專利名稱：超聲波定位記錄板書的板書系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于用于板書記錄的設(shè)備，特別涉及一種利用超聲波定位記錄板書的板書系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
公司開會或技術(shù)交流時需要能夠記錄板書的白板；教室授課也需要能夠幫助學(xué)生免掉抄板書的白板；醫(yī)院討論病歷也用得著能夠記錄板書的白板。方便的白板將為討論、交流、授課帶來極大的方便，其方便性主要在于可以免掉抄寫板書內(nèi)容之辛苦。目前市場上提供的白板產(chǎn)品還是以壓感探測為主，同時其內(nèi)部還自帶一個昂貴的復(fù)印裝置，整個成本價格過高很不易普及。另一方面，復(fù)印的方式也未必是最好保存方式。
超聲波是指頻率在20KHz以上，人耳不能激起正常聽覺反應(yīng)的機(jī)械振動波。超聲波在介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生稀疏層交替的彈性波形，沿直線方向傳播。在利用超聲波定位方面，名稱為“平面內(nèi)特定物體位置參數(shù)超聲傳感裝置”的98248471號中國專利公開了一種利用超聲波定位的傳感裝置。該超聲傳感裝置應(yīng)用于計算機(jī)多媒體技術(shù)，它利用了超聲波直接傳播的屬性，采用同步計時方法，從超聲波發(fā)射時刻開始計時同步，對從傳播到接收時間進(jìn)行直接計時。事實上，高頻超聲波在空氣中傳播時能量衰減比較嚴(yán)重，這樣對精度和檢測回波不利。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的利用超聲波定位的板書記錄設(shè)備。利用這種板書記錄設(shè)備，人們可以方便地將板書內(nèi)容直接保存于計算機(jī)等信息存儲設(shè)備，而不必再謄寫板書內(nèi)容。
為了解決本實用新型的技術(shù)問題，本申請人充分利用了超聲波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑ズ陀鼋缑娣瓷涞然緜鞑ピ?，以參考計時的方式進(jìn)行筆跡定位和跟蹤。
所謂“參考計時”，其原理在于，不是直接計量超聲波由A點到達(dá)B點的時間，而是計量超聲波從A點經(jīng)過不同路徑到達(dá)B點的時間差。比如(1)可以用超聲波由A點經(jīng)過平面邊緣反射再到達(dá)B點的時間，與超聲波由A點直接經(jīng)平面上表面波激勵傳播到達(dá)B點的時間進(jìn)行參照；(2)可以用超聲波由A點經(jīng)空氣直接傳播到達(dá)B點的時間，與超聲波由A點經(jīng)平面上表面波激勵傳播到達(dá)B點的時間進(jìn)行參照；(3)還可以用平面上表面波激勵傳播時橫波、縱波分別由A點到達(dá)B點的時間相互參照。顯然，在參考計時原理下，有多種具體計時方式，而不限于這里所述的三種。
本實用新型設(shè)計的板書系統(tǒng)包括超聲波板書筆、超聲波接收處理裝置和后臺信息處理裝置。
超聲波板書筆的特征是用超聲波換能器來發(fā)射超聲波。超聲波板書筆由筆形外殼、置于外殼內(nèi)的印刷電路和電源構(gòu)成。在筆尖附近的外殼上設(shè)有超聲波發(fā)射孔。印刷電路由超聲波發(fā)射電路以及超聲波換能發(fā)射組成。超聲波發(fā)射電路以及超聲波換能發(fā)射組成完成超聲波發(fā)射功能。工作時，借按下筆尖動作，接通超聲波發(fā)射電路，超聲波從超聲波發(fā)射孔射出。
超聲波接收處理裝置通過檢測超聲波和超聲波的反射波，測定它們的相互參照時間，經(jīng)計算定位出超聲波板書筆筆尖位置。超聲波接收處理裝置的特征是超聲波換能器接收檢測超聲波板書筆發(fā)來的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，按一定的數(shù)據(jù)格式向外發(fā)送數(shù)據(jù)。
超聲波接收處理裝置的電路模塊包含以下幾個部分(1)超聲波接收模塊；(2)超聲波檢測放大模塊；(3)內(nèi)部專用運算器模塊；(4)內(nèi)部編碼模塊；(5)接口電路模塊。
其中，超聲波接收模塊由超聲波換能器構(gòu)成，一個超聲波接收處理裝置至少包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器。超聲波接收模塊至少兩路接收超聲波板書筆發(fā)射的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，并將它送給超聲波檢測放大模塊。超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內(nèi)部控制電路輸出兩個基于參考計時原理得出的參考時間值。內(nèi)部專用運算器模塊量化參考時間值，快速完成筆尖位置坐標(biāo)值的計算。內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將筆尖位置坐標(biāo)值按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊。接口電路模塊通過USB或RS232串口實現(xiàn)超聲波接收處理裝置與后臺信息處理裝置之間的連接。如果選擇微處理器自帶USB或RS232串口接口信號引腳，則接口電路模塊可以并入內(nèi)部編碼模塊。超聲波接收處理裝置也可以不包含內(nèi)部專用運算器模塊，而將該部分運算交給外部運算裝置來處理，如由后臺信息處理裝置內(nèi)部CPU來完成計算。此時，內(nèi)部編碼模塊的編碼對象不再是筆尖位置坐標(biāo)值，而是參考時間值。
后臺信息處理裝置可以是公知計算機(jī)，或者是經(jīng)過改裝的專用計算機(jī)。后臺信息處理裝置根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的筆尖坐標(biāo)值完成記錄板書筆筆跡任務(wù)。在超聲波接收處理裝置內(nèi)部電路不含專用運算器模塊時，后臺信息處理裝置首先根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的參考時間值計算出筆尖坐標(biāo)值，然后完成記錄板書筆筆跡任務(wù)。
超聲波板書筆和超聲波接收處理裝置之間沒有物理連接。超聲波接收處理裝置和后臺信息處理裝置之間的連接可以選用多種的連接線，如RS_232連接線或者USB連接線等。
本實用新型的板書系統(tǒng)利用超聲波定位原理，將板書筆跡轉(zhuǎn)換成電信號，可以由計算機(jī)等信息處理設(shè)備直接處理，從而可以避免使用昂貴的復(fù)印裝置。在超聲波定位方面，本實用新型采用了先進(jìn)的參考計時方式，有別于現(xiàn)有的同步計時方式，有利于檢測回波和提高精度。
為了解決本實用新型的技術(shù)問題，本申請人還設(shè)計出了另外一套技術(shù)方案，即由板書筆、超聲波收發(fā)處理裝置和后臺信息處理裝置構(gòu)成的板書系統(tǒng)。其中計時方式具有同步計時的特征，按照下面兩個步驟進(jìn)行計時(1)超聲波收發(fā)處理裝置中的超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時啟動計時；(2)超聲波傳播到超聲波反射器，即板書筆，所形成的多路反射，分別傳播到超聲波收發(fā)處理裝置中的超聲波接收點，記錄接收點的超聲波傳播到達(dá)時間。
板書筆用于書寫板書和反射超聲波，可以是普通白板筆、黑板粉筆或者其他滿足要求的筆。超聲波收發(fā)處理裝置內(nèi)至少包含相隔一定距離的三個超聲波換能器，其中一個超聲波換能器用于發(fā)射超聲波，其他超聲波換能器用于接收超聲波。除了收發(fā)超聲波之外，超聲波收發(fā)處理裝置還具有信號處理能力，通過內(nèi)部電路模塊向后臺信息處理裝置提供板書筆筆尖位置坐標(biāo)值或者時間值。內(nèi)部電路模塊與第一套技術(shù)方案中的超聲波接收處理裝置的電路模塊基本相同，只是多了一個相對獨立的超聲波發(fā)射電路模塊。
后臺信息處理裝置與第一套技術(shù)方案中的后臺信息處理裝置沒有區(qū)別，而且也通過RS 232連接線或者USB連接線與超聲波收發(fā)處理裝置連接。
考慮到有些情況下，要求的白板很寬，可以根據(jù)寬度需要增加超聲波接收的超聲波換能器件，電路上可以各自保持相對獨立，各獨立定位單元分別以USB連接共享PC端USB接口，也可以在超聲波收發(fā)處理裝置中加以處理。此時軟件也需要調(diào)整。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1為方案一中利用超聲波測試定位原理圖。
圖2為方案二中利用超聲波測試定位原理圖。
圖3為具有多個超聲波接收點的超聲波測試定位原理圖。
圖4為超聲波板書筆外部結(jié)構(gòu)圖。
圖5為超聲波接收處理裝置的內(nèi)部包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。
圖6為超聲波接收處理裝置的內(nèi)部不包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。
圖7為方案一的板書系統(tǒng)使用示意圖。
圖8為方案一的板書系統(tǒng)在遠(yuǎn)程白板教學(xué)中的應(yīng)用示意圖。
具體實施方式
圖1為方案一中利用超聲波測試定位原理圖。圖中，O點和S點是超聲波接收點；P點是發(fā)射超聲波并被測試定位的超聲波板書筆位置。坐標(biāo)原點0和O點是關(guān)于左邊緣的對稱點，此對稱點之間長度為2a，Q點和S點是關(guān)于右邊緣的對稱點，此對稱點之間長度為2b，O點和S點之間長度為1。
基于參考計時原理，利用平面上被激勵表面波傳播計時，和同一介質(zhì)表面波在邊緣反射參考計時，可以建立求解超聲波板書筆筆尖位置坐標(biāo)的方程。因為超聲波在固體介質(zhì)中的吸收系數(shù)比較小，這種選擇方法對檢測回波有利，有助于提高定位精度。具體應(yīng)用參見圖1，超聲波板書筆在P點發(fā)射超聲波信號，在表面激勵表面超聲波。由超聲波接收處理器記錄P點到O點以及P點到S點的表面超聲波傳播時間to1，ts1，同時記錄此表面超聲波在P點經(jīng)過紙張或者LCD或者其他測試平面的邊緣邊界反射到O點以及在P點經(jīng)過紙張或者LCD或者其他測試平面的邊緣邊界反射到S點的傳播時間to2，ts2，這一過程中的時間間隔的測量要發(fā)出計時同步才可以做到測量4個時間間隔ts1，ts2，to1，to2，但是用以上4個事件的時間彼此進(jìn)行參照，例如P點經(jīng)過邊緣邊界反射到S點的到達(dá)時間ts2與P點到S點到達(dá)時間ts1相互參照，P點經(jīng)過邊緣邊界反射到O點的到達(dá)時間to2與P點到O點到達(dá)時間to1相互參照，可以得到(5)、(6)表達(dá)式。(5)、(6)表達(dá)式中Δts和Δto是可以測量的，從而可以繞開同步計時問題。而且有了這兩個表達(dá)式就可以解出方程，最終確定超聲波板書筆的筆尖位置。隨著超聲波板書筆筆尖的移動，并在此過程中讓超聲波板書筆同時發(fā)射超聲波，依舊重復(fù)上述過程，求出超聲波板書筆筆尖移動中的所有位置。
參見圖1，平面上激勵表面波后，基于超聲波在介質(zhì)中傳播原理，分別得到P點到O點以及P點到S點的傳播時間 (x、y為變量，a、b、l、c介質(zhì)為常量，c介質(zhì)是超聲波在相應(yīng)介質(zhì)中的波速)平面上激勵表面波后，基于超聲波在介質(zhì)邊界反射原理，同一表面超聲波最早到達(dá)的O點和S點反射波的傳播時間分別是 利用(3)-(1)和(4)-(2)得到(5)和(6)表達(dá)式，Δts和Δto符號為正，因為反射時間大于直射傳播時間。
Δts＝ts2-ts1(5)Δto＝to2-to1(6)
將(1)至(4)式代入(5)、(6)式整理得到(7)、(8)式。
令u2＝x2+y2，其中u＞0，Δtsc介質(zhì)＝β，Δtoc介質(zhì)＝λ，帶入(8)整理得到u=λ2-4a22λ+2aλx=ω+μx---(9)]]>(μ2-4b2β2)x2+{2ωμ-4a-2l+2bβ2[4(2a+b+l)b-β2]}x+{ω2+(2a+l)2]]>-14β2[4(2a+b+l)b-β2]2}=0.......(10)]]>Ax2+Bx+C＝0……………………………………………………(10)其中ω=λ2-4a22λ,μ=2aλ]]>A=(μ2-4b2β2)]]>B={2ωμ-4a-2l+2bβ2[4(2a+b+l)b-β2]}]]>C={ω2+(2a+l)2-14β2[4(2a+b+l)b-β2]2}]]>最后將小于0的解舍去，得到x=-B+B2-4AC2A---(11)]]>y=(ω+μx)2-x2---(12)]]>上面得到的(11)、(12)表達(dá)式完全給出超聲波板書筆筆尖的定位運算。
同樣基于參考計時原理，還可以利用平面上被激勵表面波傳播計時，和利用空氣中超聲波傳播為參考，建立求解超聲波板書筆筆尖位置坐標(biāo)的方程。具體應(yīng)用參見圖1，超聲波板書筆在P點發(fā)射超聲波信號，在表面激勵表面超聲波，超聲波接收處理器記錄P點到O點以及P點到S點的表面超聲波傳播時間to1，ts1，同時記錄此表面超聲波從P點經(jīng)過空氣傳播到O點以及S點的傳播時間to2，ts2。這一過程中的時間間隔的測量要發(fā)出計時同步才可以做到測量4個時間間隔ts1，ts2，to1，to2，但是用以上4個事件的時間彼此進(jìn)行參照，例如P點經(jīng)過空氣傳播到S點的到達(dá)時間ts2與P點到S點到達(dá)時間ts1相互參照，P點經(jīng)過空氣傳播到O點的到達(dá)時間to2與P點到O點到達(dá)時間to1相互參照，可以得到(5)、(6)表達(dá)式。(5)、(6)表達(dá)式中Δts和Δto是可以測量的，列出方程進(jìn)行求解，從而確定超聲波板書筆的筆尖位置。隨著超聲波板書筆筆尖的移動，此過程中超聲波板書筆同時發(fā)射超聲波，依舊重復(fù)上述過程，求出超聲波板書筆筆尖移動中的所有位置。
平面上激勵表面波后，基于超聲波在介質(zhì)中傳播原理，得到P點到O點以及P點到S點的傳播時間 此同一超聲波基于超聲波在空氣介質(zhì)傳播原理，到達(dá)的O點和S點超聲波的傳播時間分別為 利用(13)-(1)和(14)-(2)得到(5)和(6)表達(dá)式，Δts和Δto符號為正，因為超聲波在固體介質(zhì)中的傳播速度比在空氣中傳播快。
Δts＝ts2-ts1(5)Δto＝to2-to1(6)將(1)、(2)、(13)、(14)式代入(5)、(6)式整理得到(15)、(16)式 令 解(15)(16)得到x=l2+ζ2-χ22l+2a---(17)]]>y=ζ2-(l2+ζ2-χ22l)2---(18)]]>上面得到的(17)、(18)表達(dá)式完全給出超聲波板書筆筆尖的定位運算。
本實用新型方案一中的超聲波板書筆可以采用圖4所示的外部結(jié)構(gòu)，由筆尖1、筆尖1附近的超聲波發(fā)射孔2、筆身3和筆帽4構(gòu)成。在超聲波板書筆的筆形外殼內(nèi)部，裝有印刷電路和電源。印刷電路由超聲波發(fā)射電路以及超聲波換能發(fā)射組成。超聲波發(fā)射電路以及超聲波換能發(fā)射組成完成超聲波發(fā)射功能。工作時，按下筆尖可接通超聲波發(fā)射電路，超聲波從超聲波發(fā)射孔射出。
如圖5所示，本實用新型方案一中的超聲波接收處理裝置的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部專用運算器模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊。其中，超聲波接收模塊由超聲波換能器構(gòu)成，包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器。超聲波接收模塊兩路接收超聲波板書筆發(fā)射的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，并將它送給超聲波檢測放大模塊。超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內(nèi)部控制電路分別輸出Δto值和Δts值，內(nèi)部專用運算器模塊量化Δto值和Δts值，依照(11)、(12)表達(dá)式或者(17)、(18)表達(dá)式快速完成筆尖位置坐標(biāo)X、Y值的計算。內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將筆尖位置坐標(biāo)X、Y值按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊。接口電路模塊，完成USB或RS232串口物理連接的電平兼容，最后連接到后臺信息處理裝置上。如果選擇微處理器自帶USB或/和RS232串口接口信號引腳，則接口電路模塊可以并入內(nèi)部編碼模塊。
超聲波接收處理裝置也可以不包含內(nèi)部專用運算器模塊，而將該部分運算交給后臺信息處理裝置來處理，如由計算機(jī)內(nèi)部CPU來完成計算。如圖6所示，超聲波接收處理裝置的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊。此時，內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將Δto值和Δts值按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊，再通過USB或者RS232串口交由計算機(jī)內(nèi)部CPU完成計算。
圖2為方案二中利用超聲波測試定位原理圖。超聲波收發(fā)處理裝置中的超聲波發(fā)射在O點發(fā)射超聲波信號，由超聲波收發(fā)處理裝置中的接收處理器記錄S1點和S2點到達(dá)的反射超聲波傳播時間，由(19)、(20)這兩個表達(dá)式就可以解出方程，通過最終求解方程定位出超聲波反射器位置(22)、(23)表達(dá)式。隨著超聲波反射器的移動，在此過程中超聲波反射器不斷反射超聲波，依舊重復(fù)上述計時過程，求出超聲波反射器移動過程中的所有位置。(22)、(23)表達(dá)式的計算可以不由超聲波收發(fā)處理裝置完成，只將(19)、(20)通過USB線或者RS232線送出給后臺信息處理裝置，最后由其內(nèi)部CPU完成計算；也可以由超聲波收發(fā)處理裝置中的計算處理芯片完成，只將X、Y值通過USB線或者RS232線送出給后臺信息處理裝置。
在O點發(fā)射超聲波信號后，基于超聲波在空氣介質(zhì)中傳播原理，得到O點經(jīng)過反射點P到S1以及S2的傳播時間(其中c為超聲波分別在空氣介質(zhì)中的傳播速度)ts1c=y2+x2+y2+(a-x)2---(19)]]>ts2c=y2+(2a-x)2+y2+(a-x)2---(20)]]>
令u=y2+(a-x)2]]>解上述方程，得到u=ts12c2+ts22c2-2a22c(ts1+ts2)---(21)]]>x=ts12c2+a2-2ts1cu2a=ts12c2+a22a-ts1cau---(22)]]>將(22)和(21)帶回u=y2+(a-x)2]]>得到y(tǒng)=±u2-(a-x)2.]]>但是考慮到y(tǒng)為正，舍去負(fù)解，最后得到y(tǒng)=u2-(a-x)2---(23)]]>如圖3所示，在白板很寬的情況下，例如方案一，可以根據(jù)寬度需要增加超聲波接收的超聲波換能器件。圖中S1、S2、……、Sn為超聲波接收點，其與超聲波發(fā)射點O點的距離分別為a1、a2、……、an。電路上按順序排列兩個兩個一組，和對應(yīng)的超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部專用運算器模塊、內(nèi)部編碼模塊、接口電路模塊組成獨立定位單元，各單元采用USB連線共享PC端USB接口。
圖7為本實用新型板書系統(tǒng)使用示意圖。圖中，5為白板，6為超聲波接收處理裝置，7為超聲波板書筆，8為連接線，9為后臺信息處理裝置。
在記錄板書基礎(chǔ)上，利用IP網(wǎng)絡(luò)，在原有軟件上增加計算機(jī)白板功能，就可以將教師白板板書傳給網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端學(xué)生，如圖8所示。其軟件實現(xiàn)步驟為CPU得到超聲波板書筆筆尖位置值后，一方面負(fù)責(zé)不斷實時地在計算機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備上記錄書寫筆跡，另一方面，負(fù)責(zé)同時不斷將此得到超聲波板書筆筆尖位置值，按照約定的內(nèi)部白板協(xié)議，例如通過定義各種消息，定義各消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義各消息總的字節(jié)長度，定義X、Y分別的字節(jié)長度，當(dāng)前手寫頁定義表示，更新頁定義表示，前反頁定義，后翻頁定義，高字節(jié)對齊還是低字節(jié)對齊，等等，形成準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)封裝IP包中發(fā)送給遠(yuǎn)端的計算機(jī)等，遠(yuǎn)端計算機(jī)收到這些IP包后，取出封裝在IP包中的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行按照約定協(xié)議進(jìn)行解釋，并按照協(xié)議解釋，驅(qū)動VGA等顯示。遠(yuǎn)端計算機(jī)不斷接收發(fā)來的數(shù)據(jù)，最終完成筆跡的遠(yuǎn)端顯示，即完成基本遠(yuǎn)程白板應(yīng)用過程的一種過程。其他過程還有例如，遠(yuǎn)端要求修改等，共同完成遠(yuǎn)程教學(xué)過程。
權(quán)利要求1.一種超聲波定位記錄板書的板書系統(tǒng)，其特征在于包括超聲波板書筆、超聲波接收處理裝置和后臺信息處理裝置；超聲波板書筆用于發(fā)射超聲波和書寫板書，由筆形外殼、置于外殼內(nèi)的印刷電路和電源構(gòu)成，在筆尖附近的外殼上設(shè)有超聲波發(fā)射孔，印刷電路由超聲波發(fā)射電路以及超聲波換能發(fā)射組成，按下筆尖可接通超聲波發(fā)射電路，超聲波從超聲波發(fā)射孔射出；超聲波接收處理裝置用于接收超聲波及其后的處理，其電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部專用運算器模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊；超聲波接收模塊包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器，超聲波接收模塊兩路接收超聲波板書筆發(fā)射的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，并將它送給超聲波檢測放大模塊，超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內(nèi)部控制電路輸出兩個基于參考計時原理得出的參考時間值Δts和Δto給內(nèi)部專用運算器模塊，內(nèi)部專用運算器模塊量化參考時間值，快速完成筆尖位置坐標(biāo)值的計算，內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將內(nèi)部專用運算器模塊送來的筆尖位置坐標(biāo)值按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊，接口電路模塊通過USB或RS232串口實現(xiàn)超聲波接收處理裝置與后臺信息處理裝置之間的連接；后臺信息處理裝置根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的筆尖坐標(biāo)值完成記錄板書筆筆跡，它可以是公知計算機(jī)，或者是經(jīng)過改裝的專用計算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板書系統(tǒng)，其特征在于所述Δts為表面超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)邊緣邊界反射到第一接收點(S)的時間與表面超聲波由發(fā)射點(P)直接傳播到第一接收點(S)的時間之差，所述Δto為表面超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)邊緣邊界反射到第二接收點(O)的時間與表面超聲波由發(fā)射點(P)直接傳播到第二接收點(O)的時間之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板書系統(tǒng)，其特征在于所述Δts為超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)空氣直接傳播到達(dá)第一接收點(S)的時間與超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)激勵平面上表面波傳播到達(dá)第一接收點(S)的時間之差，所述Δto為超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)空氣直接傳播到達(dá)第二接收點(O)的時間與超聲波由發(fā)射點(P)經(jīng)激勵平面上表面波傳播到達(dá)第二接收點(O)的時間之差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊；超聲波接收模塊包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器，超聲波接收模塊兩路接收超聲波板書筆發(fā)射的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，并將它送給超聲波檢測放大模塊，超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內(nèi)部控制電路輸出兩個基于參考計時原理得出的參考時間值Δts和Δto給內(nèi)部編碼模塊，內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將Δts和Δto按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊，接口電路模塊通過USB或RS232串口實現(xiàn)超聲波接收處理裝置與后臺信息處理裝置之間的連接；后臺信息處理裝置根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的參考時間值Δts和Δto，首先計算出超聲波板書筆的筆尖位置坐標(biāo)，然后根據(jù)筆尖位置坐標(biāo)值完成記錄板書筆筆跡，它可以是公知計算機(jī)，或者是經(jīng)過改裝的專用計算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊；超聲波接收模塊包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器，超聲波接收模塊兩路接收超聲波板書筆發(fā)射的超聲波信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，并將它送給超聲波檢測放大模塊，超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內(nèi)部控制電路輸出兩個基于參考計時原理得出的參考時間值Δts和Δto給內(nèi)部編碼模塊，內(nèi)部編碼模塊負(fù)責(zé)將Δts和Δto按照編碼數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼，送給接口電路模塊，接口電路模塊通過USB或RS232串口實現(xiàn)超聲波接收處理裝置與后臺信息處理裝置之間的連接；后臺信息處理裝置根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的參考時間值Δts和Δto，首先計算出超聲波板書筆的筆尖位置坐標(biāo)，然后根據(jù)筆尖位置坐標(biāo)值完成記錄板書筆筆跡，它可以是公知計算機(jī)，或者是經(jīng)過改裝的專用計算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和5中任意一項所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置的內(nèi)部編碼模塊的微處理器自帶有USB和RS232串口接口信號引腳，從而省略了超聲波接收處理裝置的接口電路模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置的內(nèi)部編碼模塊的微處理器自帶有USB和RS232串口接口信號引腳，從而省略了超聲波接收處理裝置的接口電路模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和5中任意一項所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置內(nèi)包括多個接收超聲波的超聲波換能器件，電路上按順序排列兩個兩個一組，組成獨立定位單元，各單元采用USB連線共享計算機(jī)端USB接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的板書系統(tǒng)，其特征在于超聲波接收處理裝置內(nèi)包括多個接收超聲波的超聲波換能器件，電路上按順序排列兩個兩個一組，組成獨立定位單元，各單元采用USB連線共享計算機(jī)端USB接口。
專利摘要本實用新型公開了一種超聲波定位記錄板書的板書系統(tǒng)，包括超聲波板書筆、超聲波接收處理裝置和后臺信息處理裝置。超聲波板書筆用于發(fā)射超聲波和書寫板書，由筆形外殼、置于外殼內(nèi)的印刷電路和電源構(gòu)成；超聲波接收處理裝置用于接收超聲波及其后的處理，其電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內(nèi)部編碼模塊和接口電路模塊等；后臺信息處理裝置根據(jù)超聲波接收處理裝置提供的筆尖坐標(biāo)值完成記錄板書筆筆跡。本板書系統(tǒng)利用超聲波定位原理，將板書筆跡轉(zhuǎn)換成電信號，可由計算機(jī)等信息處理設(shè)備直接處理，從而避免使用了昂貴的復(fù)印裝置。本實用新型采用了先進(jìn)的參考計時方式定位，有利于檢測回波和提高精度。
文檔編號G06F3/00GK2630929SQ0326471
公開日2004年8月4日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者劉習(xí)杰 申請人:劉習(xí)杰