CN1749945A - 一种智能交互式电子白板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成软、硬件，用于电脑输入、教学或会议的计算机笔迹输入智能交互式电子白板设备，采用在传统的交互式电子白板中增加存储部分，存储部分采用计算机标准协议以及具备软件自动运行功能的计算机协议，驱动程序和应用程序，使交互式电子白板集成了计算机软件和设备硬件，构成了全新的智能交互式电子白板，不需要用户安装专门针对交互式电子白板设备的驱动程序以及应用程序就可以使用硬件设备具有的各种功能，极大地提高了计算机硬件设备的通用性，方便性和易用性，特别适合于经常更换使用者和计算机主机的应用场所。

Description

一种智能交互式电子白板

技术领域

本发明涉及一种集成软、硬件，用于电脑输入、教学或会议的计算机笔迹输入智能交互式电子白板设备。

背景技术

以前在教学、以及工作的交流讲演过程中，对演讲者书写的文字，绘制的图形等难于进入计算机和自动办公教学系统，课堂笔记和会议记录是听众采用笔和笔记本记录，既影响了听课、演讲或交流的效果，有难以保证记录信息的完整性和准确性。随着计算机以及电子技术的发展，电子白板特别是交互式电子白板的出现使教学、会议的模式发生了改变，将人们从记录的劳动中解放出来，全身心投入思考、学习或交流中去。

但是，目前的交互式电子白板的使用一般需要先在计算机中安装交互式电子白板的应用程序和驱动程序，再将交互式电子白板的硬件设备通过相应接口连接到计算机，然后运行安装的软件。软件的提供一般是通过光盘或者其它存储介质或者因特网下载。

由于交互式电子白板的使用一般是在会议、教学等场合，特点是使用者更换比较频繁，在计算机和笔记本电脑日益普及的今天，使用者一般使用自己的电脑，会议和教学的相关内容也一般存储在自己的电脑中，如果要使用交互式电子白板需要先找到软件光盘或从网络下载软件安装程序，在自己的电脑中安装相应软件，才能正常使用会议室或教室中的交互式电子白板。可以想象，要在每一个可能的使用者的笔记本或计算机中分别安装相应软件，是一项十分烦琐的事情。这种烦琐给电子白板应用的普及带来了障碍，也给使用者带来了不方便，降低了交互式电子白板的使用效率。

发明内容

本发明的目的是设计一种利用USB协议规定的集线器和复合设备协议集成计算机存储模组和交互式电子白板电路的智能交互式电子白板，在存储模组设计存储的应用协议，使其具有自动运行内部软件的功能，或者利用性能比较高的一颗芯片来实现电子白板和计算机存储器的一体设计，通过集成交互式电子白板电路和具有内部程序自动运行功能的存储模组，使用者无需在自己的电脑中安装交互式电子白板的应用程序和驱动程序就能直接使用本设备提供的一切功能。

本发明的目的是通过下面方案实现的：电子白板的硬件电子线路集成了实现传统交互电子白板的硬件电路和用于存储相关计算机软件的存储部件。

交互式电子白板的硬件电路部分和存储部分的硬件电路部分可以通过一个计算机接口连接到计算机主机。

交互式电子白板的硬件电路和存储部分的硬件电路通过标准的USB集线器芯片组合成一个USB复合设备。

交互式电子白板的硬件电路和存储部分的硬件电路采用单芯片设计，同时控制和采集白板数据以及管理存储部分。

本发明实施例的具体方式是：其由电子白板电路与电子白板USB控制芯片连接组成交互式电子白板控制电路，存储介质与USB存储器控制芯片连接组成存储模组，将应用协议存储在存储模组内，使存储模组具有内部程序自动运行功能，交互式电子白板控制电路和存储模组分别通过USB接口与USB集线器芯片的下行口连接，再通过USB集线器芯片的USB上行接口与计算机连接；或者将电子白板电路和存储介质分别与高性能USB控制芯片的不同协议接口连接，通过高性能USB控制芯片的USB上行口接口与计算机连接。

交互式电子白板是超声波式电子白板、电阻式电子白板或电磁式电子白板。

存储介质采用NAND FLASH芯片、多媒体存储卡CF、MMC、SD、XD、SMC、记忆棒(MEMORY STICK)或微型硬盘MICRODRIVE存储设备。

电子白板USB控制芯片是一颗具有USB接口的MCU芯片或是通用MCU芯片和USB接口芯片的结合，通用MCU芯片完成电子白板数据采集功能，USB接口芯片完成USB协议和计算机之间的数据交换。

存储部分存储的是计算机的运行与应用程序、驱动程序及设备的驱动程序、应用程序安装到计算机系统的软件安装程序。

智能交互式电子白板具体实现的电路结构是由X方向天线控制选通电路和Y方向天线控制选通电路通过天线地址译码电路与数据采集MCU芯片连接，X方向天线控制选通电路和Y方向天线控制选通电路输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与控制放大电路的输入端连接，控制放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端一路连接波形整形电路后与数据采集MCU芯片连接，另一路连接检波电路后与直流放大电路连接，通过直流放大电路与数据采集MCU芯片连接，数据采集MCU芯片通过特定接口与USB接口MCU连接，USB接口MCU与USB HUB芯片一个下行口连接，非易失性存储介质与USB控制和转换芯片连接，USB控制和转换芯片的输出USB接口，连接到USB HUB芯片的另外一个下行口，USB HUB芯片的上行口连接到计算机。

由数据采集MCU芯片产生天线选通信号经过天线地址译码电路分别控制X方向天线控制选通电路和Y方向天线控制选通电路两部分电路，将指定的天线信号输入到放大电路，进行信号的第一级放大，然后经过控制放大电路，进行可控增益的放大，将信号放大到适合的幅度，放大的信号一路通过滤波电路进行滤波整形，整形后的信号输入到数据采集MCU芯片，另一路经过检波电路检波后再经直流放大电路进行直流放大，放大后的信号输入到数据采集MCU芯片，进行数据采集和处理，得到笔迹数据和笔的状态信息，经过特定接口输入到USB接口MCU，同时，与数据采集MCU芯片连接的键盘负责采集按键信息，同样经过特定接口输入到USB接口MCU，通过USB接口MCU输入到USB HUB芯片的一个下行口，将根据应用协议编制的应用程序和驱动程序存储在非易失性存储介质中，储存介质的USB控制和转换芯片通过USB接口和USB HUB芯片，控制与其连接的计算机按程序工作。

实现本发明的具体电路是X轴天线选通控制芯片U101～U109为八选一门电路，其输入线分别连接不同的天线单元，天线单元分别同时接受信号笔发出的信号，其输出端连接在一起；Y轴天线选通控制芯片U201～U207为八选一门电路，其输入线分别连接不同的天线单元，天线单元分别同时接受信号笔发出的信号，其输出端连接在一起，Y轴天线选通控制芯片输出端和X轴天线选通控制芯片输出端连接起来；天线选通控制芯片输出端一路通过电阻R601连接到模拟信号的地线AGND，输出端通过电容C603去耦后与再通过电阻RL1接到模拟信号的地线AGND，然后连接到运算放大器U601A正输入引脚3，运算放大器U601A输出引脚1连接负载电阻RL2到模拟信号的地线AGND，同时通过负反馈电阻R606连接到运算放大器U601A的负输入引脚2，运算放大器U601A的负输入引脚2连接偏置电阻R605到模拟信号地线AGND，运算放大器U601的引脚4和引脚11分别连接模拟正电源和模拟负电源；运算放大器U601A输出引脚1连接电阻R607、电容C604、电阻R608与运算放大器U601D的负输入引脚13连接，Ucon八选一门控制芯片4051的X0-X7引脚分别连接增益控制电阻RXN0-RCN7，电阻的另外引脚同时连接到电容C604和电阻R608的连接线上，八选一门控制芯片4051的X引脚与运算放大器U601D的负输入引脚13连接，运算放大器U601D输出引脚14连接负载电阻RL3到模拟地线AGND，还通过负反馈电阻R609与其负输入引脚13连接；运算放大器U601D的输出引脚14通过电阻R610、电阻R611与运算放大器U602A正输入引脚3连接，同时电阻R611通过电容C606与模拟地线AGND连接，放大器U602A输出引脚1通过电容C605与电阻R610和电阻R11连接，同时，通过电阻R613运算放大器U602A负输入引脚2连接，运算放大器U602A负输入引脚2通过电阻R612与模拟地线AGND连接，运算放大器U602的引脚4和引脚11分别连接模拟正电源和模拟负电源；运算放大器U602A输出引脚1通过电容C607、电容C608与运算放大器U602D的正输入引脚12连接，运算放大器U602D的输出引脚14通过反馈电阻R614连接到电容C607、C608，同时通过反馈电阻R617与其负输入引脚13连接，其负输入引脚13通过电阻R616与模拟地线AGND连接，其正输入引脚12通过电阻R615与模拟地线AGND连接；运算放大器U602D输出引脚14通过电阻R618和电C609连接到运算放大器U602B的负输入引脚6，运算放大器U602B的正输入引脚5通过RM0的连接到模拟正电源，通过并联的电阻RM1和电容C613连接到模拟地线AGND，运算放大器U602B输出引脚7的信号直接连接到数据采集MCU U1的引脚10；输入到运算放大器U602B负输入引脚6的信号通过R622连接到检波二极管D601的正极，D601的负极经过积分电容C611连接到地，同时数据采集MCU U1的引脚14直接连接到三极管Q603的基极，Q603的集电极与D601的负极连接，Q603的发射极与模拟地线连接；D601的负极同时连接到运算放大器U602C的正输入引脚10，运算放大器U602C的负输入引脚9通过R624连接到模拟地线，运算放大器U602C的输出引脚8通过R625连接到其负输入引脚9，同时连接到数据采集MCU U1的引脚18；数据采集MCU U1的引脚1、20和19分别连接到Ucon的引脚11、10和9；Ucon的引脚6、7、8均连接到模拟地线，引脚16连接到模拟电源，同时通过去耦电容Cucon连接到模拟地线；数据采集MCU U1的引脚15连接到电源，引脚5连接到地线，引脚6和7分别连接到晶振的两端，同时分别通过C621和C622连接到地线，引脚4、9、16、17为保留引脚，可以扩展其它功能，引脚2、3、8、13为天线选择控制引脚，其中U1的引脚2连接到图4中U110、U111、U208、U209的引脚9，U1的引脚3连接到图4中U110的引脚1、引脚2和U208的引脚1、引脚2，U1的引脚8连接到图4中U208和U209的引脚8，U1的引脚13连接到图4中U110和U111的引脚8，U1的引脚11和引脚12连接到图6中U505的引脚2和引脚1。

U110、U111、U208、U209为天线选择控制电路部分，其输入信号由数据采集MCU U1产生，输出信号分别连接到相应天线选通控制芯片的控制端，即各芯片的引脚6，以及引脚9、10和11，具体的连接见电路图，不在赘述。

图6中U505为USB接口MCU，其的引脚1和引脚2分别连接到图5中数据采集MCU U1的引脚12和引脚11，其引脚10和11分别连接到晶振CRYST602的两端，引脚7、8连接到地线，引脚12连接到电源，引脚9通过电阻R637连接到电源，通过电容R625连接到地线，引脚14通过电阻R638连接到USB集线器芯片U501的DP2引脚，同时DP2引脚还通过并联的电阻R02和电容C626连接到地线，引脚13通过电阻R639连接到电源，通过电阻R639连接到USB集线器芯片U501的DM2引脚，同时DM2引脚还通过并联的电阻R01和电容C627连接到地线；存储芯片为U504，其中引脚12、引脚19和引脚37连接到存储芯片电源，引脚13和引脚36连接到地线，其它引脚皆与存储控制和管理芯片U502的引脚相连接；存储控制和管理芯片U502的引脚40-引脚33为数据总线，连接到存储NAND FLASH U504引脚29-引脚32和引脚41-引脚44，U502的引脚28连接到U504的引脚18，U502的引脚27连接到U504的引脚17，U502的引脚26连接到U504的引脚16，U502的引脚44连接到U504的引脚10，U502的引脚24连接到U504的引脚9，U502的引脚23连接到U504的引脚8，U502的引脚41连接到U504的引脚7，U502的引脚41连接到U504的引脚6，其它引脚中引脚1连接到地线，引脚2连接到3.3V电源，同时通过去耦电容C1连接到地线，引脚3连接到引脚16，同时两引脚通过两个电容连接到地，引脚4通过电阻R5连接到引脚12，同时引脚12通过电容连接到地线，引脚5连接通过电容连接到地线，同时通过磁珠连接到12脚，引脚6和8分别通过电阻R23，R20和引脚7和9相连，并连接到U501的DP1，DM1引脚，引脚10接到地线，引脚11通过电阻R7连接到地线，引脚13引脚14连接到晶振Y1，电阻R1的两个引脚，并通过电容C13、C17连接到地线，引脚15连接到地线，引脚17连接到电源FMVCC，引脚18、21连接到电源，并通过电容连接到地线，引脚19、22连接到地线，引脚43连接场效应管Q1控制VCC3.3产生FMVCC；U501的XTAL1/XTAL2连接到48M晶振，DP0和DM0连接到USB B口的D+/D-引脚。

本发明的优点就是将本发明下的智能交互白板的软件和硬件一体化，使设备的使用更方便，也更容易使用，特别适合于会议室或者教室等经常更换交互式电子白板的使用者和控制主机的场所。

附图说明：

图1为采用USB集线器的智能交互式电子白板的电路框图

图2为采用单主控芯片的智能交互式电子白板的电路框图

图3为采用USB集线器的智能交互式电子白板的电路详细框图

图4-6为采用USB集线器的智能交互式电子白板的电路图

具体实现方式

如图1所示，采用USB集线器的智能交互式电子白板的实现比较简单，电子白板电路(1)和电子白板USB控制芯片(2)组成完成的交互式电子白板，(2)提供标准的USB接口(3)，可以直接将(3)连接到计算机USB接口作为标准USB人体学输入设备。(1)可以采用一颗具有USB接口的MCU芯片完成设计，也可以采用通用MCU芯片和USB接口芯片完成，通用MCU芯片完成电子白板数据采集功能，USB接口芯片完成USB协议以及通过接口(3)和计算机之间的数据交换。存储介质(4)和USB存储控器制芯片(5)组成标准的USB存储设备，主控芯片(5)管理存储介质(4)提供的标准USB接口(6)，接口(6)可以直接连接到计算机这样(4)和(5)组成的设备可以作为标准存储设备，(5)为存储数据的模组，设计中可以采用NAND FLASH芯片，也可以采用广泛应用的多媒体存储卡比如：CF、MMC，SD，XD，SMC，MEMORY STICK(记忆棒)等，还可以采用微型硬盘MICRODRIVE等存储设备。标准的交互式电子白板部分和USB存储电路部分分别连接到USB集线器芯片7提供的USB下行口，将USB集线器芯片(7)的上行口(8)连接到计算机，即可以将标准的交互式电子白板和USB存储器分别连接到计算机。在本设计中USB集线器芯片(7)的设置为总线供电的集线器，所连接的交互式电子白板和USB存储器也是低耗电设备，整个智能交互式电子白板为高耗电设备。

智能交互式电子白板也可以采用如图2所示的结构实现，(11)为具有USB接口的高性能MCU，该MCU芯片(11)管理存储介质模组10，和控制电子白板电路(9)，存储介质模组(10)和主控MCU芯片(11)的接口不为USB接口，为存储介质提供的接口，如NAND FLASH接口，CF接口，硬盘接口，MMC接口等等。该接口连接的存储介质用来存储计算机的应用软件或安装软件等，也可以作为电子白板中的一部分，存储白板工作或设置的一部分数据。电子白板电路(9)中可以包含其它的MCU，负责处理电子白板输入的信号，产生电子白板的数据，当然，信号的处理和数据采集处理也可以由主控MCU芯片(11)全部或部分实现，主控MCU芯片11还提供到计算机的USB接口。采用图2的设计可以将智能电子白板设计为低耗电USB设备。

图3为智能交互式电子白板具体实现的一个实例的电路结构图，为采用USB集线器的智能交互式电子白板的电路图。(13)和(14)为分别为XY方向天线控制选通电路，由MCU芯片(22)产生天线选通信号经过天线地址译码电路(15)分别控制(13)和(14)两部分电路，将指定的天线信号输入到放大电路(16)部分，进行信号的第一级放大，然后经过控制放大电路(17)进行可控增益的放大，将信号放大到适合的幅度，放大的信号一路通过滤波电路(18)进行滤波整形，整形后的信号输入到MCU芯片(22)，另一路经过检波电路(20)检波后再经直流放大电路(21)进行直流放大，放大后的信号输入到MCU芯片(22)，进行数据采集和处理，得到笔迹数据和笔的状态信息，经过特定接口输入到USB接口MCU(24)。同时，MCU芯片(22)还负责采集按键信息，同样经过特定接口输入到USB接口MCU(24)，USB接口MCU(24)，连接到USB HUB芯片(27)的一个下行口。(25)和(26)为USB存储器的电路框图，其中(25)为非易失性存储介质，在本发明的实例中采用了U盘的设计。在实际的实现中，可以采用的设计还可以是USB的存储卡读卡器和存储卡，或者是USB硬盘，该电路的实现方式不影响本发明的权利要求。(26)为储存介质的USB控制和转换芯片，其输出接口为USB接口，连接到USB HUB芯片(27)的另外一个下行口。USB HUB芯片(27)的上行口连接到计算机，这样就将设备接入了计算机系统。

图4-6为智能交互式电子白板具体实现的一个实例电路图，为采用USB集线器的智能交互式电子白板的电路图。图4和图5中，U101～U109为CD4051芯片，为八选一门电路，是X轴天线选通控制芯片，其输入线分别连接不同的天线单元，天线单元分别同时接受信号笔发出的信号，其输出端连接在一起；U201～U207为CD4051芯片，为八选一门电路，是Y轴天线选通控制芯片，其输入线分别连接不同的天线单元，天线单元分别同时接受信号笔发出的信号，其输出端连接在一起，并和X轴天线选通输出连接起来；天线输出信号输入到U601ATL084运算放大器组成的第一级放大电路进行第一级放大处理，放大后的信号经过由运算放大器U601A和Ucon CD4051八选一门电路以及电阻组成的可控增益放大电路，然后输入到U602A、U602D组成的带通滤波器电路滤波，滤波输出信号经过通过U602B运算放大器组成的比较器进行波形整形，得到和天线接受到的信号相同频率的矩形波信号，矩形波信号输入到主控MCU U1 P87LPC767的输入端；同时经过滤波出来的信号，经过由二极管D601和电容C611组成的检波电路，然后经过U602C运算放大器组成的直流放大电路放大，放大后的直流信号输入到主控MCU U1 P87LPC767的AD输入端；主控MCU U1输出增益控制信号，用来控制Ucon CD4051的选通电阻，从而控制整个电路的增益；输出的天线控制信号经过U110，U111，U208，U209计数器的变换，选通正确的U101～U109和U201～U207芯片，从而选通不同的天线进行频率以及信号幅度的采集；主控MCU U1还控制由Q603构成的检波放大电路，以去掉不同天线间的影响；主控MCU U1将采集到的AD数据和矩形波频率信号结合本身的控制输出信号的状态，经过数据处理得到信号笔的位置坐标以及信号笔的状态(书写/悬浮/功能键)，得到的位置坐标经过串口输入到图4中的USB转接芯片U505中，U505接收串口数据，将串口数据转换成USB数据包，并以HID数据协议将数据发送打上行USB口，在本实现实例中，连接到了USBHUB芯片U501的下行端口。

如图6中所示：U504为NAND FLASH，用来存储程序、数据或者电子白板工作所需要的参数等，其存储内容通过U502芯片管理，U503为电源芯片，可以提供整个系统工作所需的各种电源，U502和U503组成一个标准的USB大容量存储设备，同时U502的设计支持其内部软件在计算机系统下的自动运行功能。U502的接口为标准USB接口，连接到连接到了USB HUB芯片U501的下行端口。

USB HUB芯片U501的上行口作为整个系统提供的唯一接口，连接到计算机。

在实际的实现中，U502和U503组成的标准的USB大容量存储设备，可以采用的设计还包括用USB的存储卡读卡器芯片替代U502，用各种存储卡(例如CF卡，MMC卡，SD卡，XD卡，SMC卡，记忆棒)或者微型硬盘MicroDrive替代U503，还可以采用USB硬盘转接芯片替代U502，用标准硬盘来替代U503实现存储功能。以上所描述的各种电路的实现方式不影响本发明的权利要求。

当然，可以采用将U501，U502，U505全部或部分功能用一个芯片实现，不采用USB HUB的方式完成设计，该形式的设计为图2所示意的结构。

Claims (10)

1.一种智能交互式电子白板，由交互式电子白板硬件部分和相应软件共同组成，其特征在于：硬件设备的电子线路包括实现传统交互电子白板的硬件电路和用于存储相关计算机软件的存储部件。

2.根据权利要求1所述的智能交互式电子白板其特征在于：交互式电子白板的硬件电路部分和存储部分的硬件电路部分可以通过一个计算机接口连接到计算机主机。

3.根据权利要求1所述的智能交互式电子白板其特征在于：交互式电子白板的硬件电路和存储部分的硬件电路可以通过标准的USB集线器芯片组合成一个USB复合设备。

4.根据权利要求1所述的智能交互式电子白板其特征在于：交互式电子白板的硬件电路和存储部分的硬件电路可以采用单芯片设计，同时控制和采集白板数据以及管理存储部分。

5.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板，其特征在于：其由电子白板电路与电子白板USB控制芯片连接组成交互式电子白板控制电路，存储介质与USB存储器控制芯片连接组成存储模组，将应用协议存储在存储模组内，使存储模组具有内部程序自动运行功能，交互式电子白板控制电路和存储模组分别通过USB接口与USB集线器芯片的下行口连接，再通过USB集线器芯片的USB上行接口与计算机连接；或者将电子白板电路和存储介质分别与高性能USB控制芯片的不同协议接口连接，通过高性能USB控制芯片的USB上行口接口与计算机连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板，其特征在于：是由X方向天线控制选通电路和Y方向天线控制选通电路通过天线地址译码电路与数据采集MCU芯片连接，X方向天线控制选通电路和Y方向天线控制选通电路输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与控制放大电路的输入端连接，控制放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端一路连接波形整形电路后与数据采集MCU芯片连接，另一路连接检波电路后与直流放大电路连接，通过直流放大电路与数据采集MCU芯片连接，数据采集MCU芯片通过特定接口与USB接口MCU连接，USB接口MCU与USB HUB芯片一个下行口连接，非易失性存储介质与USB控制和转换芯片连接，USB控制和转换芯片的输出USB接口，连接到USB HUB芯片的另外一个下行口，USB HUB芯片的上行口连接到计算机。

7.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板，其特征在于：电子白板是超声波式电子白板、电阻式电子白板或电磁式电子白板。

8.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板，其特征在于：存储介质是NAND FLASH芯片、多媒体存储卡CF、MMC、SD、XD、SMC、记忆棒(MEMORY STICK)或微型硬盘MICRODRIVE存储设备。

9.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板，其特征在于：电子白板USB控制芯片是一颗具有USB接口的MCU芯片或是通用MCU芯片和USB接口芯片的结合。

10.根据权利要求1所述的一种智能交互式电子白板其特征在于：存储部分存储的是计算机的运行与应用程序、驱动程序及设备的驱动程序、应用程序安装到计算机系统的软件安装程序。

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