成的过滤器260b，并被输送回电接头Z0(pin)，以通过芯片U10多路传输到模数转换器262上。连接到电接头Y0、Y1和Z1上的平行电路对来自另一阵列的信号处理。该电路260以线路253上的振荡器电路252的输出信号以250kHz的速度工作。

图19所示的是传感器控制器或控制电路264的一个目前优选结构。控制电路264优选地包括一个多种用途的微处理器，如Sunplus^TM的零件号码为SPJ130A的微处理器或类似的产品。该模数转换器是一个微型芯片MCP3001型外部模数转换器。装置100的电源(示显出)向传感器电路232供电。

本领域普通技术人员可知，对上述实施例所进行的许多变化和改进都不偏离本发明的广义的发明实质。可以理解，本发明可以直接用于，例如，没有书或卡片或薄片，但是有形成或印刷于电路之上的上表面的标记，通过触摸或接近触摸表面上的位置，该电路的软件对表面上的指定或不同的位置做出回应。通过这种方式，本发明可被应用于其他书籍阅读装置的其他传统的触摸式屏幕，以及其他教育或娱乐的设施中。因此可以认为，本发明不限于上述优选的实施例，而意在包括任何在本发明的权利要求书所确定的保护范围内的所做的修改。

Claims (16)

1.一种交互式电子教学/学习装置，该装置具有一个平台，该平台设有一个基本是平面的第一用户接触平面，该用户接触平面覆盖于一个基本是平面的第一传感器之上，该第一传感器包括多个至少是触摸感应的、有互联关系的组织成二维阵列的传感器，该阵列由分离的且分隔的第一和第二组基本平行的、单独的导线组成，单独的导线在平台的一个上表面的下方彼此横向交错，其特征在于：

一个无线电频率振荡信号发生器，其与第一组单个的导线循环地耦合；及

一个同步检测电路，其与发生器及第二组单个的导线工作耦合，用于识别阵列上的第一和第二组导线的用户选择的单独的交叉点。

2.如权利要求1所述的装置，还包括一个晶体管，该晶体管与第二组的每根导线及同步检测电路相耦合，该第二组的每个单独的导线设置为与和同步检测电路相耦合的晶体管的基部相耦合。

3.如权利要求1所述的装置，还包括一个电子传导面，该传导面与系统接地相连并且与阵列中与平台相对的一侧上的两组导线相间隔，并且间隔的距离可以有效地减小阵列中每个交叉点周围的活动用户激活区域，在该激活区域由同步检测电路充分感知用户选择以防止邻接的交叉点的邻接用户激活区域相互重叠。

4.如权利要求1所述的装置，还包括一个接地导线，该导线在第一组中每一邻近对的导线之间，以减小第一组邻近对的导线之间的交叉耦合。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述发生器是一个方波发生器。

6.如权利要求1所述的装置，还包括一个与同步检测电路耦合的控制电路，该电路设置为识别阵列上的用户可能选择的交叉点，并识别一个可能选择的交叉点作为该装置对用户选择反应的选择。

7.如权利要求1所述的装置，还包括一个与阵列之上平台的上表面永久地并可视性地结合的标记，该标记与阵列上特定的交叉点对齐，用于通过阵列选择标识的用户识别。

8.权利要求1所述的装置与一个印刷片产品的组合，该印刷片产品在平台上设置为一个预定取向，该印刷片产品包括位于预定取向的印刷标识，该取向与阵列上特定的交叉点对齐，用于通过阵列选择标识的用户识别。

9.在一种设置为容装一种在该装置上有一个预定取向和可选择内容的印刷片产品的交互式电子教学/学习装置中，该装置包括一个带有一个平台的外壳，该平台设置为：当印刷片产品在预定取向时，可容装该印刷片产品；一个位于外壳内的电子用户界面，该电子用户界面包括一个用户响应位置传感器，该传感器在平台上有一个活动范围，该电子用户界面还包括多个在平台上呈阵列分布的单独的传感器；位于外壳内的控制电子设备，该电子设备包括一个其中的指令与印刷片产品可选择内容相关的存贮器，及一个与电子用户界面有电子通信的控制器，该控制器被设置为执行至少下列操作步骤，包括按照存贮器的指令操作，在位置传感器活动范围内确定一个选择的位置，通过选择器识别对可选择内容的选择，及向电子用户界面发送一个与选择内容相关的信号；一种操作该装置的方法，其中决定性的步骤包括：确定多个可能的用户-选择的传感器位置；及只选择多个可能的用户-选择传感器位置之一作为选择。

10.如权利要求9所述的方法，其中，该装置包括一个交叉点传感器阵列，该阵列由平台的上表面之下的第一和第二组基本平行的电子导线彼此横向交错而成，且其中，识别多个可能选择位置的步骤包括将一个方波无线电频率振荡信号应用于第一组导线和与第二组导线工作耦合的同步检测电路的步骤。

11.如权利要求10所述的方法，其中，耦合的步骤还包括通过一个相对高阻抗的放大器将第二组的每一根导线与同步检测器相耦合的步骤。

12.如权利要求10所述的方法，其中，预定的取向包括上、下、左和右侧，并且其中决定性的步骤包括在用户激活的阵列上选择一个最上位置的交叉点传感器作为一个候选用户选择位置的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其中，选择的步骤还包括识别交叉点阵列的一个最右位置的交叉点传感器的步骤，在该阵列上同样最上位置的传感器已被用户激活。

14.如权利要求13所述的方法，其中，选择的步骤还包括识别阵列上任何其他交叉点传感器，该传感器直接将该最上和最右位置识别过的交叉传感器侯选者选择位置和被用户选择所激活的位置相连，并且识别一个最上位置、最右位置和具有最大输出变化的直接连接的交叉点传感器作为选择的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，还包括在识别该选择之后，在至少一个预定的时间内，忽略阵列上已选择的交叉点传感器之下的所有其他的交叉点传感器的步骤。

16.如权利要求14所述的方法，还包括在识别该选择的步骤之后，至少直到用户释放了对交叉点传感器的选择，忽略阵列上已选择的交叉点传感器之下的所有其他的交叉点传感器的步骤。

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