CN1987762B - 用超声波确定手写轨迹的输入方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用超声波确定手写轨迹的输入方法及装置，包括有书写笔(1)和设置信号接收及处理装置(2)，该处理装置(2)的两个超声波传感器模块(21、22)分别接收书写笔(1)发射的超声波信号，处理装置(2)的微处理器模块(23)分别对两超声波传感器模块(21、22)在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并计算出书写笔(1)笔尖的位置信息作为书写笔(1)运动轨迹的坐标原点；微处理器模块(23)连续分别对两传感器模块(21、22)在设定单位时间内接收到的脉冲计数，确定书写笔(1)笔尖的运动轨迹；该运动轨迹信息经微处理器模块(23)编码后通过发送给主机。本发明的技术效果在于：降低了成本，且书写笔的体积小，使用方便；识别精度高。

Description

用超声波确定手写轨迹的输入方法及装置

技术领域 本发明涉及电数字数据处理技术，特别是涉及针对运动物体轨迹而得到相应数据信号并输入主机使之能够处理的方法及装置。

背景技术 现有技术中的手写输入大多是通过触压方式实现，如掌上计算机PDA和触摸屏等。这种输入方式采用传感技术，对介质有独特的要求，且要求的识别精确度越高，介质成本越高。中国专利申请01144415.0公开了一种采用超声波定位的手写输入方法及装置，其技术方案如下：手写装置包括有参考物体和被测笔，由参考物体的一个测试点发射超声波信号，被测笔接收到超声波信号后发出同步信号告知参考物体；参考物体的另一个测试点立即继续发射超声波信号，被测笔再次接收超声波信号，然后被测笔发出第二个同步信号告知参考物体；通过测量两次超声波信号传输的时间计算出被测笔与参考物体两个测试点之间的距离，从而确定被测笔的位置。这种输入方法对介质没有特殊要求，而且识别精确度比较高。但是，这种超声波定位的手写输入技术存在以下不足：1、需要设置红外线或其它同步信号的发射和接收电路，成本较高；2、被测笔内由于设置了同步信号的发射或接收电路，因而体积较大，使用不便；3、以参考物体接收到同步信号作为超声波信号传输的计时起点，由于同步信号的发送延迟以及传输误差，直接影响对笔尖定位的精度，这在很大程度上满足不了笔尖运动轨迹的识别特别是原始签名或者处方等真迹识别的高精度要求。

发明内容 本发明要解决的技术问题之一在于提供一种识别精度高、书写笔体积小且成本低的用超声波确定手写轨迹的输入方法。

本发明提供一种用超声波确定手写轨迹的输入方法，包括有书写笔和设置信号接收及处理装置，信号接收及处理装置将接收到的书写笔笔尖的超声波位置信息处理后发送至主机，包括以下步骤：

①所述书写笔移动时，其内超声波振荡电路输出的超声频电压令超声波换能器不断发射超声波；

②所述信号接收及处理装置的两个超声波传感器模块分别接收所述超声波信号，所述微处理器模块分别对所述两超声波传感器模块在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并计算出所述书写笔笔尖的位置信息作为书写笔运动轨迹的坐标原点；

③所述微处理器模块连续分别对所述两超声波传感器模块在设定单位时间内接收到的脉冲计数，并计算出书写笔笔尖在移动过程中各点相对于坐标原点的位置信息，以确定所述书写笔笔尖的运动轨迹；

④所述书写笔笔尖的运动轨迹数字信息经微处理器模块编码后通过有线或无线的方式发送给主机。

本发明要解决的另一技术问题在于提供一种识别精度高、书写笔体积小且成本低的用超声波确定手写轨迹的输入装置。

本发明提供一种用超声波确定手写轨迹的输入装置，包括书写笔和信号接收及处理装置，所述书写笔包括置于笔壳内的超声波振荡电路、超声波换能器、供电电路和开关电路，所述超声波振荡电路分别与超声波换能器、供电电路和开关电路电连接；所述信号接收及处理装置包括两个超声波传感器模块、微处理器模块、和通讯接口，所述微处理器模块分别与两个超声波传感器模块和通讯接口电连接。

同现有技术相比较，本发明的技术效果在于：

1、书写笔内只设置有超声波振荡电路、超声波换能器和供电电路，没有设置红外线或其它同步信号的发射和接收电路，降低了成本，且书写笔的体积小，使用方便；

2、微处理器模块分别对所述信号接收及处理装置的两超声波传感器模块在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，以该脉冲计数作为依据计算出所述书写笔笔尖的位置信息作为书写笔运动轨迹的坐标原点，避免了现有技术中因同步信号的发送延迟以及传输误差而造成的识别精度低的问题，满足了原始签名或者处方等真迹识别的高精度要求。

附图说明

图1是本发明装置的书写笔的结构示意图；

图2是本发明装置的信号接收及处理装置的外观示意图；

图3是本发明装置的书写笔的内部电路方框示意图；

图4是本发明的信号接收及处理装置的内部模块的结构方框示意图；

图5是本发明方法的工作流程示意图；

图6是本发明方法的确定笔尖运动轨迹的软件流程图；

图7是本发明装置的信号接收及处理装置的电原理示意图，其中图7-1是微处理器模块的电路原理图；图7-2是超声波传感器模块的电路原理图；图7-3是按键模块的电路原理图；图7-4是显示模块的电路原理图；图7-5是USB接口的电路原理图。

具体实施方式 以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明用超声波确定手写轨迹的输入方法，如图1至图6所示，包括设置有书写笔1和信号接收及处理装置2，信号接收及处理装置2将接收到的书写笔1笔尖的超声波位置信息处理后发送至主机，包括以下步骤：

①所述书写笔1移动时，其超声波振荡电路11不断产生超声波激励电压使超声波换能器12不断发射超声波，超声波的频率可定为40KHz；

②所述信号接收及处理装置2的两个超声波传感器模块21，22分别接收所述超声波信号，所述微处理器模块23分别对所述两超声波传感器模块21、22在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并计算出所述书写笔1笔尖的位置信息作为书写笔1运动轨迹的坐标原点，设定单位时间可定为1毫秒；

③所述微处理器模块23连续分别对所述两超声波传感器模块21、22在设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并计算出书写笔1笔尖在移动过程中各点相对于坐标原点的位置信息，以确定所述书写笔1笔尖的运动轨迹；

④所述书写笔1笔尖的运动轨迹信息经微处理器模块23编码后通过有线或无线的方式，例如通过USB接口发送给主机。考虑到所输入的信息可能有错误或即将输入的信息与已经需入的信息可能有重复，所述书写笔1笔尖的运动轨迹信息经微处理器模块23编码后，在发送给主机之前，通过所述信号接收及处理装置2的显示模块24显示出来，并借助所述信号接收及处理装置2的按键输入模块25对所述编码后的信息进行删除、复制、粘贴和/或编辑操作。

本发明用超声波确定手写轨迹的输入装置，如图1至4所示，包括书写笔1和信号接收及处理装置2。如图1和图3所示，所述书写笔1包括置于笔壳15内的超声波振荡电路11、超声波换能器12、供电电路13和开关电路14。所述超声波振荡电路11分别与超声波换能器12、供电电路13和开关电路14电连接。所述供电电路中的电源可以是3个纽扣电池，电压4.5V。为了保证在笔尖运动轨迹的起点开始发射超声波，尽量提高识别精度，所述书写笔1内还设置有压力开关16，该压力开关16电连接于超声波振荡电路11和开关电路14之间。所述书写笔1的笔尖落于纸上时，压力开关16接通，所述超声波振荡电路11开始工作。

如图2、图4所示，所述信号接收及处理装置2包括两个超声波传感器模块21，22、微处理器模块23、通讯接口26、显示模块24、按键输入模块25和缓存模块27，所述微处理器模块23分别与两个超声波传感器模块21，22、通讯接口26、显示模块24、按键输入模块25电连接。所述通讯接口26采用USB接口，显示模块24采用液晶显示。所述微处理器模块23和缓存模块27在物理上设置为一体，该微处理器模块23内置高精度时钟源，具有计时、计数、计算和通讯等功能。

本发明方法的工作流程如图5所示，接通开关电路14，所述超声波振荡电路11发射固定占空比的脉冲信号，使超声波换能器12不断发射超声波。所述两个超声波传感器模块21，22分别接收到书写笔1发出的超声波脉冲信号，并分别将脉冲信号大整形输入所述微处理器模块23。该微处理器模块23第一次收到数字笔发出的超声脉冲波信号时，开始对单位时间内两个超声波传感器模块21，22分别收到的脉冲信号进行计数，并依据该计数计算出书写笔1笔尖运动轨迹起点，并将该起点作为相对坐标位置原点。所述书写笔移动时，该微处理器模块23继续对两超声波传感器模块21，22在单位时间内分别接收到的超声波脉冲个数计数，并与坐标原点的数据进行比对，计算出书写笔1笔尖在移动过程中各点相对于坐标原点的位置信息，以确定书写笔1笔尖的运动轨迹。所述各点的位置信息经过所述微处理器模块23编码、压缩和打包，直接经USB接口输送至主机；或者先缓存，输送至液晶显示屏上显示，借助按键做删除、复制、粘贴和编辑等操作后，再经由USB接口输送至主机。主机端装有接收应用软件，该应用软件能和MICROSOFT OFFICE、POWERPOINT等程序结合起来实现电子签名等各种功能。

本发明方法的确定笔尖运动轨迹的软件流程如图6所示，所述信号接收及处理装置2的微处理器模块23上电初始化后，两超声波传感器模块21，22的超声波接收通道打开。如果书写笔1发来的超声波信号，所述两超声波传感器模块21，22则分别收集超声波信号，微处理器模块则对两超声波传感器模块21，22在单位时间内如1毫秒内分别所收到的超声波脉冲数计数。如果是第一次收到超声波，则计算出书写笔运动轨迹的坐标原点(X₀，Y₀)，如果不是第一次收到超声波，则将接收的数据与坐标原点的数据进行比对，计算出当前书写笔笔尖的位置(X_a，Y_b)，确定所述书写笔笔尖的运动轨迹中一个点。置收到数据标志后，重新对下一个单位时间两超声波传感器模块21，22分别所收到的超声波脉冲数计数，以确定所述书写笔笔尖的运动轨迹中下一个点。

Claims (8)

1.一种用超声波确定手写轨迹的输入方法，信号接收及处理装置(2)将接收到的书写笔(1)笔尖的超声波位置信息处理后发送至主机，其特征在于：包括以下步骤，

①所述书写笔(1)移动时，其内超声波振荡电路(11)输出的超声频电压令超声波换能器(12)不断发射超声波信号；

②所述信号接收及处理装置(2)的两个超声波传感器模块(21、22)分别接收所述超声波信号，微处理器模块(23)分别对两个超声波传感器模块(21、22)在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并以脉冲计数作为依据计算出所述书写笔(1)笔尖的位置信息作为书写笔(1)运动轨迹的坐标原点；

③所述微处理器模块(23)连续分别对所述两个超声波传感器模块(21、22)在第二个设定单位时间内接收到的脉冲计数，并计算出书写笔(1)的笔尖在移动过程中各点相对于坐标原点的位置信息，以确定所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹；

④所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹数字信息经微处理器模块(23)编码后通过有线或无线的方式发送给主机，所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹数字信息经微处理器模块(23)编码后，在发送给主机之前，通过所述信号接收及处理装置(2)的显示模块(24)显示，并借助所述信号接收及处理装置(2)的按键输入模块(25)对所述编码后的信息进行编辑操作。

2.如权利要求1所述的用超声波确定手写轨迹的输入方法，其特征在于：步骤④中，经过编码的所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹数字信息经微处理器模块(23)的USB接口发送给主机。

3.如权利要求1所述的用超声波确定手写轨迹的输入方法，其特征在于：步骤①中，所述书写笔的超声波换能器(12)发射的超声波频率为40KHz。

4.如权利要求1所述的用超声波确定手写轨迹的输入方法，其特征在于：步骤②和③中所述设定单位时间为1毫秒。

5.一种用超声波确定手写轨迹的输入装置，其特征在于：包括书写笔(1)和信号接收及处理装置(2)，其特征在于：

所述书写笔(1)包括置于笔壳(15)内的超声波振荡电路(11)、超声波换能器(12)、供电电路(13)和开关电路(14)，所述超声波振荡电路(11)分别与超声波换能器(12)、供电电路(13)和开关电路(14)电连接；

所述信号接收及处理装置(2)包括两个超声波传感器模块(21、22)、微处理器模块(23)和通讯接口(26)，所述微处理器模块(23)分别与两个超声波传感器模块(21、22)和通讯接口(26)电连接；所述信号接收及处理装置(2)还包括显示模块(24)、按键输入模块(25)和缓存模块(27)，该显示模块(24)、按键输入模块(25)和缓存模块(27)分别与所述微处理器模块(23)电连接；

所述书写笔(1)移动时，其内超声波振荡电路(11)输出的超声频电压令超声波换能器(12)不断发射超声波信号；所述信号接收及处理装置(2)的两个超声波传感器模块(21、22)分别接收所述超声波信号，微处理器模块(23)分别对两个超声波传感器模块(21、22)在第一个设定单位时间内所接收到的脉冲计数，并以脉冲计数作为依据计算出所述书写笔(1)笔尖的位置信息作为书写笔(1)运动轨迹的坐标原点；所述微处理器模块(23)连续分别对所述两个超声波传感器模块(21、22)在第二个设定单位时间内接收到的脉冲计数，并计算出书写笔(1)的笔尖在移动过程中各点相对于坐标原点的位置信息，以确定所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹；所述书写笔(1)笔尖的运动轨迹数字信息经微处理器模块(23)编码后通过有线或无线的方式发送给主机。

6.如权利要求5所述的用超声波确定手写轨迹的输入装置，其特征在于：所述通讯接口(26)是USB接口。

7.如权利要求5所述的用超声波确定手写轨迹的输入装置，其特征在于：所述微处理器模块(23)和缓存模块(27)在物理上为一体。

8.如权利要求5所述的用超声波确定手写轨迹的输入装置，其特征在于：所述书写笔(1)还包括压力开关(16)、该压力开关(16)电连接于超声波振荡电路(11)和开关电路(14)之间。

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