專利名稱：一種三維手寫輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種手寫輸入裝置，特別是一種三維空間輸入裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的手寫輸入有以下幾種方案一種是傳統(tǒng)的觸壓方式，如電腦手寫板，觸摸屏等。這種輸入方式需要特質(zhì)的書寫屏，在書寫屏中安裝有壓電傳感器或者電容傳感器等，來識別使用者的手寫動(dòng)作。另一種是較為新式的通過空間位置識別進(jìn)行手寫輸入的方式，其中又分為超聲定位和加速度傳感器定位等幾種方案。中國專利號20051012U60.5，專利名稱“用超聲波確定于寫軌跡的輸入方法及裝置”的專利公開了一種用超聲波確定于寫軌跡的輸入方法及裝置，其中該裝置包括兩個(gè)超聲波傳感器，分別接收書寫筆發(fā)射的超聲波信號，并有微處理器模塊根據(jù)接收到的脈沖計(jì)數(shù)計(jì)算出書寫筆筆尖的位置信息。中國專利申請?zhí)?201010144596. 4，專利名稱“觸摸筆及實(shí)現(xiàn)觸摸功能的方法”的專利公開了一種利用加速度傳感器對觸摸筆進(jìn)行定位的手寫輸入裝置，該裝置的觸摸筆中包括加速度傳感器，用于測量所述觸摸筆移動(dòng)時(shí)的加速度；壓力傳感器，用于感應(yīng)觸摸筆選中顯示屏上的功能項(xiàng)，并輸出選中信息；處理器，用于接收所述選中信息時(shí)，根據(jù)加速度傳感器測量的加速度，計(jì)算觸摸筆的位置信息。其他手寫輸入技術(shù)大多與上述的幾種類似。在這些手寫輸入方式中，傳統(tǒng)觸壓方式需要特定的書寫屏，因此書寫收到較大限制，靈活性不夠，另外，隨著手寫識別精度的提高和手寫范圍的增大，書寫屏的制造成本也會變得很高。通過空間定位的手寫輸入方式，其中超聲定位手寫輸入，通常只限于二維定位，這將導(dǎo)致書寫位置受到限制，必須在超聲波傳感器所規(guī)定的特定平面進(jìn)行書寫才能正確識別，而在其他平面的書寫，書寫軌跡會轉(zhuǎn)化成該特定平面的投影，導(dǎo)致書寫誤差；加速度傳感器定位的手寫輸入方式，其定位原理是通過基于固定點(diǎn)的相對位移對手寫筆進(jìn)行定位， 并不是對絕對位置的定位，這就導(dǎo)致定位不夠精確，相對位移的累積誤差會使手寫筆準(zhǔn)確位置的判斷變得非常困難。另外，現(xiàn)有的通過空間定位的手寫輸入方式，仍要依靠壓力傳感器來判斷書寫的起始和結(jié)束，其采用的壓力傳感裝置難免會對書寫平面造成一定的損害。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題而提供一種利用超聲波定位的三維手寫輸入裝置。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種三維手寫輸入裝置，包括信號發(fā)射裝置，信號接收裝置和微處理器和主機(jī)，其特征在于所述信號發(fā)射裝置包括外殼內(nèi)的超聲波發(fā)生器和控制開關(guān)；所述信號接收裝置包括至少三個(gè)超聲波傳感器和通訊接口 ；所述超聲波傳感器通過通訊接口與微處理器電連接；所述信號發(fā)射裝置中的超聲波發(fā)生器向全空間發(fā)射超聲信號；所述超聲波傳感器將接收到的超聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸給微處理器；微處理器根據(jù)接收到的各個(gè)超聲傳感器傳輸?shù)碾娦盘柡鸵阎母鱾€(gè)傳感器的位置信息，計(jì)算出信號發(fā)射裝置的空間位置的三維坐標(biāo)；所述三維坐標(biāo)通過無線或有線方式發(fā)送給主機(jī)；所述主機(jī)根據(jù)接收到的信號發(fā)射裝置的連續(xù)三維坐標(biāo)完成手寫軌跡的識別和輸入。所述信號發(fā)射裝置的兩端放置兩個(gè)超聲波發(fā)生器；超聲波傳感器將接收到的超聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸給微處理器；微處理器根據(jù)接收到的各個(gè)超聲傳感器傳輸?shù)碾娦盘柡鸵阎母鱾€(gè)傳感器的位置信息，計(jì)算出兩個(gè)超聲波發(fā)生器的空間位置的三維坐標(biāo)， 并進(jìn)一步計(jì)算出兩個(gè)超聲波發(fā)生器的空間位置連線的延長線與書寫平面的交點(diǎn)坐標(biāo)；所述交點(diǎn)坐標(biāo)通過無線或有線方式發(fā)送給主機(jī)。信號發(fā)射裝置的空間位置信息可以經(jīng)由主機(jī)處理，用于確定書寫平面及控制手寫輸入的起始和結(jié)束。還可以在手寫輸入裝置中安裝壓力傳感模塊，用于確定手寫輸入的起始和結(jié)束。優(yōu)選的一種信號接收裝置包括至少四個(gè)超聲波傳感器；微處理器采用聲音能量定位或到達(dá)時(shí)差定位的方法處理從超聲波傳感器接收的信息，計(jì)算得出超聲波發(fā)生器的空間位置的三維坐標(biāo)。或者采用另一種信號發(fā)射裝置，包括時(shí)間同步模塊，信號接收裝置包括至少三個(gè)超聲波傳感器；微處理器采用距離定位的方法處理從超聲波傳感器接收的信息，計(jì)算得出超聲波發(fā)生器的空間位置的三維坐標(biāo)。使用本實(shí)用新型所提供的三維手寫輸入裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.書寫平面不受限制，不需要專用書寫介質(zhì)，不需要特定書寫平面，可以選擇任意平面作為書寫平面；2.可以遠(yuǎn)距離輸入，配合投影儀，使用者可以遠(yuǎn)距離控制或修改投影內(nèi)容；3.可以選擇不使用壓力傳感裝置，而是利用信號發(fā)射裝置的空間位置和書寫平面的位置關(guān)系決定書寫的起始和結(jié)束，降低成本并且沒有壓力傳感裝置的副作用。
圖1是應(yīng)用本實(shí)用新型的一種基本結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是帶有真空吸附裝置的VOC采樣箱的直觀示意圖。圖中標(biāo)記1-信號發(fā)射裝置，11，12-超聲波發(fā)生器，2-信號接收裝置，21，22，23， 24-超聲波傳感器，3-微處理器，4-主機(jī)，5-書寫平面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明實(shí)施例1基本實(shí)施例。圖1所示的是本實(shí)用新型的一種基本結(jié)構(gòu)的示意圖，三維手寫輸入裝置包括信號發(fā)射裝置1，信號接收裝置2和微處理器3和主機(jī)4。信號發(fā)射裝置1的外殼
4內(nèi)安裝超聲波發(fā)生器11和控制開關(guān)。外殼可做成筆的形狀，實(shí)際上，信號發(fā)射裝置1也就是手寫輸入所用的手寫筆。打開信號發(fā)射裝置1的控制開關(guān)，超聲波發(fā)生器11開始向全空間發(fā)射超聲信號。使用者手持手寫筆進(jìn)行手寫輸入時(shí)，可以在空間中任選一個(gè)書寫平面5， 例如水平的桌面，豎直或傾斜的電腦屏幕等，在書寫平面5上移動(dòng)手寫筆，這時(shí)超聲波信號被信號接收裝置2中的三個(gè)超聲波傳感器21、22和23，并轉(zhuǎn)化成電信號，通過通訊接口傳輸至微處理器3。微處理器3接收到超聲波傳感器21、22和23的信號，根據(jù)這些信號和已知的超聲波傳感器的位置信息，計(jì)算出信號發(fā)射裝置1的空間位置的三維坐標(biāo)。這個(gè)三維坐標(biāo)由微處理器通過有線或無線方式發(fā)送至主機(jī)4。信號發(fā)射裝置1中的超聲波發(fā)生器11 不斷地向超聲波傳感器21、22和23發(fā)射超聲信號，微處理器也就得到一個(gè)連續(xù)的信號發(fā)射裝置1，即手寫筆的空間位置的移動(dòng)軌跡。此時(shí)微處理器計(jì)算得到的空間位置的移動(dòng)軌跡是三維的，發(fā)送至主機(jī)后，主機(jī)對這個(gè)移動(dòng)軌跡進(jìn)行識別和處理，首先，除了抬“筆”時(shí)，落“筆”書寫移動(dòng)的時(shí)候，信號發(fā)射裝置1總是處于空間中同一個(gè)平面內(nèi)的，可以由主機(jī)計(jì)算出信號發(fā)射裝置1移動(dòng)時(shí)大多數(shù)時(shí)間所處的平面，即為書寫平面，然后將相應(yīng)信號發(fā)射裝置1的三維移動(dòng)軌跡投影至?xí)鴮懫矫?上，得到最終的手寫輸入信息，進(jìn)行后續(xù)的文字或圖像應(yīng)用。本實(shí)施例說明了本實(shí)用新型所提供的三維手寫輸入裝置在書寫平面的選擇上的靈活性。實(shí)際上，也可以預(yù)設(shè)一個(gè)默認(rèn)的書寫平面，例如，將信號接收裝置2的三個(gè)超聲波傳感器21、22和23安裝在電腦屏幕的三個(gè)角上，并將電腦屏幕所在的平面設(shè)為默認(rèn)書寫平面，則以后在手寫輸入過程中可以省略上述計(jì)算書寫平面的步驟。實(shí)施例2遠(yuǎn)距離手寫輸入的裝置。以實(shí)施例1為基礎(chǔ)，不同之處在于，信號發(fā)射裝置1中安裝有兩個(gè)超聲波發(fā)生器11和12，其中超聲波發(fā)生器11安裝在信號發(fā)射裝置1的前端，超聲波發(fā)生器12安裝在信號發(fā)射裝置1的后端。三個(gè)超聲波傳感器21、22和23可以接收到來自于超聲波發(fā)生器11和超聲波發(fā)生器12的超聲波信號，并傳送至微處理器3，由微處理器 3計(jì)算出兩個(gè)超聲波發(fā)生器各自的空間位置的三維坐標(biāo)。這樣一來，除了信號發(fā)射裝置1的空間位置信息，還得到了信號發(fā)射裝置的方向信息。兩個(gè)超聲波發(fā)生器的空間位置連線的延長線與書寫平面相交于交點(diǎn)A，由微處理器3計(jì)算得出交點(diǎn)A的坐標(biāo)，交點(diǎn)坐標(biāo)通過無線或有線方式發(fā)送給主機(jī)。使用者手持信號發(fā)射裝置1(手寫筆)進(jìn)行書寫動(dòng)作時(shí)，兩個(gè)超聲波發(fā)生器11和12都在空間中移動(dòng)，交點(diǎn)A也隨之移動(dòng)形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，主機(jī)可以直接使用該運(yùn)動(dòng)軌跡作為最終的手寫輸入信息。在遠(yuǎn)距離手寫輸入的應(yīng)用中，書寫平面5是需要預(yù)設(shè)的，可以設(shè)為三個(gè)超聲波傳感器21、22和23所在的平面。要想順利地對超聲波發(fā)生器11和12進(jìn)行定位，微處理器3需要對超聲波發(fā)生器 11和12所發(fā)出的超聲波信號進(jìn)行分辨?？梢圆捎孟率鰞煞N方法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的1.兩個(gè)超聲波發(fā)生器11和12采用不同的超聲波頻率。例如超聲波發(fā)生器11采用40KHz的超聲波，而超聲波發(fā)生器12采用50KHz的超聲波。2.超聲波發(fā)生器發(fā)射脈沖超聲信號，利用時(shí)間差區(qū)分超聲波發(fā)生器11和12。由于信號發(fā)射裝置1的長度一般為IOcm左右，聲速為340m/s，因此超聲波發(fā)生器11和超聲波發(fā)生器12與超聲波傳感器的距離之差為IOcm左右，它們發(fā)出的超聲波信號到達(dá)超聲波傳感器的時(shí)候會有0. 3ms左右的時(shí)間差?？梢允褂肐KHz的脈沖信號，即Ims內(nèi)發(fā)射一次超聲波信號，于是每個(gè)超聲波傳感器在Ims內(nèi)可以接收到兩次超聲波信號，分別來自于兩個(gè)超聲波發(fā)生器11和12。第一次接收到的是超聲波發(fā)生器11的信號，大約0. 3ms左右之后會接收到超聲波發(fā)生器12的信號。實(shí)施例3本實(shí)施例中，通過信號發(fā)射裝置的位置判斷手寫的起始和結(jié)束。本實(shí)用新型所提供的三維手寫輸入裝置及手寫輸入方法，可以采用傳統(tǒng)的壓力傳感方式來確定手寫的起始和結(jié)束，即，在信號發(fā)射裝置1的尖端安裝壓力傳感裝置，當(dāng)使用者手持信號發(fā)射裝置1接觸書寫平面時(shí)，壓力傳感器獲得一個(gè)電信號，用這個(gè)信號作為手寫輸入的起始；信號發(fā)射裝置1離開書寫平面時(shí)，電信號消失，手寫輸入結(jié)束。不過，更為體現(xiàn)三維手寫輸入優(yōu)勢的方案是，不安裝壓力傳感裝置，而是通過信號發(fā)射裝置1的空間位置，與一個(gè)比較平面的相對關(guān)系，確定手寫輸入的其實(shí)和結(jié)束。具體說來，當(dāng)在接觸的書寫平面上進(jìn)行書寫時(shí)(如實(shí)施例1中的情況)，書寫平面 5即比較平面。另外，需要設(shè)置一個(gè)閾值，這個(gè)閾值通常是非常小的，例如0. 5mm,具體大小還要依據(jù)書寫平面的情況判斷，如書寫平面較為粗糙，閾值應(yīng)適當(dāng)取大。當(dāng)信號發(fā)射裝置1 的空間位置與比較平面的距離小于閾值時(shí)，手寫輸入啟動(dòng)；當(dāng)信號發(fā)射裝置1的空間位置與比較平面的距離大于閾值時(shí)，手寫輸入結(jié)束。當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離書寫時(shí)(如實(shí)施例2中的情況)，書寫平面預(yù)設(shè)，并且距離信號發(fā)射裝置較遠(yuǎn)，需要另外計(jì)算比較平面。當(dāng)控制開關(guān)打開時(shí)，超聲波傳感器首次接收到超聲信號，這時(shí)微處理器可以向主機(jī)發(fā)送一個(gè)開始書寫的信號，主機(jī)將此時(shí)的信號發(fā)射裝置的空間位置記錄下來，將這個(gè)位置所在的與書寫平面平行的平面作為比較平面。更為精確度方式是，啟動(dòng)一個(gè)初始化過程，請求使用者書寫一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的字形，根據(jù)使用者書寫動(dòng)作確定一個(gè)平面作為比較平面，這樣可以更加適應(yīng)使用者的書寫習(xí)慣。當(dāng)信號發(fā)射裝置1的空間位置向前(書寫平面的方向?yàn)榍?穿過比較平面時(shí)，手寫輸入啟動(dòng)；當(dāng)信號發(fā)射裝置1的空間位置向后穿過并離開比較平面時(shí)，手寫輸入結(jié)束。實(shí)施例4作為無線位置輸入設(shè)備的應(yīng)用。實(shí)際上，本實(shí)用新型所述的三維手寫輸入裝置可作為位置輸入設(shè)備來使用。書寫平面5即為位置輸入設(shè)備的操作平面。當(dāng)信號發(fā)射裝置1 平行于書寫平面5移動(dòng)時(shí)，主機(jī)將接收到的信號發(fā)射裝置的空間位置在書寫平面上投影， 作為位置輸入；當(dāng)信號發(fā)射裝置1垂直于書寫平面5來回移動(dòng)時(shí)，主機(jī)可將其識別為選中操作。上述各實(shí)施例中，超聲波發(fā)生器的位置定位，采用的是現(xiàn)有技術(shù)中的聲源定位方法。一種方法是信號接收裝置2中增加一個(gè)超聲波傳感器M，微處理器3采用聲音能量定位或到達(dá)時(shí)差定位(又稱雙曲線定位)的方法處理從超聲波傳感器接收的信息，計(jì)算得出超聲波發(fā)生器的空間位置的三維坐標(biāo)；另一種方法是信號發(fā)射裝置2中裝有時(shí)間同步模塊， 微處理器采用距離定位的方法處理從超聲波傳感器接收的信息，計(jì)算得出超聲波發(fā)生器的空間位置的三維坐標(biāo)。以上所述，僅是用以說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施案例而已，并非用以限定本實(shí)用新型的可實(shí)施范圍，舉凡本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在未脫離本實(shí)用新型所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應(yīng)由本實(shí)用新型權(quán)利要求的范圍所覆蓋。
權(quán)利要求1.一種三維手寫輸入裝置，包括信號發(fā)射裝置，信號接收裝置和微處理器和主機(jī)，其特征在于所述信號發(fā)射裝置包括外殼內(nèi)的超聲波發(fā)生器和控制開關(guān)；所述信號接收裝置包括至少三個(gè)超聲波傳感器和通訊接口 ；所述超聲波傳感器通過通訊接口與微處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手寫輸入裝置，其特征是所述信號發(fā)射裝置的兩端放置兩個(gè)超聲波發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手寫輸入裝置，其特征是所述手寫輸入裝置包括壓力傳感模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的手寫輸入裝置，其特征是所述信號接收裝置包括至少四個(gè)超聲波傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的手寫輸入裝置，其特征是所述信號發(fā)射裝置包括時(shí)間同步模塊，信號接收裝置包括至少三個(gè)超聲波傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種三維手寫輸入裝置，包括信號發(fā)射裝置，信號接收裝置和微處理器和主機(jī)。由信號發(fā)射裝置中的超聲波發(fā)生器向全空間發(fā)射超聲信號；超聲波傳感器將接收到的超聲信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸給微處理器；微處理器計(jì)算出信號發(fā)射裝置的空間位置的三維坐標(biāo)并通過無線或有線方式發(fā)送給主機(jī)；主機(jī)根據(jù)接收到的信號發(fā)射裝置的連續(xù)三維坐標(biāo)完成手寫軌跡的識別和輸入。技術(shù)效果在于書寫平面不受限制；可以遠(yuǎn)距離輸入；可以不使用壓力傳感裝置。
文檔編號G06F3/01GK201984424SQ20112011230
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者戴煦, 楊果, 董寧, 郭冰, 郭勇 申請人:深圳市華測檢測技術(shù)股份有限公司