專利名稱：一種壓感電子輸入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子畫(huà)板，尤指一種具有實(shí)景顯示功能的壓感電子輸入系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在信息時(shí)代，隨著科技的發(fā)展，兒童智力、想象力及創(chuàng)造力的開(kāi)發(fā)受到社會(huì)普遍的重視，繪畫(huà)作為開(kāi)發(fā)兒童想象力的一種重要途徑，得到大家普遍的認(rèn)同。目前，最常用的繪畫(huà)方式就是用各種彩筆，比如蠟筆、彩色水筆、毛筆沾水彩等方法在紙上或畫(huà)板上作畫(huà)，然而對(duì)于兒童來(lái)說(shuō)，兒童對(duì)于彩筆的運(yùn)用和掌握并不好，因此經(jīng)常會(huì)亂涂亂畫(huà)，而且在畫(huà)畫(huà)的同時(shí)很容易污損周圍的東西，比如桌椅、地面、墻面，甚至手、衣物等等；不僅浪費(fèi)紙張，而且留下難以去除的油污，污染周圍環(huán)境。
隨著電腦的普及，中國(guó)專利92244776.4公開(kāi)了一種提供給兒童的電腦學(xué)習(xí)畫(huà)板，該電腦畫(huà)板是利用鼠標(biāo)、鍵盤及電腦手寫(xiě)板實(shí)現(xiàn)無(wú)紙作圖。但是，普通電腦手寫(xiě)板受結(jié)構(gòu)限制繪畫(huà)面積較小，且繪畫(huà)輸入平面與顯示平面分離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)景顯示，即所見(jiàn)即所得的效果，因此繪畫(huà)無(wú)法精確定位，使用起來(lái)非常不便。而且，兒童隨心所欲的繪畫(huà)天性使其更愿意在大屏幕、廣闊的區(qū)域上繪畫(huà)，不愿受任何限制，而普通手寫(xiě)板是無(wú)法滿足這些要求的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種壓感電子輸入系統(tǒng)，使其能通過(guò)對(duì)電子畫(huà)筆發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換和顯示，靈活的控制和方便的使用，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種壓感電子輸入系統(tǒng)，主要包括電子畫(huà)筆，用于接觸電子畫(huà)板本體，并發(fā)出位置和壓力信息；該電子畫(huà)筆中至少包括可以相對(duì)移動(dòng)的上信號(hào)發(fā)射器和下信號(hào)發(fā)射器；電子畫(huà)板本體，設(shè)置有接收裝置，用于接收電子畫(huà)筆中發(fā)射器所發(fā)出的信號(hào)，并輸入處理裝置；處理裝置，用于接收電子畫(huà)板本體上接收裝置傳輸來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化后發(fā)送給顯示屏，并控制顯示屏顯示；該處理裝置至少包括主控處理器和視頻處理器，主控處理器與視頻處理器相連；顯示屏，用于根據(jù)處理結(jié)果顯示圖像。
其中，所述的上、下信號(hào)發(fā)射器之間設(shè)有可使上、下信號(hào)發(fā)射器相對(duì)位移的彈性體?；蛘撸谙滦盘?hào)發(fā)射器與筆尖之間設(shè)有可使上、下信號(hào)發(fā)射器相對(duì)位移的彈性體，此時(shí)該上信號(hào)發(fā)射器固定于筆體。這里所說(shuō)的彈性體可以是彈簧。
上述方案中，所述處理裝置的主控處理器連接音頻處理器，音頻處理器處理后的音頻信號(hào)通過(guò)聲音放大電路由音頻接口輸出。所述處理裝置的主控處理器連接外接存儲(chǔ)電路及擴(kuò)展接口電路。所述處理裝置的主控處理器連接打印設(shè)備。所述處理裝置的主控處理器直接與外部或內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連。
所述的電子畫(huà)筆為超聲波筆。所述電子畫(huà)板本體的接收裝置至少包括一個(gè)以上超聲波接收器和微處理器。
所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有電源接口、電源開(kāi)關(guān)。所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有包括一個(gè)以上功能鍵的功能鍵面板。所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有視頻/音頻輸出接口。所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有功能擴(kuò)展接口。
所述的處理裝置為PC主機(jī)。所述的顯示屏為電視機(jī)顯示屏，或?yàn)榇笃聊伙@示屏。
可見(jiàn)，本發(fā)明所提供的壓感電子輸入系統(tǒng)，是一種大屏幕的、具有實(shí)景彩色繪圖功能及顯示功能的電子畫(huà)板系統(tǒng)，其采用超聲波筆輸入方式，配合家中現(xiàn)有的大屏幕顯示設(shè)備使用。本發(fā)明中電子畫(huà)板的本體可以是在普通的電視或顯示器上設(shè)置四個(gè)以上成三維分布的超聲波接收器而形成，其繪圖范圍可以根據(jù)屏幕大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、控制靈活；并且，可以借助電子像框、顯示器、電視等顯示設(shè)備動(dòng)態(tài)播放自己的繪畫(huà)成果，不僅能靈活實(shí)現(xiàn)，而且能達(dá)到隨心所欲繪畫(huà)及交互式、共享式游戲和學(xué)習(xí)的目的，同時(shí)不污染使用者，尤其是兒童的手或衣物。該電子畫(huà)板系統(tǒng)能使超聲波筆畫(huà)出粗細(xì)不同的筆劃，如同使用毛筆的繪畫(huà)效果。另外，可以在實(shí)現(xiàn)繪圖的同時(shí)伴隨各種音響效果，有利于激發(fā)繪畫(huà)者的興趣和靈感；本發(fā)明電子畫(huà)板的一些功能選取還可通過(guò)功能按鍵面板完成，更方便了使用者的操作。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖；圖2a為本發(fā)明電子畫(huà)板本體的外觀俯視示意圖；圖2b為本發(fā)明電子畫(huà)板本體的外觀軸測(cè)示意圖；圖3為本發(fā)明電子畫(huà)筆的外觀示意圖；圖4為本發(fā)明電子畫(huà)筆的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明對(duì)電子畫(huà)筆信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖6為本發(fā)明電子畫(huà)板本體的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，具有實(shí)景顯示及繪圖功能的電子畫(huà)板系統(tǒng)包括電子畫(huà)筆10、電子畫(huà)板本體20、處理裝置30和顯示屏40。其中，電子畫(huà)筆10可采用超聲波筆，相應(yīng)的，在電子畫(huà)板本體上設(shè)有超聲波接收裝置。那么，電子畫(huà)筆10發(fā)射超聲波，并相對(duì)電子畫(huà)板本體20任意移動(dòng)；電子畫(huà)板本體20上所設(shè)置的接收器將電子畫(huà)筆10發(fā)射的超聲波信息接收，并傳送到處理裝置30中，該處理裝置可采用PC主機(jī)；之后，處理裝置30對(duì)接收到的超聲波信息進(jìn)行分析，定位電子畫(huà)筆10的當(dāng)前位置，然后通過(guò)顯示裝置40顯示出電子畫(huà)筆10的畫(huà)痕軌跡。
為了配合接收電子畫(huà)筆10的信號(hào)，要在電子畫(huà)板本體20上附加設(shè)置由四個(gè)以上成三維分布的超聲波接收器和微處理器(MCU)207共同構(gòu)成的接收裝置。圖2a和2b分別為本發(fā)明電子畫(huà)板本體的外觀俯視和軸測(cè)示意圖，如圖2a和圖2b所示，由于本發(fā)明的電子畫(huà)板本體20按三維坐標(biāo)軸設(shè)計(jì)，因此三個(gè)超聲波接收器201、202、203分別設(shè)置在x、y、z三維坐標(biāo)軸方向上，同時(shí)在坐標(biāo)原點(diǎn)位置處設(shè)置了第四個(gè)超聲波接收器204，超聲波接收器通過(guò)接收發(fā)射器發(fā)來(lái)的超聲波信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)短變化，來(lái)進(jìn)一步判斷發(fā)射源與接收源之間距離的變化，即可測(cè)出發(fā)射源的三維坐標(biāo)，該具體的坐標(biāo)定位方法在中國(guó)專利98248471.2中已經(jīng)公開(kāi)。另外，該附加設(shè)置的接收裝置可以單獨(dú)設(shè)置電源接口、電源開(kāi)關(guān)，用于根據(jù)需要控制電子畫(huà)板功能的啟動(dòng)與否；也可以增加設(shè)置功能鍵面板，以方便操作；或是增加設(shè)置視頻/音頻輸出接口播放音樂(lè)；或加入擴(kuò)展接口進(jìn)行其它功能擴(kuò)展。該電子畫(huà)板本體20通過(guò)信號(hào)接口與處理裝置30以有線或無(wú)線方式連接。
圖3、圖4分別為本發(fā)明電子畫(huà)筆的外觀和結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3和圖4所示，電子畫(huà)筆10是在筆體102中設(shè)置兩組信號(hào)發(fā)射器上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103，該上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103之間設(shè)有可使其產(chǎn)生相對(duì)位移的彈性體。該彈性體也可設(shè)置于下超聲波發(fā)射器103與筆尖之間，此時(shí)該上信號(hào)發(fā)射器固定于筆體。在本實(shí)施例中，彈性體為彈簧。上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103通過(guò)彈簧502彈性連接，因此，借助于彈簧502的彈性，上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103之間的距離可以變化。上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103發(fā)射不同的信號(hào)，如通過(guò)變頻電路發(fā)出不同頻率的超聲波信號(hào)，以便超聲波接收器區(qū)分當(dāng)前信號(hào)來(lái)自于不同的發(fā)射源。該電子畫(huà)筆10還可設(shè)置微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于控制電子畫(huà)筆是否工作。
電子畫(huà)筆10發(fā)出超聲波信號(hào)，當(dāng)電子畫(huà)板本體20上的接收器接收到信號(hào)時(shí)，將其轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)(x，y，z)，并傳送給處理裝置30。處理裝置30通過(guò)兩組發(fā)射源的間距變化判斷出壓力的變化值，根據(jù)壓力變化值來(lái)計(jì)算出相應(yīng)的顯示屏上筆跡的點(diǎn)半徑變化及顏色深淺變化。其中，壓力到筆跡點(diǎn)半徑變化及顏色深淺變化的轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)不同筆的自身屬性，如筆的軟硬程度等等，由相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系f(x)及f’(x)產(chǎn)生。
更具體地說(shuō)，當(dāng)筆尖104觸及繪畫(huà)面，即大屏幕顯示屏?xí)r，按壓力通過(guò)兩個(gè)發(fā)射器101、103之間的相對(duì)位置變化反映出來(lái)。設(shè)置于電子畫(huà)板本體20上的接收器201、202、203接收到上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103發(fā)射的不同信號(hào)，并傳輸給處理裝置30，處理裝置30分析來(lái)自上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103的不同信號(hào)，定位上超聲波發(fā)射器101和下超聲波發(fā)射器103的相對(duì)位置，計(jì)算按壓力大小，最后，通過(guò)軟件的處理變成實(shí)際的繪畫(huà)效果在顯示屏上反映。電子畫(huà)筆10與電子畫(huà)板本體20接觸及運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)電子畫(huà)筆10筆體中的壓感設(shè)計(jì)感知觸擊壓力大小。電子畫(huà)板本體20的三點(diǎn)超聲波接收器201～203接收發(fā)來(lái)的信號(hào)，通過(guò)三角定位系統(tǒng)判斷筆的位置及運(yùn)動(dòng)軌跡，經(jīng)過(guò)處理裝置30的主控處理器及視頻處理器的處理后，轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)輸出到顯示設(shè)備上，實(shí)景顯示出電子畫(huà)筆10的運(yùn)動(dòng)軌跡。
如圖5所示，圖5為本發(fā)明對(duì)電子畫(huà)筆信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)流程圖，當(dāng)電子畫(huà)筆與大屏幕顯示屏之上的電子畫(huà)板本體接觸并按壓時(shí)，首先觸動(dòng)電子畫(huà)筆的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使發(fā)射器組發(fā)射超聲波，隨著壓力的增加及減少，電子畫(huà)筆的上超聲波發(fā)射器相對(duì)于下超聲波發(fā)射器發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而上下發(fā)射器組的位置也在發(fā)生變化。同時(shí)當(dāng)電子畫(huà)筆移動(dòng)時(shí)，上下發(fā)射器組的位置也在發(fā)生變化。由于超聲波傳輸速率已知，通過(guò)超聲波傳輸?shù)浇邮掌鞯臅r(shí)間值及時(shí)間差來(lái)計(jì)算上、下發(fā)射器組的坐標(biāo)P1、P2。用上下發(fā)射器組距離P1P2減去固定長(zhǎng)度L即可得到彈簧的壓縮量，該L包括筆體的固定距離及彈簧的原長(zhǎng)，從而計(jì)算出壓力值F。其中，該固定長(zhǎng)度L包括筆體的固定距離及彈簧的原長(zhǎng)。當(dāng)電子畫(huà)筆移動(dòng)及按壓后，計(jì)算變化后的壓力F’，根據(jù)F、F’得到壓力的變化ΔF，再根據(jù)壓力與筆跡的函數(shù)關(guān)系f(x)將壓力轉(zhuǎn)換為筆跡半徑R的變化ΔR，同理可以根據(jù)函數(shù)f’(x)將壓力轉(zhuǎn)換為顏色的深淺。
如圖6所示，電子畫(huà)板本體20設(shè)置在大屏幕顯示屏402之上，本實(shí)施例中，電子畫(huà)板本體20主要指接收裝置，電子畫(huà)筆10與大屏幕顯示屏402接觸，以達(dá)到實(shí)景顯示所畫(huà)彩色圖像的效果；處理裝置30與大屏幕顯示屏402相連，控制所繪圖像的顯示；處理裝置30的主控處理器還可連接音頻處理器，根據(jù)軟件生成音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)通過(guò)聲音放大電路連接至音頻輸出接口，由此實(shí)現(xiàn)繪圖的同時(shí)也有伴音的效果。
處理裝置30的主控處理器還可外接存儲(chǔ)電路及擴(kuò)展接口電路，將所繪制的圖像存儲(chǔ)，并通過(guò)外界擴(kuò)展接口傳輸?shù)酱笮痛鎯?chǔ)器，如硬盤或計(jì)算機(jī)中；也可以直接輸出到打印設(shè)備，如打印機(jī)405上進(jìn)行打??；甚至可以直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。
功能按鍵面板403通過(guò)簡(jiǎn)單的高低電平觸發(fā)電路觸發(fā)中斷，中斷信號(hào)接至處理裝置30的主控處理器，觸發(fā)相應(yīng)的軟件功能，其中的功能鍵可以包括存儲(chǔ)鍵、打印鍵等等。
權(quán)利要求
1.一種壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于主要包括電子畫(huà)筆，用于接觸電子畫(huà)板本體，并發(fā)出位置和壓力信息；該電子畫(huà)筆中至少包括可以相對(duì)移動(dòng)的上信號(hào)發(fā)射器和下信號(hào)發(fā)射器；電子畫(huà)板本體，設(shè)置有接收裝置，用于接收電子畫(huà)筆中發(fā)射器所發(fā)出的信號(hào)，并輸入處理裝置；處理裝置，用于接收電子畫(huà)板本體上接收裝置傳輸來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化后發(fā)送給顯示屏，并控制顯示屏顯示；該處理裝置至少包括主控處理器和視頻處理器，主控處理器與視頻處理器相連；顯示屏，用于根據(jù)處理結(jié)果顯示圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述上、下信號(hào)發(fā)射器之間設(shè)有可使上、下信號(hào)發(fā)射器相對(duì)位移的彈性體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于在下信號(hào)發(fā)射器與筆尖之間設(shè)有可使上、下信號(hào)發(fā)射器相對(duì)位移的彈性體，該上信號(hào)發(fā)射器固定于筆體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述處理裝置的主控處理器連接音頻處理器，音頻處理器處理后的音頻信號(hào)通過(guò)聲音放大電路由音頻接口輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述處理裝置的主控處理器連接外接存儲(chǔ)電路及擴(kuò)展接口電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述處理裝置的主控處理器連接打印設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述處理裝置的主控處理器直接與外部或內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述的電子畫(huà)筆為超聲波筆。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電子畫(huà)板本體上的接收裝置至少包括一個(gè)以上超聲波接收器和微處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有電源接口、電源開(kāi)關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有包括一個(gè)以上功能鍵的功能鍵面板。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有視頻/音頻輸出接口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓感電子輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電子畫(huà)板本體的接收裝置上設(shè)置有功能擴(kuò)展接口。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓感電子輸入系統(tǒng)，主要包括電子畫(huà)筆，用于接觸電子畫(huà)板本體，并發(fā)出位置和壓力信息；該電子畫(huà)筆中至少包括可以相對(duì)移動(dòng)的上信號(hào)發(fā)射器和下信號(hào)發(fā)射器；電子畫(huà)板本體，設(shè)置有接收裝置，用于接收電子畫(huà)筆中發(fā)射器所發(fā)出的信號(hào)，并輸入處理裝置；處理裝置，用于接收電子畫(huà)板本體上接收裝置傳輸來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化后發(fā)送給顯示屏，并控制顯示屏顯示；該處理裝置至少包括主控處理器和視頻處理器，主控處理器與視頻處理器相連；顯示屏，用于根據(jù)處理結(jié)果顯示圖像。該系統(tǒng)能通過(guò)對(duì)電子畫(huà)筆發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)換和顯示，靈活的控制和方便的使用，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。
文檔編號(hào)G06F3/033GK1504951SQ0310243
公開(kāi)日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者徐波, 張雅, 李明, 孟闖, 徐 波 申請(qǐng)人:聯(lián)想(北京)有限公司