专利名称：手写动作输入笔的制作方法
技术领域：
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本发明涉及一种手写输入笔，属于信息产业硬件技术领域。
背景技术：
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已有的手写输入装置有三大类，第一大类是“屏框触控式”，第二大类是“反射检测式”，第三大类是“笔型鼠标”。第一大类“屏框触控式”中，可分为以下几种(1)“红外线触控屏”，其特点是，在框架四边排列了红外线发射管和接收管，当框内出现物体时，会挡住经过该位置的横、竖两路红外线，据此，便可立即测出该点坐标。“红外线触控屏”通常应用在公共场所的银行自动柜员机上。其缺点是红外线发射管寿命较短，接收管易受环境中强光的干扰。(2)“阻抗式触控屏”，其特点是，用笔形物在触控屏上书写，笔迹通过触控屏上的阻抗薄层或导电点阵或压力传感器转变为电信号输出。应用的实例之中，有公共场所的信息服务设备和“个人数字助理(PDA)”等。这种装置的缺点是触控屏制造成本较高，并且，触控薄层或点阵易受磨损。(3)“电磁感应写字板”。其特点是，在电磁感应数字板(electromagnetic digitizer)上进行书写时，借助内含电磁线圈的特殊电子笔，用感应的方式来移动光标，而不需直接接触屏幕，因此能够有效延长屏幕的寿命。应用的产品有Compaq TC1000笔记本电脑以及惠普、Acer、联想和优派等公司出品的手写输入电脑。这种装置的缺点是电磁感应写字板制造成本较高，并且，必须在专用的电磁感应数字板上进行书写。(4)“超声波定位框”。超声波的特点是沿直线传播，可以定向发射。通常利用它进行物体的定位与探测，可以用来测知笔的移动。常用于“声位笔”和“表面声波触摸屏”。这种装置的缺点是功率消耗较大，并且易受强噪声干扰。第二大类“反射检测式”手写输入装置，如“电光扫描笔”、“光电式手写鼠标笔”等，其特点是，利用书写笔上的光传感器，测知笔的移动。代表性的产品是瑞典C-Pen公司的C-Pen800C笔形PDA。这种装置的缺点是必须在印满字的纸上进行书写才能提高准确度。第三大类“笔型鼠标”，其工作原理同鼠标器一样，缺点是分辨率较低，机械结构易损坏。已有的所有手写输入装置都必须有软件配合才能使用。
本发明的目的在于克服已有手写输入装置的缺点，提供一种能在任何东西上书写的、结构较简单的、制造成本较低的手写输入装置。本发明通过利用动作传感器，将书写时的动作转变为电信号，借以测知笔的运动，从而实现本发明的目的。下面，说明本发明的组成、电路连接和工作原理。
本发明主要由书写开关，开关电路，动作传感器，信号处理器和输入/输出接口组成。
书写开关可感知输入笔是否受到书写时的压力，旨在发出进行书写的信号，和/或感知写字时用力的轻重。书写开关主要由压敏开关或触摸开关或感应开关组成，也可以用两个导电物构成两个导电物相距很近，在受到书写压力时会互相接触，令开关处于导通状态；当然，两个导电物也可以分开，例如一个导电物置于笔尖上，另一个导电物呈平板状，当笔尖接触此平板时，就形成开关导通状态。
书写开关受压的信号输送到开关电路，或直接输送到信号处理电路。开关电路的功能是增强书写开关给出的信号，该电路是用电阻、电容、集成电路或晶体管等电子元件连接而成的放大电路或脉冲电路或模/数转换电路，它输出的信号，可以输送给信号处理电路，也可以直接输出。开关电路可以被省却，让书写开关接至信号处理电路或直接输出。
动作传感器的功用是将书写时的动作转变为电信号的变化。它用加速度传感器或倾角传感器或动作敏感部件以及电阻、电容相连构成，它所产生的电信号输送到信号处理电路，也可以直接输出。
信号处理电路由单片机、电阻、电容、晶振或陶瓷振荡器、RAM、ROM等器件连接而成。视单片机的不同，可以省却RAM、ROM。信号处理电路的功能是接收书写开关或开关电路所输出的信号。在收到进行书写的信号之后，信号处理电路的处理程序就启动，并对动作传感器输出的信号进行编码，然后驱动输入/输出接口，进而将源自动作传感器的信号输向电脑或其他装置。信号处理电路还具有信号比对功能以及储存参比信号的功能。所谓参比信号就是一组与书写动作对应的电变化，它被用作模板，去同另一组电变化相比较。信号处理电路的输出信号，经由输入/输出接口向外输出，或者直接输出。
输入/输出接口主要是由输入/输出适配器构成，例如RS232串口驱动芯片，或USB，或ATA，或其他串、并口驱动芯片等等，也可以不使用适配器，直接输入或输出。输入/输出接口的功能是
(1)接收来自处理电路的信号，并将信号输向电脑，或输向无线发射电路，或输向其他装置；(2)接纳参比信号，并将参比信号输向信号处理电路。
当进行书写时，书写开关因受压而输出信号，令开关电路的R端产生增强的开关信号，该信号传送至信号处理电路，处理程序启动，并对输入的开关信号进行处理；同时，书写的动作使动作传感器上、下、前、后、左、右晃动，导致动作传感器产生与动作对应的电信号。该信号经S端和/或T端输送到信号处理电路进行处理，并且，可以同储存在信号处理电路内的参比信号进行比对，或者跟由输入/输出接口的IN1和/或IN2所输入的参比信号进行比对。输入/输出接口的IN1和/或IN2还可以同外部装置(例如读卡装置)相连结，由外部装置(例如读卡装置)提供参比信号。当书写或签字动作信号符合参比信号的比对条件时，就通过输入/输出接口中的OUT1和/或OUT2输出确认信号；不符合时，则输出否认信号。信号处理电路也可以不启动比对功能而将处理后的信号直接经由OUT1和/或OUT2输出，供电脑或无线发射电路或其他外部装置使用。
手写动作输入笔可以做成“无线发射笔”。“无线发射笔”是由书写开关、动作传感器、无线发射电路、无线接收电路、信号处理电路、输入/输出接口连接、耦合组成。进行书写时，书写开关就开始工作，动作传感器将动作转变为电信号的变化，该信号被送到无线发射电路，以电磁波或红外线或超声波的形式向周边传播。当无线接收电路接收到无线发射电路所发射的电磁波或红外线或超声波之后，就将信号放大、检波，然后馈送到信号处理电路，再通过输入/输出接口输出。“无线发射笔”中的无线发射电路，可以采用任何形式的电磁波发射线路，或红外线发射线路，或超声波发射线路。而无线接收电路是由半导体元件以及电阻、电容和/或电感组成的电子线路。
本发明的有益效果是，由于结构简单，所以成本较低，又因为无须书写板或书写框，因此，能在任何东西上书写，甚至可以在空中书写。当然，同其他的手写输入装置一样，手写动作输入笔也必须有软件配合才能使用。
与现有技术相比，本发明有以下优点1.本发明涉及的手写动作输入笔，无须专用的“书写屏”、“写字板”或“超声波框”，因此，外形小巧，制造成本低。
2.手写动作输入笔，不象“电光扫描笔”那样，要求最好在印满字的纸上进行书写。本发明所涉及的书写动作输入笔，可以在任何东西上书写，甚至可以在空中书写。
3.手写动作输入笔，在机械结构上，比“笔型鼠标”要简单，使用寿命更长。
4.手写动作输入笔，检测的是对应书写动作的动态信息，由于动态信息不可见，所以极难模仿，用于认证装置中，比密码更为可靠；比指纹、面容和虹膜认证装置的制造成本要低很多。
5.由于本发明涉及的手写动作输入笔提供的是三维立体输入。这种″三维输入设备″不仅可以用作三维游戏操纵杆，而且可以用作哑语的输入设备。由于体积小，所以使用灵活、方便。
6.无线发射笔安放在肢体上，可测知运动员姿态参数的变化。
7.将无线发射笔安放在人的身上。可以用动作姿势来演奏电子乐器或操纵其他电动装置。
8.将手写动作输入笔安置在微型操纵杆上，可以制成“动作密码锁”。由于微小动作极难模仿，且不能从口头或书面获得，也不能用复制或翻模的方法取得，因此不会失密。
9.由于手写动作输入笔的结构简单，可以制成便携的离线(脱机)签名认证设备。
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下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是手写动作输入笔实施例1的外观结构示意图。图2是实施例1的方框图，其中1是书写开关，2是开关电路，3是动作传感器，4是信号处理电路，5是输入/输出接口。图3是“无线发射笔”的结构框图。其中1是书写开关，3是动作传感器，6是无线发射电路，7是无线接收电路，4是信号处理电路，5是输入/输出接口。图4是实施例1的电子线图路。图5是实施例2“电磁波式无线发射笔”中发射部分的电子线路图。图6是实施例3“红外线式无线发射笔”中发射部分的电子线路图。
具体实施例方式
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以下结合实施例的附图，对本发明具体实施方式
作进一步的描述。图1是实施例1的外观结构示意图，图4是实施例1的电子线路图。
由图4显示，实施例1主要由书写开关1(M、N)，动作传感器A1，单片机MCU1，接口驱动芯片IC1，非门L1A以及一些电阻、电容等电子元件组成。其中，动作传感器可以用单轴型，或双轴型，或三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。接口驱动芯片可以采用RS-232系列或USB系列，也可采用ATA系列或其他串、并口驱动芯片。非门可以采用其他的脉冲电路或晶体管电路。
实施例1中的电路联结如下(参见图4)动作传感器A1的S端、T端联接单片机MCU1的输入端，单片机可以采用8位～64位的，在本例中，单片机MCU1采用8位的，其输入端设定为INT0和INT1，也可以设定为其它端口。单片机MCU1的输出信号联接到串口驱动芯片IC1。在本例中，单片机MCU1的输出端口设定为P1.6和P1.5，也可以设定为其它端口。本例中的串口驱动芯片IC1第9脚和第10脚分别同单片机MCU1的P1.6和P1.5相连；而串口驱动芯片IC1的两个输出端(第7脚和第8脚)，分别同RS-232插座的第2脚和第3脚相接。
外部的参比信号经由IN1、IN2同单片机MCU1的P1.0和P3.7相联，也可以不联向P1.0和P3.7而联向其它端口。
书写开关1具有两个接触端M、N。在本例中，N接地，而M同非门L1A的第1脚相接；非门L1A的输出端是第2脚，经R端同单片机MCU1的P3.4相接，也可以同单片机MCU1的其它端口相接。
在本例中，当书写时，书写开关1的M、N端会因受到压力而相互接触，於是开关电路2的非门L1A第2脚输出一个高电平，该高电平加至信号处理电路4的单片机MCU1的P3.4(第8脚)。单片机MCU1在接收到该高电平之后，启动工作程序；与此同时，动作传感器3中的A1，输出伴随书写动作而产生的电信号，该电信号经由输出端口S、T传送到信号处理电路4的单片机MCU1的INT0(第6脚)和INT1(第7脚)，此时单片机MCU1内部的处理程序，开始对输入信号进行处理；同时，跟经由P1.0(第12脚)、P3.7(第11脚)输入的、来自IN1、IN2的参比信号进行比对，以判断其相似的程度，当相似程度达到一定值时，便产生认可信号，否则产生拒认信号。认可信号或拒认信号从单片机MCM1的P1.6(第18脚)和P1.5(第17脚)输出，输向输入\输出接口5中的串口驱动芯片IC1的第9脚和第10脚，然后从串口驱动芯片IC1的第7脚和第8脚通过RS-232插座第2脚和第3脚输出。
实施例2是一种电磁波式无线发射笔。图5是实施例2中发射部分的电子线路图。图5显示，实施例2的发射部分主要由书写开关1(M、N)，动作传感器A1，半导体元件V1、V2以及一些电阻、电容、电感等电子元件组成。其中，动作传感器A1可以用单轴型，或双轴型或三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作或双轴型或三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。图5中的电路联结如下书写开关1(M、N)将整个电路同电源连接在一起。动作传感器A1的S端、T端联接V1、V2的输入端(基极)，V1同R2、R3、C4、C5、C6一起，构成振荡电路，其输出通过C7耦合到微型天线F1。V2同R4、R5、C8、C9、C10一起，构成振荡电路，其输出通过C11耦合到微型天线F2。
实施例3是一种红外线式无线发射笔，图6是实施例3中发射部分的电子线路图。图6显示，该发射部分，主要由书写开关1(M、N)，动作传感器A1，时基电路IC2、IC3以及一些电阻、电容和红外发光管等电子元件组成。其中，动作传感器A1可以用单轴型或双轴型或三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。实施例3中的电路联结如下书写开关1(M、N)将整个电路同电源连接在一起。动作传感器A1的S端、T端分别联接时基电路IC2和时基电路IC3的输入端(第4脚)。时基电路IC2同C15、C16、R7、R8一起构成载频振荡器，其4脚受A1输出信号S的调制，调制后的载波信号由3脚输出，经R9驱动红外发光二极管L1、L2、L3。这些红外发光二极管可以省却为一个或两个。时基电路IC3同C17、C18、R10、R11一起构成载频振荡器，其4脚受A1输出信号T的调制，调制后的载波信号由3脚输出，经R12驱动红外发光二极管L4、L5、L6。这些红外发光二极管可以省却为一个或两个。
权利要求
1.一种手写输入笔，主要由书写开关(1)、开关电路(2)、动作传感器(3)、信号处理电路(4)以及输入/输出接口(5)组成，其特征在于，所述书写开关(1)是由压敏开关或触摸开关或感应开关组成的，或由两个导电电极M、N构成的；所述开关电路(2)是由集成电路或晶体管、电阻、电容等电子元件连接而成的，从书写开关(1)获取信号的、输出信号加在信号处理电路(4)上的放大电路或脉冲电路或模/数转换电路；所述动作传感器(3)是由单轴、或双轴、或三轴加速度传感器，或倾角传感器，或动作敏感部件以及电阻、电容组成的，输出信号加在信号处理电路(4)上的换能电路；所述信号处理电路(4)是由单片机、电阻、电容、晶振或陶瓷振荡器组成的、从动作传感器(3)和/或书写开关(1)接收信号的、输出信号加在输入/输出接口(5)上的微处理器电路，其中的单片机可以是8位～64位的；所述输入/输出接口(5)是由接口驱动芯片以及电容等电子元件组成的、从信号处理电路(4)收取信号并将信号输向电脑或其他装置的、同时接纳外部参比信号，并输向信号处理电路(4)的输入/输出适配器，其中的接口驱动芯片是可以采用RS-232系列或USB系列或ATA系列或串、并口适配器的。
2.根据权利要求1所述的手写输入笔，其特征在于，所述的信号处理电路(4)同ROM和/或RAM相连接。
3.一种“无线发射笔”，由动作传感器(3)、无线发射电路(6)、书写开关(1)、无线接收电路(7)、信号处理电路(4)、输入/输出接口(5)组成，其特征在于，所述动作传感器(3)是由单轴、或双轴、或三轴加速度传感器，或倾角传感器，或动作敏感部件以及电阻、电容组成的，输出信号加在无线发射电路(6)上的；所述的无线发射电路(6)是由半导体元件以及电阻、电容和/或电感组成的，从动作传感器(3)接收信号的，向外发射电磁波，或红外线，或超声波的电子线路；并且，线路；并且，所述的书写开关(1)是将上述电路同电源连接在一起的；而无线接收电路(7)是由半导体元件以及电阻、电容和/或电感组成的，用以接收无线发射电路(6)所发射的电磁波或红外线或超声波的，将信号放大、检波后馈送到信号处理电路(4)的电子线路；所述的信号处理电路(4)是由单片机、电阻、电容、晶振或陶瓷振荡器组成的，从无线接收电路(7)接受信号的，输出信号加在输入/输出接口(5)上的微处理器电路，其中的单片机可以是8位～64位的；所述的输入/输出接口(5)是由接口驱动芯片以及电容等电子元件组成的，从信号处理电路(4)收取信号并将信号输向电脑或其他装置的，同时接纳外部参比信号，并输向信号处理电路(4)的输入/输出适配器，其中的接口驱动芯片是可以采用RS-232系列或USB系列，也可采用ATA系列或串、并口适配器的。
全文摘要
一种手写输入笔，同已有的各种手写输入方法完全不同，是利用动作传感器将书写时的动作转变为电信号，从而测知笔的运动状态。可以在任何东西上书写，甚至可以在空中书写。可以离线(脱机)使用。用于签名认证装置时，由于动作的动态信息不可见，所以极难模仿，也不能从口头或书面获得，因此不会失密。将其安置在微型操纵杆上，可以制成“动作密码锁”；也可用作三维游戏操纵杆，或哑语的输入设备。“无线发射笔”安放在肢体上，可测知运动员姿态参数的变化；安放在人的身上，可以用动作姿势来演奏电子乐器或操纵其它电动装置。
文档编号G06K11/06GK1567359SQ03129318
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月12日 优先权日2003年6月12日
发明者卢湘岳 申请人:卢湘岳