[发明专利]采用超声波定位的手写输入方法及其装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种超声波手写输入方法及其装置。

背景技术：

超声波用于手写输入装置是利用超声波在空气中的较低传播速度，采用超声测距的原理来实现的。超声波与声波的传播速度相同，声波在空气中的传播速度大约为340米每秒。根据声波在空气中传播的时间测定就可以确定被测物体到测试点的距离。许多工业测量中广泛应用利用超声波测量距离和测物，很多手写输入装置也利用超声波定位笔迹。例如中国实用新型专利98248471.2和以色列PEGASUS公司生产的手写输入装置。

参见图1测量原理示意图，这类装置的工作原理是：在固定测量装置上安装有两个已知间隔的超声波发射换能器(102)，设定为S1和S2，由测量装置控制定时分别发射出超声波信号，例如S1先发射超声波信号，当被测笔(101)接收到超声波信号后立即通过红外线发出收到信号的同步信号，告知固定装置。固定装置在得知被测笔已经收到信号后控制S2再发射超声波信号，被测笔收到后再返回一个红外接收信号，至此一个完整的测试周期完成。测量装置此时可以根据被测物体返回收到超声波信号的时间(红外线在空气中的传播速度是超声波的一百万倍，其传输时间可以忽略不计)，得知被测物体与测量物体间的两个距离FS1(103)和FS2(104)，根据已知的S1和S2间隔距离，就可以得知三个长度。被测笔与S1和S2两个测试点正好构成一个三角形，因为该三角形的三个边长便为已知参数，同时固定点的两个发射换能器的相对位置也是已知的参数，可以求出被测笔的相对坐标。

由于目前的超声波用于输入坐标的装置都是利用被测物体发射超声波，固定测试点接收信号检测的方法，因此被测装置上安装发射装置电路结构比较复杂，需要有三个部分组成：

1.定时电路。用于控制按一定间隔时间发射超声波信号。

2.超声波发射电路。能产生较高的超声波激励电压推动超声换能器工作，此电压的峰到峰值约为400伏。

3.能发出一个同步信号装置。用于告知测量装置发射超声波的起始时间，此信号一般是使用红外线、电磁波、有线方式来实现。

发明内容：

本发明的目的是由被测物体接收超声波信号，这样设计使被测物体的电路变得十分简单，不再需要定时电路和发射超声波的高电压推动电路，只需超声波的接收和同步信号的发射，可以简化电路并且免于调试。

本发明的内容与技术方案如下：

本方法的特征是在被测笔中安装一个超声波接收检测器和一个红外线发射器。因此被测物体中只有两部分电路：

1.超声波接收电路，用于接收超声波信号；

2.红外线或其他发射同步信号的电路。用于告知测定点收到超声波的时间。

参见图2被测笔原理框图：由于超声波接收检测器工作在小信号状态下只需要很少的电流，而且手写笔是在落笔之后开始工作，因此在没有书写时是不消耗电能的。这是由于在手写笔内装有压力开关，当落笔时，笔尖产生的压力可使开关接通，超声波接收头(201)、超声波检测器(202)开始工作，笔尖抬起时，开关关闭，停止工作。红外线发射管(203)受超声波检测器(202)的控制发射信号，仅发射一个几微秒的窄脉冲信号，几乎不耗费电能。采用一个较小能量的电池或者是太阳能可充电电池即可以工作。

参见图3手写输入装置固定部分原理框图：除了被测笔外，超声波信号是由固定装置来完成定时发射的。该发射装置是一个固定物体，可以通过与之连接的计算设备供电或者电池供电，对重量和耗电量没有严格的要求，其工作状态由一个CPU控制操作(304)。

该CPU主要完成以下几个工作：

1.声波的发射控制。当开始手写输入操作开始时，CPU控制超声波发射换能器S1和S2(102)轮流发射出超声波信号；

2.计时功能。当发出超声波信号后开始进入计时状态，直到收到被测笔返回的信号时停止计时；

3.计算功能。根据获得的测量时间参数，计算出被测物体的相对坐标；

4.通讯功能。将获得的被测笔相对坐标送给电脑或手机用于输入。上述功能都可以通过CPU用软件的方法实现，在技术上变成较简单的方式。

本发明的优点与积极效果在于：

与已公布的用于超声波定位及输入的装置和方法相比，

1.不是由被测笔来发射超声波，避免了在笔上设置较复杂的定时电路，而转为在笔上只设有接收超声波电路和红外线发射电路，简化了电路。

2.该方法更方便地实现了超声波手写输入装置，便于生产和降低被测笔的成本。同时电路体积减小，耗电减小，适合笔内的安装。

附图说明：