CN1313912C - 用于计算机录入的无线、有源手写板 - Google Patents
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Abstract
用于计算机录入的无线、有源手写板属于计算机***设备，该手写板能把手写轨迹转化成为数字量-X、Y坐标，然后输入计算机，配合相应的驱动程序及应用软件，可以把手写板上所画的轨迹直接显示在计算机的屏幕上。该无线有源手写板的特点是接收电路的接收端接到由X和Y方向线圈构成的接收阵列所组成的感应回路，接收电路的输出端接放大电路和滤波电路进行信号的放大与滤波，然后分别接入频率和幅值检测电路，进行频率和幅值上的检测后输出接入处理主CPU；手写板中设计相应的有线充电电路和充电接口，手写笔上装置了充电电极，采用贮能器件为其供能。
Description
技术领域
本发明属于计算机***设备，它的主要功能是把手写轨迹转化成数字量——X、Y坐标，然后输入计算机，配合相应的驱动程序以及应用软件，可以把用户在手写板上所画的轨迹直接反映在计算机的屏幕上。手写板的主要应用领域在手写识别***及绘画方面。
背景技术
现今手写板硬件厂商有日本的WACOM，台湾的AIPTEK和中国的汉王公司等。经过多年的发展，手写板的技术已趋成熟，品种也增加了很多，如有线手写板、无线手写板、有线压感手写板，无线压感手写板等都已在市场上热卖，这些手写板从原理上还可分为电磁式、触摸式、超声波定位式、光电式等。目前，世界上生产无线手写板的公司主要是中国台湾的AIPTEK公司，日本的WACOM公司和中国大陆的汉王公司。AIPTEK公司主要生产无线有源手写板，其手写笔均采用电池供电方式。WACOM公司主要生产无线无源手写板。本发明的无线有源手写板的手写笔使用贮能器件提供能量，既解决了传统的无线有源手写板必须用电池供能的弊端，而且能发射质量更高的信号，克服了无线无源手写板能量利用率低的问题。
发明内容
本发明亦是一种无线、有源、有压力的手写板。无线指的是手写笔与手写板之间没有线连接。有源指的是采用贮能器件为手写笔提供能源。有压力指的是手写板可以感知笔的压力大小。本发明的手写板测量X、Y坐标及笔压的技术要点如图1所示：由手写笔内的谐振电路发射连续的正弦波，手写板上的接收电路接收正弦波信号，经放大电路放大，滤波去除干扰信号，然后分别接入频率检测电路和幅值检测电路，进行频率和幅值检测；幅值检测后经过A/D转换输入处理主CPU，实现X、Y坐标的测量功能，通过与手写笔尖相联系的机构控制，可以改变手写笔内谐振电路的参数，进而改变手写笔发射的电磁波频率；手写板上的频率检测电路将检测到的频率变化输入处理主CPU，转化为手写笔尖所受压力的变化，从而完成笔压的测量。
为了能对手写笔内的贮能器件方便地充电，在手写板中设计了相应的有线充电电路和充电接口，手写笔上装置了充电电极。
附图说明
图1是用于计算机录入的无线有源手写板***框图。
图2是本发明的手写笔发射的电磁波波形。
图3是本发明的手写笔并联谐振回路。
图4是本发明的接收电路。
图5是本发明的放大电路。
图6是本发明的自动增益控制电路。
图7是本发明的滤波电路。
图8是本发明的幅值检测电路。
图9是本发明的频率检测电路。
图10是本发明的手写板内充电电路。
图11是本发明的充电接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本发明由手写笔及手写板组成，手写笔与手写板之间没有连线，手写笔中由贮能器件(本实施例采用大容量电容)提供能量，手写板可以感知笔的压力的大小。手写板中的硬件由接收电路，放大、滤波电路，幅值、频率检测电路以及手写笔充电电路构成；上述电路之间的连接方式如下：接收电路的接收端接到由X1、X2、……X22和Y1、Y2、……Y18构成的接收阵列所组成的感应回路，接收电路的输出端接放大电路的输入IN端，放大电路的输出OUT端接滤波电路的输入IN端，滤波电路的输出OUT端接幅值、频率检测电路的输入IN端，幅值、频率检测电路的输出OUT端接入处理主CPU。
本发明的手写笔发射的电磁波波形如图2所示，它在零压力状态下的频率为455KHz。随着压力的增加，频率逐渐降低。
手写笔电路主要是由电容、电感组成的并联谐振回路，其电路连接方式如图3所示：开关S1、S2分别串联电容C3、C4后其两端与可变电感L1和电容C1并联；电阻R1的一端分别与电容C2、电容C5的一端相连，另一端分别与电容C6、电阻R2的一端和三极管Q1的基极相连；Q1的集电极分别与开关S1、S2的一端相连；电容C7的一端与Q1的集电极相连；电阻R4、电容C8并联后一端接地，另一端分别与C7、R3的一端相连；R3的另一端与Q1的发射极相连；R2、C6、C5、C2的另一端分别接地；其中开关S1、S2为手写笔的侧面开关，其作用相当于鼠标的左、右键。
本发明的接收电路如图4所示：接收电路包括X方向接收回路和Y方向接收回路，通过顺序选通接收电路X1、X2……X18……X22或Y1、Y2……Y18，根据收到信号的大小可以判断出手写笔在X、Y线圈中的位置，即手写笔在哪几个X或Y线圈的范围内，进而判断出手写笔在X或Y线圈中的位置；其具体连接是：接收回路为X、Y方向，L11、L12、L13、L14、L15均为芯片，其中L15、L14、L13用来实现X方向接收功能，L11、L12用来实现Y方向接收功能；L11、L12、L13、L14、L15的VEE端接地电压；L15、L14芯片的X0~X7端口和L13芯片X2~X7端口分别接X方向线圈；L11、L12芯片的X0~X7端口和L13芯片X0~X1端口分别接Y方向线圈，这些线圈的输出端都接地；INH端为片选，L11、L12、L13、L14、L15芯片的INH端分别接入处理主CPU；A端B端C端是线圈选通端，L11、L12、L13、L14、L15芯片的A、B、C选通端公用，统一接入处理主CPU；L11、L12、L13、L14、L15芯片的X端即输出端口3相连后输出接收信号。
本发明的放大电路如图5所示，接收信号从IN端输入，由集成运放进行四级放大，其间通过两次由阻容网络进行的高通滤波，消除直流分量和低频干扰的影响。其具体的电路连接关系是：接收信号从IN端输入到放大器Amp1的同相输入端，Amp1的反相输入端串联电阻R1后接地；电阻R2的两端分别与Amp1的反相输入端和输出端相连；Amp1的输出端经过电容C1后接入放大器Amp2的同相输入端；电阻R3的一端接地，另一端接入Amp2的同相输入端；Amp2的反相输入端串联电阻R4后接地；电阻R5的两端分别与Amp2的反相输入端和输出端相连；Amp2的输出端连接放大器Amp3的同相输入端；Amp3的反相输入端串联电阻R6后接地；电阻R7的两端分别与Amp3的反相输入端和输出端相连；Amp3的输出端经过电容C2后接入放大器Amp4的同相输入端；电阻R8的一端接地，另一端接入Amp4的同相输入端；Amp4的反相输入端串联电阻R9后接地；电阻R10的两端分别与Amp4的反相输入端和输出端相连。
为了补偿由于手写笔相对于手写板的远近不同而造成的信号的不一致，在主要放大电路后还增加了由处理主CPU控制的自动增益放大电路如图6所示，其电路的具体连接是：信号从IN端经过电阻R11接入芯片IC5的脚X7；电阻R12的两端分别与脚X7和脚X6相连；电阻R13的两端分别与脚X6和脚X5相连；电阻R14的两端分别与脚X5和脚X4相连；电阻R15的两端分别与脚X4和脚X3相连；电阻R16的两端分别与脚X3和脚X2相连；电阻R17的两端分别与脚X2和脚X1相连；电阻R18的两端分别与脚X1和脚X0相连；VEE端悬空；片选端INH接地；选通端A、B、C端输入处理主CPU；端口X接入放大器Amp5的反相输入端；Amp5的同相输入端串联电阻R19后接地；电阻R20的两端分别与Amp5的反相输入端和输出端相连；Amp5的输出端接滤波电路的输入端IN端。
本发明的滤波电路如图7所示，它的主要作用是滤除信号中的各种高、低频干扰，其基本组成是由有源低通滤波器和有源高通滤波器串联构成的带通滤波器；其电路的连接关系是：信号从IN端经过电阻R30、R31接入放大器Amp6的同相输入端；电容C31的一端接地，另一端接入Amp6的同相输入端；电容C30的一端分别与R30、R31的一端相连，另一端分别接入Amp6的反相输入端和输出端；Amp6的输出端经过电容C32后接入放大器Amp7的同相输入端；电阻R32的一端接地，另一端接入Amp7的同相输入端；Amp7的反相输入端和输出端相连后串联电阻R33，信号由输出OUT端输出。
本发明的幅值检测电路如图8所示，它的主要作用是取出接收信号的峰值包络，具体连接如下：经滤波的信号从IN端输入，通过电阻R22和二极管D1与电容C5的一端和三极管Q1的集电极相连，然后经放大器Amp8的同相输入端接入处理主CPU；Amp8的反相输入端串联电阻R23后接地，电阻R24的两端分别与Amp8的反相输入端和输出端相连后接入处理主CPU；Q1的发射极接地，基极接入处理主CPU；C5的另一端接地。
本发明的频率检测电路如图9所示，它的主要作用是检测出手写笔发出的与所受压力相关的电磁波频率，然后接入处理主CPU确定手写笔所受的压力，具体的电路连接关系是：从滤波电路输出的信号从IN端通过电阻R41输入，R41的另一端与三级管Q4的基极相连；Q4的集电极分别与数字分频器IC8的CLK端和电阻R42的一端相连；Q4的发射极接地；IC8的CLR端接入处理主CPU；IC8的脚1～脚7、脚9、脚12、脚13、脚15悬空，脚14接接入处理主CPU；数字分频器IC8进行1024级分频，然后接入处理主CPU检测分频后信号的周期，由此确定信号的频率。
本发明的手写板内充电电路如图10所示，主要由贮能器件和充电电路组成，贮能器件为电容量为1F的电解电容C1，二极管D1的主要作用是保证充电时电流由充电回路流向电容，而不会发生反向流动，亦即起到单向化的作用；电流经R1的左端流入，经过三极管Q1缓冲后再经D1流入贮能器件C1；R1和芯片U1构成控制电路，其工作过程是：当电容C1两端的电压未达到规定值时，芯片U1输出低电平，经过反相器U2变为高电平，然后分为两路：一路经电阻R3为Q1提供偏置电流，另一路经电阻R6和R7分压后，输入三极管Q2的基极，使Q2导通，驱动发光二极管D2发光，表示充电正在进行；当电容C1两端的电压达到规定值时，芯片U1输出高电平，经过反相器U2变为低电平，从而使三极管Q1，Q2截止，一方面切断充电电流，同时关断发光二极管D2，表示充电过程结束；其具体的电路连接关系是：电阻R1的一端与电源VCC相连，另一端与三极管Q1的集电极相连；电阻R8的一端与电源VCC相连，另一端与发光二极管D2的正极相连；D2的负极与三极管Q2的集电极相连；Q2的发射极接地；Q2的基极分别与电阻R6、R7的一端相连；R7的另一端接地；R6的另一端分别与电阻R3的一端、反相器U2的输出端相连；U2的输入端与U1的脚3相连R3的另一端分别与Q1的基极、电阻R4的一端相连；R4的另一端与Q1的发射极相连；电阻R2的一端与Q1的集电极相连，另一端与Q1的发射极相连；U1的脚1接地；U1的脚2与电阻R5的一端相连；R5的另一端与二极管D1的正极相连；D1的正极与Q1的发射极相连，负极与电解电容C1的正极相连；C1的负极接地。
本发明的充电接口如图11所示，采用了接触式同轴充电电极，手写板上设置了接触式同轴充电插座，手写笔的尾部设置了接触式同轴充电插头，需要对手写笔充电时将其插进手写板上的充电电极即可。
本发明是一种无线、有源、有压力的手写板。手写笔由具有贮能作用的元件提供能量。手写笔中为电感、电容组成的并联谐振回路，手写板中主要包括接收电路、放大电路、滤波电路、幅值、频率检测电路。使用者在操作过程中手握手写笔的笔杆，用适当的压力，在手写板上自由进行图画的描绘和字的书写(笔杆上的按键，其作用相当于鼠标的左、右键)；通过手写笔、板中的硬件及相应的应用软件，将使用者在手写板上所画的手写轨迹，反映在计算机的屏幕上，实现无线手写录入的目的，如：用手写笔在手写板上写一个“汉”字，计算机屏幕上则立刻显示出“汉”字，这大大方便了汉字的计算机录入，也为图像工作者提供了一种功能强大的绘图工具。
Claims (10)
1、一种由手写板、手写笔组成的用于计算机录入的无线、有源手写板，其特征在于：手写笔与手写板之间没有连线，手写笔中采用贮能器件为其供电，可以感知笔的压力的大小的手写板由接收电路，放大、滤波电路，幅值、频率检测电路以及手写板充电电路构成；上述电路之间的连接方式如下：接收电路的接收端接到由垂直方向的接收回路X1、X2、……X22和水平方向的接收回路Y1、Y2、……Y18构成的接收阵列所组成的感应回路，接收电路的输出端接放大电路的输入IN端，放大电路的输出OUT端接滤波电路的输入IN端，滤波电路的输出OUT端接幅值、频率检测电路的输入IN端，幅值、频率检测电路的输出OUT端接入处理主CPU；手写板电路由电容、电感组成的并联谐振回路构成。
2、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：手写板并联谐振回路连接关系是：开关S1、S2分别串联电容C3、C4后其两端与可变电感L1和电容C1并联；电阻R1的一端分别与电容C2、电容C5的一端相连，另一端分别与电容C6、电阻R2的一端和三极管Q1的基极相连；Q1的集电极分别与开关S1、S2的一端相连；电容C7的一端与Q1的集电极相连；电阻R4、电容C8并联后一端接地，另一端分别与C7、R3的一端相连；R3的另一端与Q1的发射极相连；R2、C6、C5、C2的另一端分别接地；其中开关S1、S2为手写笔的侧面开关，其作用相当于鼠标的左、右键。
3、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：接收电路接收X方向接收回路和Y方向接收回路接收的信号，通过顺序选通接收回路X1、X2……X18……X22或Y1、Y2……Y18，根据收到信号的大小可以判断出手写笔在X、Y线圈中的位置，即手写笔在哪几个X或Y线圈的范围内，进而判断出手写笔在X或Y线圈中的位置；其具体连接是：接收回路为X、Y方向，L11、L12、L13、L14、L15均为芯片，其中L15、L14、L13用来实现X方向接收功能，L11、L12用来实现Y方向接收功能；L11、L12、L13、L14、L15的VEE端接地电压；L15、L14芯片的X0~X7端口和L13芯片X2~X7端口分别接X方向线圈；L11、L12芯片的X0~X7端口和L13芯片X0~X1端口分别接Y方向线圈，这些线圈的输出端都接地；INH端为片选，L11、L12、L13、L14、L15芯片的INH端分别接入处理主CPU；A端B端C端是线圈选通端，L11、L12、L13、L14、L15芯片的A、B、C选通端公用，统一接入处理主CPU；L11、L12、L13、L14、L15芯片的X端即输出端口3相连后输出接收信号。
4、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：手写板中放大电路里接收信号从IN端输入，由集成运放进行四级放大，其间通过两次由阻容网络进行的高通滤波，消除直流分量和低频干扰的影响；其具体的电路连接关系是：接收信号从IN端输入到放大器Amp1的同相输入端，Amp1的反相输入端串联电阻R1后接地；电阻R2的两端分别与Amp1的反相输入端和输出端相连；Amp1的输出端经过电容C1后接入放大器Amp2的同相输入端；电阻R3的一端接地，另一端接入Amp2的同相输入端；Amp2的反相输入端串联电阻R4后接地；电阻R5的两端分别与Amp2的反相输入端和输出端相连；Amp2的输出端连接放大器Amp3的同相输入端；Amp3的反相输入端串联电阻R6后接地；电阻R7的两端分别与Amp3的反相输入端和输出端相连；Amp3的输出端经过电容C2后接入放大器Amp4的同相输入端；电阻R8的一端接地，另一端接入Amp4的同相输入端；Amp4的反相输入端串联电阻R9后接地；电阻R10的两端分别与Amp4的反相输入端和输出端相连。
5、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：自动增益放大电路的具体连接关系是：信号从IN端经过电阻R11接入芯片IC5的脚X7；电阻R12的两端分别与脚X7和脚X6相连；电阻R13的两端分别与脚X6和脚X5相连；电阻R14的两端分别与脚X5和脚X4相连；电阻R15的两端分别与脚X4和脚X3相连；电阻R16的两端分别与脚X3和脚X2相连；电阻R17的两端分别与脚X2和脚X1相连；电阻R18的两端分别与脚X1和脚X0相连；VEE端悬空；片选端INH接地；选通端A、B、C端输入处理主CPU；端口X接入放大器Amp5的反相输入端；Amp5的同相输入端串联电阻R19后接地；电阻R20的两端分别与Amp5的反相输入端和输出端相连；Amp5的输出端接滤波电路的输入端IN端。
6、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：滤波电路是由有源低通滤波器和有源高通滤波器串联构成的带通滤波器；其电路的连接关系是：信号从IN端经过电阻R30、R31接入放大器Amp6的同相输入端；电容C31的一端接地，另一端接入Amp6的同相输入端；电容C30的一端分别与R30、R31的一端相连，另一端分别接入Amp6的反相输入端和输出端；Amp6的输出端经过电容C32后接入放大器Amp7的同相输入端；电阻R32的一端接地，另一端接入Amp7的同相输入端；Amp7的反相输入端和输出端相连后串联电阻R33，信号由输出OUT端输出。
7、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：幅值检测电路具体连接如下：经滤波的信号从IN端输入，通过电阻R22和二极管D1与电容C5的一端和三极管Q1的集电极相连，然后经放大器Amp8的同相输入端接入处理主CPU；Amp8的反相输入端串联电阻R23后接地，电阻R24的两端分别与Amp8的反相输入端和输出端相连后接入处理主CPU；Q1的发射极接地，基极接入处理主CPU；C5的另一端接地。
8、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：频率检测电路具体的电路连接关系是：从滤波电路输出的信号从IN端通过电阻R41输入，R41的另一端与三级管Q4的基极相连；Q4的集电极分别与数字分频器IC8的CLK端和电阻R42的一端相连；Q4的发射极接地；IC8的CLR端接入处理主CPU；IC8的脚1～脚7、脚9、脚12、脚13、脚15悬空，脚14接接入处理主CPU；数字分频器IC8进行1024级分频，然后接入处理主CPU检测分频后信号的周期，由此确定信号的频率。
9、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：手写板内充电电路由贮能器件和充电电路组成，其具体的电路连接关系是：电阻R1的一端与电源VCC相连，另一端与三极管Q1的集电极相连；电阻R8的一端与电源VCC相连，另一端与发光二极管D2的正极相连；D2的负极与三极管Q2的集电极相连；Q2的发射极接地；Q2的基极分别与电阻R6、R7的一端相连；R7的另一端接地；R6的另一端分别与电阻R3的一端、反相器U2的输出端相连；U2的输入端与U1的脚3相连；R3的另一端分别与Q1的基极、电阻R4的一端相连；R4的另一端与Q1的发射极相连；电阻R2的一端与Q1的集电极相连，另一端与Q1的发射极相连；U1的脚1接地；U1的脚2与电阻R5的一端相连；R5的另一端与二极管D1的正极相连；D1的正极与Q1的发射极相连，负极与电解电容C1的正极相连；C1的负极接地。
10、根据权利要求1所述的手写板，其特征在于：手写笔充电接口采用接触式同轴充电电极，手写板上设置了接触式同轴充电插座，手写笔的尾部设置了接触式同轴充电插头，需要对手写笔充电时将其插进手写板上的充电电极即可。
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