CN215298181U - 一种带指纹识别的智能笔及智能轨迹采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种带指纹识别的智能笔及智能轨迹采集系统，包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，笔身还包括靠近设置于摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块、红外光发射器、压感模块、通信模块、存储模块和指纹模块分别与电源管理模块和MCU模块连接。本实用新型通过在笔身壳握笔处设置一指纹模块，既可实现对用户身份认证又可用于高安全的数字签名。

Description

一种带指纹识别的智能笔及智能轨迹采集系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种带指纹识别的智能笔及智能轨迹采集系统。

背景技术

现有技术的智能笔无法对用户的身份进行认证，仅可用来采集书写轨迹。随着智能笔在各领域的应用，在一些安全性要求较高的领域，不仅需要对书写轨迹进行采集，还需要对用户的身份进行验证，确保一人一笔，记录和人是相互对应的。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种带指纹识别的智能笔，通过在笔身壳握笔处设置一指纹模块，既可实现对用户身份认证又可用于高安全的数字签名。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种带指纹识别的智能笔，包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，所述笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，所述笔身还包括靠近设置于所述摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块和红外光发射器通过所述摄像开口与所述笔头进行连通，所述笔芯从所述笔身和所述笔头通过所述笔芯连通孔伸出所述笔头外部，所述红外摄像模块、所述红外光发射器、所述压感模块、所述通信模块、所述存储模块和所述指纹模块分别与所述电源管理模块和所述MCU模块连接，所述电源管理模块与所述MCU模块连接。

可选地，所述指纹模块包括指纹采集器，所述指纹采集器设置于笔身壳的握笔处。

可选地，所述指纹采集器环绕设置在笔身壳的握笔处。

可选地，所述指纹模块为光学指纹模块或电容指纹模块。

可选地，所述智能笔还包括指示灯，所述指示灯用于在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号一致时，显示为第一颜色，在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号不一致时，显示为第二颜色。

可选地，所述压感模块设置于所述笔芯的尾部。

可选地，所述压感模块为压力感应开关或压力传感器。

可选地，所述通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

可选地，所述笔头和所述笔身采用一体式设计。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种智能轨迹采集系统，所述智能轨迹采集系统包括智能笔、码点书写纸和电子设备，所述智能笔与所述电子设备之间进行通信连接；其中，智能笔包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片 MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，所述笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，所述笔身还包括靠近设置于所述摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块和红外光发射器通过所述摄像开口与所述笔头进行连通，所述笔芯从所述笔身和所述笔头通过所述笔芯连通孔伸出所述笔头外部，所述红外摄像模块、所述红外光发射器、所述压感模块、所述通信模块、所述存储模块和所述指纹模块分别与所述电源管理模块和所述MCU模块连接，所述电源管理模块与所述MCU模块连接。

实施本实用新型实施例，具有至少如下有益效果：

可以看出，通过本实用新型实施例中带指纹识别的智能笔在笔身壳的握笔之处设置一指纹模块，使得智能笔可通过指纹采集信息对用户身份进行认证从而解锁智能笔，还可用于数字签名，用作数字签名时，智能笔实时获取的指纹采集信息和动态笔迹信息发送给上位机进行实时认证，提高了数字签名的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种带指纹识别的智能笔的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种带指纹识别的智能笔的模块示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种带指纹识别的智能笔的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种智能轨迹采集系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种识别单元的演示示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本实用新型中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本实用新型所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1-图2，图1是本实用新型实施例提供的一种带指纹识别的智能笔的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种带指纹识别的智能笔的模块示意图，所述智能笔包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，所述笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，所述笔身还包括靠近设置于所述摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块和红外光发射器通过所述摄像开口与所述笔头进行连通，所述笔芯从所述笔身和所述笔头通过所述笔芯连通孔伸出所述笔头外部，所述红外摄像模块、所述红外光发射器、所述压感模块、所述通信模块、所述存储模块和所述指纹模块分别与所述电源管理模块和所述MCU模块连接，所述电源管理模块与所述MCU模块连接。

其中，通过笔头一端设置摄像开口，将红外摄像模块和红外光发射器设置于该摄像开口处，可使红外光发射器发射的红外光照射到笔头的书写区域，使红外摄像头的拍摄区域覆盖到笔头的书写区域，一般来说，红外摄像头能够拍摄到的书写区域的面积为1-2平方厘米。

指纹模块主要由指纹采集器、指纹识别模块和扩展功能模块组成。可选地，指纹采集器设置于笔身壳的握笔处，使得智能笔在采集书写轨迹信息的同时采集用户的动态指纹信息。实际使用中，如果不需要同时采集书写轨迹信息和动态指纹信息，也可将指纹采集器设置在笔身壳的其他部位，比如笔尾。

可选地，指纹采集器环绕设置在笔身壳的握笔处。所述指纹模块为光学指纹模块或电容指纹模块。

可选地，所述智能笔还包括指示灯，所述指示灯用于在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号一致时，显示为第一颜色，比如蓝色或绿色；在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号不一致时，显示为第二颜色，比如红色。

用户在使用智能笔进行书写前，先将预设指纹信号录入智能笔集笔。可单独使用智能笔将用户的指纹信息录入；或者借助其他电子设备将用户的指纹信息进行录入。借助其他电子设备将用户的指纹信息录入到智能笔的步骤如下：将智能笔与电子设备建立通讯连接，用户根据电子设备上的指纹采集提示，将大拇指和/或食指多次放置在指纹采集器上，以使得指纹采集器采集到整个手指的完整指纹信息作为预设指纹信号。可选地，对用户不同握笔姿势下的大拇指和食指的指纹信息进行多次采集，形成完整的预设指纹信号。采集完成后，电子设备将预设指纹信号返回给智能笔进行存储，还可将预设指纹信号与智能笔的ID绑定后上传至认证服务器。用户指纹信息录入后，用户就可以使用智能笔在码点书写纸上进行书写了。书写时，指纹模块将获取的指纹采集信息与预设指纹信号进行比对，若比对成功，则解锁智能笔，即开启智能笔的红外摄像模块、红外光发射器、通信模块，采集智能笔在码点书写纸上的轨迹信息，并将轨迹信息传输给上位机。

将本实用新型提供的智能笔用于数字签名时，智能笔实时采集用户在码点书写纸上书写的笔迹信息和书写该笔迹信息时对应的动态指纹信息，将笔迹信息和动态指纹信息传输给上位机，由上位机根据笔迹信息和动态指纹信息进行鉴定，以确定该用户是否为合法用户。

智能笔在采集书写轨迹时，红外光发射器发射红外光照射到码点书写纸上，以实现红外光发射器对码点书写纸上码点的照射，通过红外摄像模块对笔尖的书写区域进行高速拍照，将拍摄到的图像信息发送至MCU模块，由MCU模块对图像信息进行处理，得到笔尖书写位置在点码书写纸上的点阵坐标信息。通过通信模块可将点阵坐标信息传输给电子设备，如此，可通过设置于摄像开口处的红外摄像模块拍摄到笔尖书写的区域，防止由于握笔姿势的原因导致书写区域的光线被遮挡，使红外摄像头能够拍摄到较为清晰的采集图像。

可选地，所述笔身内部还包括笔芯，所述压感模块设置于所述笔芯的尾部。

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的又一种带指纹识别的智能笔的结构示意图，压感模块设置于笔芯的尾部，当智能笔进行书写时，通过笔头接触书写纸时产生压力，使得笔芯尾部对直接接触的压感模块也产生压力，触发压感模块开启，压感模块触发MCU模块启动其他各模块进行书写轨迹采集。采集之前，MCU模块先对用户的指纹信息进行比对，比对通过后，MCU模块控制指示灯显示第一颜色，并控制电源管理模块给红外摄像模块、红外光发射器、通信模块进行供电使其开始工作；若比对未通过，则MCU模块控制指示灯显示第二颜色。

可选地，所述压感模块为压力感应开关或压力传感器。其中，压力感应开关只能感受压力的有无，不能感受到压力的大小，当压力感应开关感受到超过阈值的压力时，发送压力电信号至MCU模块；压力传感器能测量到笔尖所受的压力大小，该压力大小与绘制的笔迹的轻重之间存在对应关系，从而使绘制的笔迹与纸上书写的笔迹一样具有笔锋。

可选地，在存储模块种预设有解锁时间阈值，当智能笔停止书写的时长超过该解锁时间阈值时，智能笔自动进入休眠状态；再次书写时，MCU模块对用户的指纹信息进行重新比对，比对通过，解锁智能笔，使得智能笔进入工作状态。

可选地，所述红外摄像模块包括红外摄像头、第一模数转换器和数字信号处理芯片DSP，所述红外摄像头包括光学玻璃和图像传感器，所述图像传感器与所述第一模数转换器的一端连接，所述第一模数转换器的另一端与所述DSP连接，所述DSP的另一端与所述MCU模块连接。红外光发射器发射红外光照射点码书写纸上的点码，通过光学玻璃将点码被红外光照射的光学图像投射到图像传感器上，通过第一模数传感器将模拟信号转换为电信号，得到数字图像信号，然后将数字图像信号传输到DSP，DSP对数字图像进行加工处理，例如进行滤波处理，图像增强处理等，得到处理后的采集图像，将采集图像传输到MCU进行处理。

通过DSP将所述书写轨迹转化为编码信息，编码信息的内存占有量比文字的内存占有量小，从而减少存储模块的内存资源占用。通过第一数模转换器将模拟信号转换为电信号，得到数字图像信号之后，可将数字图像信号存储至存储模块。

可选地，所述智能笔还包括第二模数转换器，其中，所述第二模数转换器的一端连接所述压感模块，所述第二模数转换器的另一端连接所述MCU模块。

可选地，所述通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

其中，通过蓝牙模块或wifi模块可使智能笔与电子设备之间建立无线通讯连接。

可选地，所述智能笔还包括按键开关，所述按键开关与所述MCU 模块连接；或者，

所述智能笔还包括笔盖，所述笔盖上设置有磁铁，在所述笔盖与所述笔身闭合时所述笔身与所述笔盖的接触位置处设置有磁力感应开关，所述磁力感应开关与所述MCU模块连接。具体的，在智能笔的笔盖与笔身合上时，笔盖上的磁铁与笔身上的磁力感应开关之间的间距小于或等于预设距离阈值，触发磁力感应开关，由MCU模块控制智能笔进入休眠或关机状态。当用户拔开笔盖时，笔盖上的磁铁与笔身上的磁力感应开关之间的间距大于预设距离阈值，触发磁力感应开关，由MCU模块控制智能笔进入唤醒或工作状态。

可选地，所述笔头和所述笔身采用一体式设计。装配时，笔芯从笔芯连通孔插入，这样可以防止用户频繁插拔笔头而损坏智能笔。

可以看出，通过本实用新型实施例中带指纹识别的智能笔在笔身壳的握笔之处设置一指纹模块，使得智能笔可通过指纹采集信息对用户身份进行认证从而解锁智能笔，还可用于数字签名，用作数字签名时，智能笔实时获取的指纹采集信息和动态笔迹信息发送给上位机进行实时认证，提高了数字签名的安全性。

请参阅图4，图4是本实用新型实施例提供的一种智能轨迹采集系统的结构示意图，所述智能轨迹采集系统包括智能笔、码点书写纸和电子设备，所述智能笔与所述电子设备之间进行通信连接；其中，

智能笔包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，所述笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，所述笔身还包括靠近设置于所述摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块和红外光发射器通过所述摄像开口与所述笔头进行连通，所述笔芯从所述笔身和所述笔头通过所述笔芯连通孔伸出所述笔头外部，所述红外摄像模块、所述红外光发射器、所述压感模块、所述通信模块、所述存储模块和所述指纹模块分别与所述电源管理模块和所述MCU模块连接，所述电源管理模块与所述 MCU模块连接。

具体实施中，智能笔将获取到的若干个指纹采集信息发送到电子设备进行注册，电子设备将接收的若干个指纹采集信息进行整理形成预设指纹信号返回给智能笔进行存储；当用户使用智能笔在码点书写纸上书写时，笔芯的笔尾向上产生压力，压感模块感受到压力后，发送压力电信号至MCU模块，MCU模块获取所述指纹模块采集的指纹采集信号，将所述指纹采集信号与存储器中的预设指纹信号进行比较，当所述指纹采集信号与所述预设指纹信号一致时，MCU模块控制红外光发射器、红外摄像模块开始工作，采集智能笔在码点书写纸上的轨迹信息，将所述轨迹信息传输给电子设备。具体的，红外光发射器发射红外光照射到码点书写纸上，以实现红外光发射器对码点书写纸上码点的照射，通过红外摄像模块对笔尖的书写区域进行高速拍照，将拍摄到的图像信息发送至MCU模块，由MCU模块对图像信息进行处理，得到笔尖书写位置在点码书写纸上的点阵坐标信息。通过通信模块可将点阵坐标信息传输给电子设备，电子设备根据接收到的点阵坐标信息生成智能笔在码点书写纸上的书写轨迹，具体地，电子设备可将智能笔的点阵坐标信息按照书写时间先后顺序进行连接，得到智能笔在码点书写纸上书写的书写轨迹，还将书写轨迹展示在电子设备的显示屏上，电子设备还可将书写轨迹转换为对应的文本内容。如此，可通过设置于摄像开口处的红外摄像模块拍摄到笔尖书写的区域，防止由于握笔姿势的原因导致书写区域的光线被遮挡，使红外摄像头能够拍摄到较为清晰的采集图像，从而通过智能笔采集书写轨迹。

可选地，智能笔还包括设置在笔尾的指示灯，在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号一致时，MCU模块控制指示灯显示为第一颜色，在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号不一致时，MCU模块控制指示灯显示为第二颜色。

其中，本实用新型实施例所涉及到的电子设备可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其他处理设备，以及各种形式的用户设备(user equipment，UE)，移动台(mobile station，MS)，终端设备(terminal device)等等。例如，电子设备可以是笔记本电脑、手机、掌上电脑 PDA等等为方便描述，上面提到的设备统称为电子设备。可选地，电子设备还可以为服务器。

可选地，所述码点书写纸上印有经过编码的码点阵列，所述码点阵列中分布于预设单位面积内的多个码点构成一个识别单元，每一所述识别单元内分布的码点数量相同。

请参阅图5，图5是本实用新型实施例提供的一种识别单元的演示示意图，其中，码点书写纸上印有经过编码的码点阵列，对码点经过特定的编码排序分布，赋予特定的代码信息，具体地，码点书写纸上包括由码点阵列分布形成的多个识别单元，每一识别单元包括M 个码点，M个码点分布在固定大小的正方形或长方形区域内，其中，一个识别单元所占的面积大约为2平方毫米。

可选地，每一所述识别单元内的多个码点中包括多个栅格码点和多个数据码点；

其中，每一所述识别单元内的多个栅格码点将所述识别单元划分为多个虚拟方格，每一所述虚拟方格中分布的码点数量相同；

每一所述识别单元内的多个数据码点用于标识对应的代码信息。

如图5所示，每一识别单元中可包括4*4的虚拟方格，每个方格包括5个码点。通过每一识别单元中的多个数据码点的分布可以标识对应的代码信息。如此，摄像头拍摄到书写区域后，可根据书写区域的多个码点的分布情况识别笔尖书写的点阵坐标信息。

可以看出，通过本实用新型实施例中的智能轨迹采集系统，通过在智能笔笔身壳的握笔之处设置一指纹模块，使得智能笔可通过指纹采集信息对用户身份进行认证从而解锁智能笔，还可用于数字签名，用作数字签名时，智能笔实时获取的指纹采集信息和动态笔迹信息发送给上位机进行实时认证，提高了数字签名的安全性。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种带指纹识别的智能笔，其特征在于，所述智能笔包括笔头、笔身和笔芯，所述笔身包括笔身壳和设置于所述笔身壳的微处理芯片MCU模块、压感模块、通信模块、指纹模块、存储模块和电源管理模块，所述笔头一端设置有摄像开口和笔芯连通孔，所述笔身还包括靠近设置于所述摄像开口处的红外摄像模块和红外光发射器，所述红外摄像模块和红外光发射器通过所述摄像开口与所述笔头进行连通，所述笔芯从所述笔身和所述笔头通过所述笔芯连通孔伸出所述笔头外部，所述红外摄像模块、所述红外光发射器、所述压感模块、所述通信模块、所述存储模块和所述指纹模块分别与所述电源管理模块和所述MCU模块连接，所述电源管理模块与所述MCU模块连接。

2.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述指纹模块包括指纹采集器，所述指纹采集器设置于笔身壳的握笔处。

3.根据权利要求2所述的智能笔，其特征在于，所述指纹采集器环绕设置在笔身壳的握笔处。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智能笔，其特征在于所述指纹模块为光学指纹模块或电容指纹模块。

5.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述智能笔还包括指示灯，所述指示灯用于在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号一致时，显示为第一颜色，在所述指纹模块接收的指纹采集信号与预设指纹信号不一致时，显示为第二颜色。

6.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述压感模块设置于所述笔芯的尾部。

7.根据权利要求6所述的智能笔，其特征在于，所述压感模块为压力感应开关或压力传感器。

8.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块或wifi模块。

9.根据权利要求1所述的智能笔，其特征在于，所述笔头和所述笔身采用一体式设计。

10.一种智能轨迹采集系统，其特征在于，所述智能轨迹采集系统包括码点书写纸、电子设备和如权利要求1-9任一所述的智能笔。

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