CN202748745U - 一种高精度定位的电子笔及电子白板系统 - Google Patents
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一种高精度定位的电子笔及电子白板系统，电子笔包括电子笔壳体、设置于电子笔壳体内的第一处理模块（10）、第一存储单元（13）、按键（14）、第一电源（17），以及检测电子笔（1）运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器（11），发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器（2）、并接收至少三个收发器（2）发送的带有收发器ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元（12）。电子白板系统包括收发器、主机、与主机相连的接收器、电子笔和供电子笔书写的板面。不仅将运动感测结合无线网络定位两种技术，还利用数据融合技术处理数据，限制了运动感测技术的误差发散和积累，实现高精度、低漂移的笔画捕捉，有效的增加精度与可靠度，更真实地反应写字动作。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种高精度定位的电子笔及电子白板系统。
背景技术
目前，用在电子白板上精确定位的方式有：传统定位方式，即通过红外阵列扫描被监控物上的红外光点进行定位、感压、激光、电磁波以及CMOS图像匹配等，但这些定位方式造价高、结构复杂；还有一种惯性电子笔就是利用惯性传感器组合的感测方式，即通过陀螺仪、加速度传感器、地磁传感器等构成的感测单元记录的电子笔的运动数据并计算出相对于一个参考点的坐标，并进一步得到笔迹，这种定位特点是定位精度高，极短时间的使用条件下定位精度可达到mm级，缺点是传感器噪声、温漂及零漂容易造成漂移误差，没有校正的话，长时间使用将会产生极大误差超出使用范围。
另外粗精度定位的方式有：无线传感器网络定位，通过测算被监控物和标定器节点之间无线电接收信号强度（RSSI）进而计算出它们之间的距离，采用自适应的扩展卡尔曼滤波算法融合及过滤RSSI数据处理得到被监控物当前的位置。这种粗精度定位方式用于人的行程定位可以，用于电子笔的书写笔画捕捉那精度就达不到了。
现有技术中，要么电子白板造价高，要么电子笔存在漂移误差影响实际的使用，要么精度太低无法利用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高精度定位的电子笔及电子白板系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种高精度定位的电子笔，包括电子笔壳体、设置于电子笔壳体内的第一处理模块、与第一处理模块相连存储数据的第一存储单元、与第一处理模块相连用于操作的按键，以及为电子笔供电的第一电源；还包括与第一处理模块相连检测电子笔运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器，与第一处理模块相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器、并接收至少三个收发器发送的带有接收器ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元；
第一处理模块包括利用三角形质心定位算法计算至少三个RSSI信号值并生成电子笔的相对坐标、并利用相对坐标校验电子笔的感测坐标或将相对坐标与感测坐标融合计算得到电子笔的高精度坐标的运算单元。
优选地，运动感测传感器包括一个或多个加速度传感器、陀螺仪和/或地磁仪。
本实用新型高精度定位的电子笔还包括与第一处理模块相连用于显示的LED、与第一处理模块相连用于数据升级的接口。
优选地，电子笔的外形为笔形、笔套或套在一般笔形物外的环状结构模块。
本实用新型高精度定位的电子白板系统，包括收发器、主机、与主机相连的接收器、高精度定位的电子笔以及供电子笔书写的板面；电子笔将其高精度坐标通过第一收发单元发送至接收器，接收器将高精度坐标数据传送至主机，主机利用其内部软件将高精度坐标转化为电子笔的笔画。
优选地，板面为黑板、白板或玻璃板面。
电子笔包括电子笔壳体，设置于电子笔壳体内的第一处理模块，与第一处理模块相连存储数据的第一存储单元，与第一处理模块相连用于操作的按键，为电子笔供电的第一电源，以及与第一处理模块相连检测电子笔运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器，与第一处理模块相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器、并接收至少三个收发器发送的带有接收器ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元；
第一处理模块包括利用三角形质心定位算法计算至少三个RSSI信号值并生成电子笔的相对坐标、并利用相对坐标校验电子笔的感测坐标或将相对坐标与感测坐标融合计算得到电子笔的高精度坐标的运算单元。
收发器包括收发器外壳，设于收发器外壳内的第二处理模块，与第二处理模块相连接收电子笔发送的带有电子笔ID的信号并发送带有电子笔ID和接收器ID的RSSI信号至电子笔的无线定位收发单元、与第二处理模块相连存储数据的第二存储单元、以及为收发器供电的第二电源。
至少三个收发器安装于板面上并形成至少一个三角检测区域。
第一电源和第二电源为电池或外部电源。
实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：不仅将运动感测传感器结合无线网络定位传感器两种技术，利用运动感测传感器进行笔画的检测， 再用无线网络定位技术来校正坐标的漂移误差，还利用数据融合技术，限制了惯性定位技术的误差发散和积累，实现高精度、低漂移的笔画捕捉，有效的增加精度与可靠度，更真实地反应写字动作。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型高精度定位的电子笔第一实施例的示意图；
图2是本实用新型高精度定位的电子笔第二实施例的示意图；
图3是本实用新型高精度定位的电子白板系统实施例的接收器的示意图；
图4是本实用新型高精度定位的电子白板系统实施例的板面的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，一种高精度定位的电子笔，包括电子笔壳体、设置于电子笔壳体内的第一处理模块10、与第一处理模块10相连存储数据的第一存储单元13、与第一处理模块10相连用于操作的按键14，以及为电子笔1供电的第一电源17；电子笔1还包括与第一处理模块10相连检测电子笔1运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器11，与第一处理模块10相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器2、并接收至少三个收发器2发送的带有自身ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元12。
第一处理模块10包括利用三角形质心定位算法计算至少三个RSSI信号 值并生成电子笔1的相对坐标、并利用相对坐标校验电子笔1的感测坐标或将相对坐标与感测坐标融合计算得到电子笔1的高精度坐标的运算单元。
运动感测传感器11包括一个或多个加速度传感器、陀螺仪和/或地磁仪，用于辨识电子笔1的前进、后退、跳跃等各种动作，即运动感测传感器11将电子笔1的运动数据转化为空间坐标及姿态（感测坐标）。
本实用新型高精度定位的电子笔，还包括与第一处理模块10相连用于显示的LED 15、与第一处理模块10相连用于数据升级的接口16。
电子笔1的外形为笔形或、笔套以便使用者更好地握住，便于书写。或做成套在一般笔形物外的环状结构模块，使一般的笔也具备电子笔的功能。
本实用新型高精度定位的电子白板系统，包括收发器2、主机、与主机相连的接收器、高精度定位的电子笔1和供电子笔1书写的板面3；电子笔1将其高精度坐标通过第一收发单元12发送至接收器，接收器将高精度坐标数据传送至主机，主机利用其内部软件将高精度坐标转化为电子笔1的笔画。
其中，接收器可作为一个独立的装置存在并与主机连接或直接集成到主机内部，电子笔1可通过有线或无线方式将高精度坐标发送至接收器。
板面3为黑板、白板、玻璃板面或其它任何便于书写的板面。
电子笔1包括电子笔壳体、设置于电子笔壳体内的第一处理模块10、与第一处理模块10相连存储数据的第一存储单元13、与第一处理模块10相连用于操作的按键14，以及为电子笔1供电的第一电源17；电子笔1还包括与第一处理模块10相连检测电子笔1运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器11，与第一处理模块10相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器2、并接收至少三个收发器2发送的带有自身ID和电子笔ID的RSSI信号的 第一收发单元12。
至少三个收发器2形成至少一个三角定位区域，电子笔1在该三角区域内与至少三个收发器2无线连接，电子笔1以三角区域内的收发器2或特殊点作为上电时的起始点，并以此作为原点参考坐标；当电子笔1在该三角区域内移动时，由于电子笔1可实时接收到至少三个收发器2的无线信号强度RSSI值，根据距离越近RSSI信号强度越大的原理，将信号强度转换为距离就可以估计出电子笔1的位置。根据两点决定一线，三点定点的原理计算得到电子笔1相对于三点的位置及相对原点的坐标z1。
在电子笔1中由于具有一个或多个加速度传感器、陀螺仪和/或地磁传感器，构成运动感测传感器11，感测电子笔1的运动，通过第一处理模块10的运算单元得到电子笔1相对于原点坐标的坐标z2。
第一处理模块10包括运算单元，运算单元利用三角形质心定位算法或其它算法计算至少三个RSSI信号值并生成电子笔1的相对坐标、并利用相对坐标校验电子笔1的感测坐标或将相对坐标与感测坐标融合计算得到所述电子笔1的高精度坐标。
由于运动感测传感器11长时间运动如果没有得到校验，会发生漂移，而三点无线定位收发单元21稳定但精度差，运算单元将坐标z1和坐标z2二者进行数据融合，将得到高精度低漂移的坐标z3。
由于三点定位解析度较小，得到的坐标值z1间距较大，比如10~20cm，而运动感测传感器11精度很高，得到的坐标值z2可以达到1~2mm，但由于惯性传感器长时间使用容易漂移，因此需要校正，利用z1来校正z2,得到的z3坐标就是精度很高的、漂移很低的坐标，因此，在整个板面3的书写范围 内能够比较精确的得到电子笔1的坐标，实现高精度定位。
收发器2包括收发器外壳，设于收发器外壳内的第二处理模块20，与第二处理模块20相连接收电子笔1发送的带有电子笔ID的信号并发送带有电子笔ID和接收器ID的RSSI信号至电子笔1的无线定位收发单元21、与第二处理模块20相连存储数据的第二存储单元22、以及为收发器2供电的第二电源23。其中，电子笔1的第一电源17和收发器2的第二电源24为电池或外部电源。其中，与电子笔1收发信号都是通过收发器2内的无线定位收发单元21来实现的。
至少三个收发器2安装于板面3上并形成至少一个三角检测区域。电子笔1收到无线定位收发单元21发出的带有接收器ID的RSSI信号值，采用时间或频段错位的方式来区分不同无线定位收发单元21的信号强度，例如，三个无线定位收发单元21采用同步分时方式与电子笔1通讯，三个信号会区分得非常清楚；另外三个定位信号也可以不同的频率通道来发送信号，从不同的通道收到的信号也能保证信号区分。
以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种高精度定位的电子笔，包括电子笔壳体、设置于所述电子笔壳体内的第一处理模块（10）、与所述第一处理模块（10）相连存储数据的第一存储单元（13）、与所述第一处理模块（10）相连用于操作的按键（14），以及为所述电子笔（1）供电的第一电源（17）；其特征在于，还包括与所述第一处理模块（10）相连检测所述电子笔（1）运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器（11），与所述第一处理模块（10）相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器（2）、并接收至少三个所述收发器（2）发送的带有收发器ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元（12）；
所述第一处理模块（10）包括利用三角形质心定位算法计算至少三个所述RSSI信号值并生成所述电子笔（1）的相对坐标、并利用所述相对坐标校验所述电子笔（1）的感测坐标或将所述相对坐标与所述感测坐标融合计算得到所述电子笔（1）的高精度坐标的运算单元。
2.根据权利要求1所述高精度定位的电子笔，其特征在于，所述运动感测传感器（11）包括一个或多个加速度传感器、陀螺仪和/或地磁仪。
3.根据权利要求1所述高精度定位的电子笔，其特征在于，所述电子笔（1）还包括与所述第一处理模块（10）相连用于显示的LED（15）、与所述第一处理模块（10）相连用于数据升级的接口（16）。
4.根据权利要求1-3任一项所述高精度定位的电子笔，其特征在于，所述电子笔（1）的外形为笔形、笔套或套在一般笔形物外的环状结构模块。
5.一种高精度定位的电子白板系统，包括收发器（2）、主机、与所述主机相连的接收器；其特征在于，所述电子白板系统还包括高精度定位的电子笔（1）和供所述电子笔（1）书写的板面（3）；所述电子笔（1）将其高精度坐标通过第一收发单元（12）发送至所述接收器，所述接收器将高精度坐标数据传送至所述主机，所述主机利用其内部软件将高精度坐标转化为所述电子笔（1）的笔画。
6.根据权利要求5所述高精度定位的电子白板系统，其特征在于，所述板面（3）为黑板、白板或玻璃板面。
7.根据权利要求5所述高精度定位的电子白板系统，其特征在于，所述电子笔（1）包括电子笔壳体，设置于所述电子笔壳体内的第一处理模块（10），与所述第一处理模块（10）相连存储数据的第一存储单元（13），与所述第一处理模块（10）相连用于操作的按键（14），为所述电子笔（1）供电的第一电源（17），以及与所述第一处理模块（10）相连检测所述电子笔（1）运动轨迹并生成感测坐标的运动感测传感器（11），与所述第一处理模块（10）相连、发送带电子笔ID的信号到至少三个收发器（2）、并接收所述至少三个收发器（2）发送的带有接收器ID和电子笔ID的RSSI信号的第一收发单元（12）；
所述第一处理模块（10）包括利用三角形质心定位算法计算所述至少三个RSSI信号值并生成所述电子笔（1）的相对坐标、并利用所述相对坐标校验所述电子笔（1）的感测坐标、或将所述相对坐标与所述感测坐标融合计算得到所述电子笔（1）的高精度坐标的运算单元。
8.根据权利要求7所述高精度定位的电子白板系统，其特征在于，所述收发器（2）包括收发器外壳，设于所述收发器外壳内的第二处理模块（20），与所述第二处理模块（20）相连接收所述电子笔（1）发送的带有电子笔ID的信号并发送带有电子笔ID和接收器ID的RSSI信号至所述电子笔（1）的无线定位收发单元（21）、与所述第二处理模块（20）相连存储数据的第二存储单元（22）、以及为所述收发器（2）供电的第二电源（23）。
9.根据权利要求8所述高精度定位的电子白板系统，其特征在于，至少三个所述收发器（2）安装于所述板面（3）上并形成至少一个三角检测区域。
10.根据权利要求8所述高精度定位的电子白板系统，其特征在于，所述第一电源（17）和第二电源（24）为电池或外部电源。
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