一种超声波通讯互动笔设备的制作方法

1.本发明涉及智能终端技术领域，具体涉及一种超声波通讯互动笔设备。


背景技术：

2.市面上有部分平板会配备手写笔，方便在平板上进行书写，但大部分手写笔功能都比较单一，就仅仅是手写功能。而在儿童教育领域，手写笔的功能则需要更多的趣味性，以提升手写笔的使用体验。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种超声波通讯互动笔设备。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种超声波通讯互动笔设备，包括互动笔和平板端；所述互动笔和平板端均具有录音和发声功能，均可将要发送的互动内容转换为数据编码后再将数据编码转换为超声波信号，利用发声功能将超声波信号传递至对方，并均可利用录音功能获取对方发送的超声波信号进行解码得到数据编码，再将解码得到的数据编码转换为互动内容后执行相应的反馈动作。
6.进一步地，平板端和互动笔中，将互动内容转换为数据编码后再转换为声波信号以及将声波信号转换为数据编码后再转换为互动内容的过程为：
7.1)在互动笔和平板端中均预先存储有互动内容和数据编码的对应关系；
8.2)在互动笔和平板端中均预先存储有数据编码和编码频率之间的对应关系；
9.3)当平板端和互动笔需要发送互动内容时，把互动内容转换为数据编码；
10.4)将编码频率转换为超声波信号并利用发声功能发送给对方；
11.5)平板端和互动笔都开启一个录音服务，当收到超声波信号时，把利用录音功能获取的每一帧录音数据都实时分析出声波的频率数据，然后把每次识别到的频率最高值作为是当前识别的频率，当识别到频率能和设定的编码频率匹配成功，就可以认为是识别到了某一个互动内容，然后对识别到的互动内容作出相应的反馈动作。
12.本发明的有益效果在于：本发明利用超声波通讯实现平板端和互动笔之间的互动，结构简单、成本低，不需要通过网络或者蓝牙等成本较高的方式，也不需要配置网络和蓝牙等，直接开机即可使用。
具体实施方式
13.以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
14.本实施例提供一种超声波通讯互动笔设备，包括互动笔和平板端；所述互动笔和平板端均具有录音和发声功能，均可将要发送的互动内容转换为数据编码后再将数据编码转换为超声波信号，利用发声功能将超声波信号传递至对方，并均可利用录音功能获取对
方发送的超声波信号进行解码得到数据编码，再将解码得到的数据编码转换为互动内容后执行相应的反馈动作；
15.平板端和互动笔中，将互动内容转换为数据编码后再转换为声波信号以及将声波信号转换为数据编码后再转换为互动内容的过程为：
16.1)在互动笔和平板端中均预先存储有互动内容和数据编码的对应关系，所述互动内容和数据编码的对应关系如表1所示：
17.表1
[0018][0019]
2)在互动笔和平板端中均预先存储有数据编码和编码频率之间的对应关系，数据编码和编码频率之间的对应关系的获取过程为：
[0020]
2.1)采样率选取：因为声波为超声波，即大于20khz，根据奈奎斯特理论，采样率至少需要为声波的两倍频率，即40khz，根据实际需求，本实施例选取了48khz的采样率。这样实际上可以识别到的声波频率最高为24khz。
[0021]
2.2)选取编码频率：为了减少识别误差，本实施例选取了16个编码频率，每个编码频率间隔200hz。例如20200hz、20400hz、20600hz......23200hz。每个编码频率代表一个十六进制的值，即代表0x0至0xf。
[0022]
3)当平板端和互动笔需要发送互动内容时，把互动内容转换为数据编码，例如震动命令为0x01，那么转换为编码频率就是20200hz和20400hz。为了识别的稳定性，本实施例把每个编码频率的时间固定为40毫秒，这样编码就变成一个总共80毫秒时长的声波，声波前40毫秒频率为20200hz，后40毫秒频率为20400hz。
[0023]
4)编码频率转换为声波信号：根据三角函数y＝asin(ωt)，幅度a可以认为是录音的最大音量，这是已知的，而周期t也是频率的倒数也是已知的，所以那么就可以得到一个确定的正弦函数，从而可以很容易计算出一个指定频率和时长的声波数据；再把声波数据传递给对方进行播放即可产生该频率的超声波。
[0024]
5)平板端和互动笔都需要开启一个录音服务，当收到超声波信号时，把利用录音功能获取的每一帧录音数据都取出来进行分析，利用离散快速傅里叶变换算法，即dfft算法，实时分析出声波的频率数据，然后把每次识别到的频率最高值作为是当前识别的频率，当识别到频率能和设定编码频率匹配成功，就可以认为是识别到了某一个互动内容，然后对识别到的互动内容作出相应的反馈动作。
[0025]
例如，平板端中的一个练字的app，当用户用互动笔进行书写的时候，如果写错了，那app就发送一个超声波信号，互动笔收到该超声波信号后进行一个震动或者语音提示。反过来也可以通过互动笔的按钮，发出特定的声波信号，控制平板端进行撤销笔画等任何操作。
[0026]
需要说明的是，因为超声波的频率大于20khz，不在人类的听觉频率范围内，所以
超声波通讯的时候不会对人类造成噪音影响。
[0027]
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。


技术特征：
1.一种超声波通讯互动笔设备，其特征在于，包括互动笔和平板端；所述互动笔和平板端均具有录音和发声功能，均可将要发送的互动内容转换为数据编码后再将数据编码转换为超声波信号，利用发声功能将超声波信号传递至对方，并均可利用录音功能获取对方发送的超声波信号进行解码得到数据编码，再将解码得到的数据编码转换为互动内容后执行相应的反馈动作。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，平板端和互动笔中，将互动内容转换为数据编码后再转换为声波信号以及将声波信号转换为数据编码后再转换为互动内容的过程为：1)在互动笔和平板端中均预先存储有互动内容和数据编码的对应关系；2)在互动笔和平板端中均预先存储有数据编码和编码频率之间的对应关系；3)当平板端和互动笔需要发送互动内容时，把互动内容转换为数据编码；4)将编码频率转换为超声波信号并利用发声功能发送给对方；5)平板端和互动笔都开启一个录音服务，当收到超声波信号时，把利用录音功能获取的每一帧录音数据都实时分析出声波的频率数据，然后把每次识别到的频率最高值作为是当前识别的频率，当识别到频率能和设定的编码频率匹配成功，就可以认为是识别到了某一个互动内容，然后对识别到的互动内容作出相应的反馈动作。

技术总结
本发明公开了一种超声波通讯互动笔设备，利用超声波通讯实现平板端和互动笔之间的互动，结构简单、成本低，不需要通过网络或者蓝牙等成本较高的方式，也不需要配置网络和蓝牙等，直接开机即可使用。直接开机即可使用。


技术研发人员：林典伟
受保护的技术使用者：读书郎教育科技有限公司
技术研发日：2021.08.25
技术公布日：2021/11/29