一种高精度轻型无尘电子书写笔定位装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属传感器定位领域，具体涉及一种基于超声波与倾角定位的无尘电子书写笔定位装置。
【背景技术】
[0002]黑板的粉尘已成为当前教师和学生目前对黑板的无尘化设计越来越多，当前，常见的无尘化书写板的定位方式精度不够高，安装传感器较复杂，由于结构复杂，造价较高没有得到广泛的应用。
[0003]关于无尘书写笔的定位，超声波距离定位以及倾角传感器的倾角定位在其他行业已有广泛应用，超声波定位精度较高，且造价便宜，但目前超声波传感器单独对距离的测量并不能定位书写笔的位置，仍需要其他传感器定位。
[0004]基于超声波与倾角定位的无尘电子书写笔定位装置的优点及无尘书写笔的需求，开发一种基于超声波与倾角定位的无尘电子书写笔定位装置，将超声波测距传感器与倾角传感器结合起来，对于简化无尘装置的结构，将传感器的数量降低，降低制造成本，从而将无尘书写装置广泛应用具有重大意义。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种利用超声波距离定位传感器和倾角传感器定位的无尘书写笔定位装置。
[0006]本实用新型由超声波距离信号处理单元1、书写笔尖2、信号整合处理模块3、投影区4、计算机5、投影仪6、球铰及高反射区7、倾角信号处理单元8组成，其特征在于球铰及高反射区7中球铰位于两高反射区中点位置;距离信号处理单元I与投影区4相对位置固定;信号整合处理模块3与计算机5连接;计算机5与投影仪6连接。
[0007]其特征在于书写笔尖2具有一定长度，并在笔尖两端装有球铰及高反射区7，两高反射区中点位置为球铰，在两高反射区之间固连倾角信号处理单元8，笔尖移动范围限定在平面内的平移和旋转。
[0008]其特征在于通过限定三个距离一个角度这四个自由度的方法确定两个高反射区的坐标，继而确定其中点即书写笔尖2的坐标。
[0009]本实用新型的测试原理是:如果要确定笔尖的坐标，需要限制两个自由度，但是如果在笔尖处布置传感器，会使传感器产生误差甚至损坏。本专利采用确定两高反射区AB两点的坐标来确定AB中点的坐标，故须限定四个自由度。若直接测量横纵坐标，需要更高精度的传感器，会增加成本，所以本专利采用测量三个长度L1、L2、L3加一个角度Θ的方式来确定四个自由度。通过三角函数运算计算出AB两点坐标，进而算出AB中点即笔尖的坐标。
[0010]本实用新型的工作过程是:超声波距离信号处理单元I检测书写笔尖2内球铰及高反射区7高反射区的距离并传输给信号整合处理模块3;倾角信号处理单元8检测书写笔尖2中球铰与水平或铅直方向所夹的角度并传输给信号整合处理模块3;信号整合处理模块整合距离和角度信号为坐标并传输给计算机5;计算机通过三角函数运算计算出笔尖的坐标值并传输给投影仪6;投影仪6将图像投射至投影区4。
[0011]本实用新型的有益效果在于:利用超声波与倾角传感器取代了传感器与书写板边框的结合，将书写区域扩大，可提升书写板内容承载量;同时将传统的超声波电子笔中的超声波收发器从书写笔中移除到板面上，装入体积较小的倾角传感器，可大幅度减小书写笔的尺寸，提升书写体验;且传感器精度较高，价格低廉，为无尘书写笔的广泛应用创造了条件。
【附图说明】
[0012]图1为无尘电子书写笔定位装置结构示意图。
[0013]其中:1.超声波距离信号处理单元2.书写笔尖3.信号整合处理模块4.投影区
5.计算机6.投影仪7.球铰及高反射区8.倾角信号处理单元
[0014]图2为测试原理图。
[0015]其中:L1.两高反射区AB两点间距离L2.高反射区A到超声波距离信号处理单元I的距离L3.高反射区B到超声波距离信号处理单元I的距离Θ.倾角信号处理单元8检测书写笔尖2中球铰与水平或铅直方向所夹的角度
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图1对本实用新型的技术方案作进一步详细阐述:
[0017]超声波距离信号处理单元I向检测书写笔尖2发射信号，由书写笔尖2内固连的球铰及高反射区7反射超声波信号，并由超声波距离信号处理单元I接收距离信号并传输给信号整合处理模块3;倾角信号处理单元8检测书写笔尖2内球铰及高反射区7的倾角(铅直倾角或水平倾角)并将倾角信号传输给信号整合处理模块3;信号整合处理模块3接收并整合距离和角度信号，通过特定的算法将距离和倾角信号转化为书写笔尖2的坐标信号并传输给计算机5;计算机将坐标信号传输给投影仪6;投影仪6将图像投射至投影区4。
[0018]通过超声波距离信号处理单元I传输的两个距离信号、倾角信号处理单元传输8的倾角信号和笔尖长度可以通过计算唯一确定笔尖中点位置，当笔尖上球铰与高反射区7与超声波距离信号处理单元I在平面内共线时，则可通过笔尖长度、由超声波距离信号处理单元I传输的一个距离信号和倾角信号处理单元8传输的倾角信号通过计算唯一确定笔尖中点位置。
[0019]本实用新型所涉及的超声波距离信号处理单元I可为超声波收发器开发板(16位以上)及其它可用结构形式;倾角信号处理单元8可为三轴加速度式倾角传感器开发板(16位以上)，也可为其他可用结构形式;信号整合处理模块3可为16位以上单片机最小系统及任何可用形式。
【主权项】
1.一种高精度轻型无尘电子书写笔定位装置，由超声波距离信号处理单元(I)、书写笔尖(2)、信号整合处理模块(3)、投影区(4)、计算机(5)、投影仪(6)、球铰及高反射区(7)、倾角信号处理单元(8)组成，其特征在于球铰及高反射区(7)中球铰位于两高反射区中点位置;距离信号处理单元(I)与投影区(4)相对位置固定;信号整合处理模块(3)与计算机(5)连接;计算机(5)与投影仪(6)连接。2.按权利要求1所述一种高精度轻型无尘电子书写笔定位装置，其特征在于书写笔尖(2)具有一定长度，并在笔尖两端装有球铰及高反射区(7)，两高反射区中点位置为球铰，在两高反射区之间固连倾角信号处理单元(8)，笔尖移动范围限定在平面内平移和旋转。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度轻型无尘电子书写笔定位装置，本实用新型中书写笔尖固连球铰及高反射区，书写笔尖具有一定长度，并可以在投影区平面内平移或旋转；球铰及高反射区之间固连倾角信号处理单元；球铰及高反射区中球铰位于两高反射区中点位置；距离信号处理单元与投影区的相对位置固定；信号整合处理模块与计算机连接；计算机与投影仪连接。本实用新型利用超声波与倾角传感器取代了传感器与书写板边框的结合，将书写区域扩大，可提升书写板内容承载量；同时可大幅度减小书写笔的尺寸，提升书写体验，价格低廉，可实现广泛应用。
【IPC分类】G01B21/00, G01S15/08, G01C9/00
【公开号】CN205373672
【申请号】CN201620023401
【发明人】徐辰, 郭金晶, 屈天一, 张一鸣, 韩永强
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月11日