CN201364568Y - 一种采用多功能数字按键的电子白板系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用多功能数字按键的电子白板系统，该系统包括电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块、串行通信信号转换模块和电源供电模块。本实用新型不仅在以往的电子白板上增加了硬件按键，使用户对电子白板的操作更简单方便，并且把从前的模拟按键改为数字按键，提高了产品的抗干扰能力，增加了产品的使用寿命，降低了产品的成本，彻底解决了以往的电子白板无硬件按键和硬件按键的抗干扰能力差，使用寿命低，生产成本高等问题。

Description

一种采用多功能数字按键的电子白板系统

技术领域

本实用新型涉及电子白板技术领域，尤其涉及一种采用多功能数字按键的电子白板系统。

背景技术

模拟按键与数字按键都是通过对硬件按键的按压，实现了电路的内电压改变，进而发出信号，传感采集器得到信号然后发送给CPU，CPU接收到信号后实现预先制定的功能。虽然模拟按键与数字按键都通过电压改变来实现功能，但是由于模拟信号与数字信号的工作原理不同，因此两种按键有很大的不同。

如图1所示，图1是现有模拟按键的实现原理图。模拟信号是通过不同幅度的模拟电压传输给模拟比较器，模拟比较器根据接收不同幅度的模拟电压，传送给CPU不同的指令来实现各种功能。依据这种工作原理研发的模拟按键，虽然设计原理实现简单，但需要实现多个硬件功能时，精确度不易控制，尤其随着元器件的老化，传输信号的误差会增大，严重影响了硬件功能的实现，大大降低了产品的使用寿命。另外模拟信号在沿线路的传输信号过程中会受到外界的和内部的各种干扰，信号混合后难以分开，从而使得传输的信号质量下降，线路越长受干扰的程度也就越多，这样使产品的抗干扰能力大大降低。传感采集器每次只能接收一个模拟信号，因此模拟按键无法同时实现多个产品硬件功能。而且对产品生产中的硬件设施与生产人员技术要求较高，很大的提高了产品成本。

数字信号则是模拟信号经量化后得到的离散的值，数字信号的取值是离散的，属于二进制码，数字处理器根据接收电压的有或者无，来传送给CPU不同的指令来实现各种功能。依据这种工作原理研发的多功能数字按键(如图2)，虽然设计原理实现复杂，但在实现产品硬件功能时，精确度高，随着元器件的老化，传输信号的误差很小，几乎不会影响硬件功能的实现，大大提高了产品的使用寿命。另外数字信号在沿线路的传输信号过程中属于二进制码，不易受外界的和内部的各种干扰，从而使得传输的信号质量提高，这样使产品的抗干扰能力大大提高。数字处理器每次可接收多个模拟信号，因此数字按键可同时实现多个产品硬件功能。而且对产品生产中的硬件设施与人员技术要求较低，大大降低了产品的成本。

现有电子白板均是无HIKey硬件按键的，在使用时是通过调用软件功能来实现的，比如需要笔的书写，通过电子笔调用书写工具，先选择笔工具，然后书写，并且笔工具还会停留在电脑屏幕内影响演示与教学效果，由于操作的步骤较多容易产生错误，降低了演示与教学的效率，浪费了时间。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种采用多功能数字按键的电子白板系统，以在电子白板上加入数字按键，依据数字信号原理实现硬件按键功能，解决生产及使用过程的干扰、串键问题，提高产品的使用寿命。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种采用多功能数字按键的电子白板系统，该系统包括电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块、串行通信信号转换模块和电源供电模块，其中，

电磁发射模块，连接于信号通道扫描模块，发射经过编码的模拟电磁信号；

信号通道扫描模块，分别连接于电磁发射模块、模拟信号处理模块和中央处理器模块，以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据该控制信号打开自身的指定通道，利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号发送给模拟信号处理模块；

模拟信号处理模块，分别连接于信号通道扫描模块和中央处理器模块，接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后进行放大和整形，传送给中央处理器模块；

中央处理器模块，分别连接于信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块，向信号通道扫描模块发送控制信号，采集模拟信号处理模块整形后的模拟电磁信号并进行处理运算，同时进行按键检测，并通过标准串行口将运算结果以及按键信息发送给串行通信信号转换模块；

按键检测处理模块，连接于中央处理器模块，根据中央处理器模块的控制对外部数字按键进行实时检测，并将检测到的一个或者多个按键信息传送给中央处理器模块；

串行通信信号转换模块，通过串行信号线连接于中央处理器模块，将中央处理器模块发送的运算结果以及按键信息发送给上位机，实现中央处理器模块与上位机的连接；

电源供电模块，为电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块的正常工作提供电源。

上述方案中，所述电磁发射模块是一震荡电路，以能够在电磁白板上写字的专用笔的方式实现，通过按压该专用笔的笔尖改变震荡电路的电感量，从而改变震荡频率，实现向电磁白板发射经过编码的模拟电磁信号。

上述方案中，所述信号通道扫描模块是一移位寄存器，包括依次连接的环形网络接受阵列、模拟开关网络和扫描解码控制电路，环形网络接受阵列进一步连接于电磁发射模块，模拟开关网络进一步连接于模拟信号处理模块，扫描解码控制电路进一步连接于中央处理器模块。

上述方案中，所述扫描解码控制电路以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据所述控制信号控制模拟开关网络打开环形网络接受阵列的指定通道，所述环形网络接受阵列利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号通过所述模拟开关网络发送给模拟信号处理模块。

上述方案中，所述模拟信号处理模块包括信号滤波电路、信号放大电路、信号整形电路和增益控制电路，信号滤波电路、信号整形电路和增益控制电路分别连接于信号放大电路，信号滤波电路连接于信号通道扫描模块，信号整形电路和增益控制电路分别连接于中央处理器模块。

上述方案中，所述信号滤波电路接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后输出给信号放大电路进行信号放大处理，接着输出给信号整形电路进行信号整形处理，最后输出给中央处理器模块。

上述方案中，所述中央处理器模块是一单片机。

上述方案中，所述按键检测处理模块是一移位寄存器，将并行输入的按键信号，通过串行的方式传输给中央处理器模块，由中央处理器模块判断按键状态。

上述方案中，该系统进一步包括多个数字按键，该多个数字按键连接于按键检测处理模块。

上述方案中，所述串行通信信号转换模块包括一USB控制器，该USB控制器通过串行信号线与中央处理器模块连接，并通过USB信号线与上位机连接。

(三)有益效果

本实用新型不仅在以往的电子白板上增加了硬件按键，使用户对电子白板的操作更简单方便，并且把从前的模拟按键改为数字按键，提高了产品的抗干扰能力，增加了产品的使用寿命，降低了产品的成本，彻底解决了以往的电子白板无硬件按键和硬件按键的抗干扰能力差，使用寿命低，生产成本高等问题。

附图说明

图1是现有模拟按键的实现原理图；

图2是现有数字按键的实现原理图；

图3是本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

在获取鼠标信息、定位、笔颜色选择等方面，很多现有的电子白板都采用浮动菜单方式实现，但是对用户而言，浮动菜单使用起来并不是很方便。因此，本实用新型设计了外部按键供用户使用，该外部按键是多功能数字按键(Handy Intelligence Key，HIKey)，也称为灵巧智能键。利用单片机提供的I/O端口功能及外部的并行输入串行输出的数字处理器，设计了一个数字按键接口，很好的解决了普通模拟按键的工作不稳定，抗干扰能力差的问题。通过这项技术，使用者可以轻松用手实现鼠标单双击，更改数字墨水属性，擦除数字墨水甚至文本，直接启动特技演示效果。多功能数字按键的应用降低生产过程中对原材料的要求，杜绝了电子白板使用过程产品的按键故障，提高了产品使用寿命。

本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统，通过采用以下技术手段实现的：

1)在电子白板的两侧与底部固定硬件方式实现的数字按键；

2)数字按键通过信号线与数字处理器相连，当按压硬件按键时即启动开关，此时会引起电压改变，数据处理器会接受到一个有变化的电压，

3)数字处理器通过信号线与CPU相连；并把这有变化的电压传送给CPU；

4)CPU通过数据线与上位机(即电脑)相连，当CPU接收到这一个变化电压时，会根据已制定好的程序判断出这个变化的电压是由哪个数字按键所发出，并把此判断信息传送到电脑内的软件服务程序中；

5)当电脑内的软件服务程序接收到CPU的判断信息后，会调出软件内的相关功能，实现通过手触式按键调用电子白板的软件功能；

6)CPU通过数据线与电脑相连的时刻起，便会通过数据处理器提取全部按键的信息，并根据提取的信息做出判断。并且每一个按键在CPU内都有一个独立的计算空间，这样可实现多个数字按键功能同时实现。

7)每一个数字按键所传输的信号为数字信号，它是离散形式的，因此数字处理器内对每个信号判断是独立的，这样降低了传输信号间的相互干扰，同时提高了产品本身的抗干扰能力，并且由于产品使用时间长，各元器件磨损导致传输电压略有改变也不会对信息传输产生很大影响，增加了产品的使用寿命。

如图3所示，图3是本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统的结构示意图。该电子白板系统是采用电磁式无源变频感应技术、USB技术、可变扩展矢量图形技术和数字定位技术等研发而成，包括电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块、串行通信信号转换模块和电源供电模块。

其中，电磁发射模块，连接于信号通道扫描模块，发射经过编码的模拟电磁信号；电磁发射模块是一震荡电路，以能够在电磁白板上写字的专用笔的方式实现，通过按压该专用笔的笔尖改变震荡电路的电感量，从而改变震荡频率，实现向电磁白板发射经过编码的模拟电磁信号。

信号通道扫描模块，分别连接于电磁发射模块、模拟信号处理模块和中央处理器模块，以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据该控制信号打开自身的指定通道，利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号发送给模拟信号处理模块。信号通道扫描模块是一移位寄存器，包括依次连接的环形网络接受阵列、模拟开关网络和扫描解码控制电路，环形网络接受阵列进一步连接于电磁发射模块，模拟开关网络进一步连接于模拟信号处理模块，扫描解码控制电路进一步连接于中央处理器模块。所述扫描解码控制电路以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据所述控制信号控制模拟开关网络打开环形网络接受阵列的指定通道，所述环形网络接受阵列利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号通过所述模拟开关网络发送给模拟信号处理模块。

模拟信号处理模块，分别连接于信号通道扫描模块和中央处理器模块，接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后进行放大和整形，传送给中央处理器模块。模拟信号处理模块包括信号滤波电路、信号放大电路、信号整形电路和增益控制电路，信号滤波电路、信号整形电路和增益控制电路分别连接于信号放大电路，信号滤波电路连接于信号通道扫描模块，信号整形电路和增益控制电路分别连接于中央处理器模块。所述信号滤波电路接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后输出给信号放大电路进行信号放大处理，接着输出给信号整形电路进行信号整形处理，最后输出给中央处理器模块。

中央处理器模块，分别连接于信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块，向信号通道扫描模块发送控制信号，采集模拟信号处理模块整形后的模拟电磁信号并进行处理运算，同时进行按键检测，并通过标准串行口将运算结果以及按键信息发送给串行通信信号转换模块。中央处理器模块实质上是一单片机。

按键检测处理模块，连接于中央处理器模块，根据中央处理器模块的控制对外部数字按键进行实时检测，并将检测到的一个或者多个按键信息传送给中央处理器模块。按键检测处理模块是一移位寄存器，将并行输入的按键信号，通过串行的方式传输给中央处理器模块，由中央处理器模块判断按键状态。

串行通信信号转换模块，通过串行信号线连接于中央处理器模块，将中央处理器模块发送的运算结果以及按键信息发送给上位机，实现中央处理器模块与上位机的连接。串行通信信号转换模块包括一USB控制器，该USB控制器通过串行信号线与中央处理器模块连接，并通过USB信号线与上位机连接。因为单片机系统的串口信号电平范围为0～5V，与标准的串口协议电平范围不同，所以必需要有电平转换芯片。

电源供电模块，为电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块的正常工作提供电源。电源供电模块是任何电路正常工作的必要条件，将计算机USB接口的+5V通过DC/DC转换模块，进行电源部分隔离，分离出一部分单独的电源环境。

各个模块工作过程如下：当中央处理器模块接收到开始运行命令时，就通过信号通道扫描模块开始控制依次打开每个模拟信号通道，同时通过AD转换电路读取模拟信号处理模块判断是否有笔信号。当发现有笔信号在白板触摸时，则进行笔信号实时跟踪，并将换算出来的坐标信息通过串行口发送给上位机。

本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统进一步包括多个数字按键，该多个数字按键连接于按键检测处理模块。该数字按键是由柔性电路板制作的按键，所有按键有一个公共端，所有按键引脚一端接地，另一端通过信号排线引出到外部接插件。

HIKEY按键工作原理，外界按键信息(电平状态，高电平为未按下，低电平表示按下)会根据用户按下的按键不同而反映到移位寄存器的并行输入口上，CPU实时控制移位寄存器将并行口的状态传输到计算机内存。并进行运算，判断是否有按键信息，并判定当前按下的是那个或者哪几个按键，然后通过串行口将经过编码的数据发送给上位机。

本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统工作过程描述如下：移位寄存器是由一个或者几个移位寄存器芯片级联形成。即将第一个的输出口连接到后一个的输入口，并将最后一个的输出口连接至CPU。信号名称：DIN与DOUT每个芯片都有一个使能控制端，用来控制这个芯片是否工作。信号名称：CS。所有CS信号与CPU并联。还有一个就是控制移位的脉冲信号输入端。信号名称：CLK。也是所有CLK信号与CPU并联。当CPU需要读取按键状态时，首先控制CS都为低电平，即所有芯片都进入工作状态。然后根据级联芯片的数量决定要发送的脉冲，脉冲逐个发送，发送完一个后立刻读入最后一个芯片的输出。比方本HIKEY由两个芯片级联形成，那么就需要发送16个脉冲信号，首先发送第一个，这个时侯第一个第二个芯片的最后一个输入口的电平状态(也就是外部按键信息)就出现在第二个芯片的输出口(或者说是CPU的信号输入口，因为他们两个是连接到一起的)，然后CPU立刻将这个口线的信息读入内存，依次连续十六次，所有按键就全部读入内存，再经过算法处理，就能判断出当前所有按键的状态。根据事先规定好的协议通过串口发送到上位机即可。

本实用新型提供的采用多功能数字按键的电子白板系统，其硬件电子白板正面面板采用的是耐磨低反光材料，而背面板采用的是特制的新型复合材料，能理想地避免电子白板板面弯曲变形而造成的电子白板损坏，而且背板应用新型材料有效地减薄了白板厚度，厚度为1.8cm。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，该系统包括电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块、串行通信信号转换模块和电源供电模块，其中，

电磁发射模块，连接于信号通道扫描模块，发射经过编码的模拟电磁信号；

信号通道扫描模块，分别连接于电磁发射模块、模拟信号处理模块和中央处理器模块，以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据该控制信号打开自身的指定通道，利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号发送给模拟信号处理模块；

模拟信号处理模块，分别连接于信号通道扫描模块和中央处理器模块，接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后进行放大和整形，传送给中央处理器模块；

中央处理器模块，分别连接于信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块，向信号通道扫描模块发送控制信号，采集模拟信号处理模块整形后的模拟电磁信号并进行处理运算，同时进行按键检测，并通过标准串行口将运算结果以及按键信息发送给串行通信信号转换模块；

按键检测处理模块，连接于中央处理器模块，根据中央处理器模块的控制对外部数字按键进行实时检测，并将检测到的一个或者多个按键信息传送给中央处理器模块；

串行通信信号转换模块，通过串行信号线连接于中央处理器模块，将中央处理器模块发送的运算结果以及按键信息发送给上位机，实现中央处理器模块与上位机的连接；

电源供电模块，为电磁发射模块、信号通道扫描模块、模拟信号处理模块、中央处理器模块、按键检测处理模块和串行通信信号转换模块的正常工作提供电源。

2、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述电磁发射模块是一震荡电路，以能够在电磁白板上写字的专用笔的方式实现，通过按压该专用笔的笔尖改变震荡电路的电感量，从而改变震荡频率，实现向电磁白板发射经过编码的模拟电磁信号。

3、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述信号通道扫描模块是一移位寄存器，包括依次连接的环形网络接受阵列、模拟开关网络和扫描解码控制电路，环形网络接受阵列进一步连接于电磁发射模块，模拟开关网络进一步连接于模拟信号处理模块，扫描解码控制电路进一步连接于中央处理器模块。

4、根据权利要求3所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述扫描解码控制电路以串行方式接收中央处理器模块发送的控制信号，根据所述控制信号控制模拟开关网络打开环形网络接受阵列的指定通道，所述环形网络接受阵列利用该指定通道接收电磁发射模块发射的模拟电磁信号，并将接收的模拟电磁信号通过所述模拟开关网络发送给模拟信号处理模块。

5、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述模拟信号处理模块包括信号滤波电路、信号放大电路、信号整形电路和增益控制电路，信号滤波电路、信号整形电路和增益控制电路分别连接于信号放大电路，信号滤波电路连接于信号通道扫描模块，信号整形电路和增益控制电路分别连接于中央处理器模块。

6、根据权利要求5所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述信号滤波电路接收信号通道扫描模块发送的模拟电磁信号，对该模拟电磁信号进行信号滤波滤除干扰信号，然后输出给信号放大电路进行信号放大处理，接着输出给信号整形电路进行信号整形处理，最后输出给中央处理器模块。

7、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述中央处理器模块是一单片机。

8、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述按键检测处理模块是一移位寄存器，将并行输入的按键信号，通过串行的方式传输给中央处理器模块，由中央处理器模块判断按键状态。

9、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，该系统进一步包括多个数字按键，该多个数字按键连接于按键检测处理模块。

10、根据权利要求1所述的采用多功能数字按键的电子白板系统，其特征在于，所述串行通信信号转换模块包括一USB控制器，该USB控制器通过串行信号线与中央处理器模块连接，并通过USB信号线与上位机连接。

Images