專利名稱：一種無線、無源手寫輸入裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及手寫識別技術領域，特別涉及一種手寫輸入裝置。
背景技術：
手寫輸入裝置是一種計算機輸入設備，如手寫板、數(shù)位板等， 一般 是使用一只專門的筆，在特定的區(qū)域內(nèi)書寫文字或繪制圖形。手寫輸入 裝置通過各種方法將筆走過的軌跡記錄下來，然后識別為文字或圖形。
可用于電路設計、CAD設計、圖形設計、自由繪畫以及文本和數(shù)據(jù)的輸 入等。經(jīng)過多年的發(fā)展，手寫輸入技術已日趨成熟，目前市場上主流的 手寫輸入裝置產(chǎn)品包括有線手寫板(手寫板與手寫筆之間有連接線)、 無線手寫板(手寫板與手寫筆之間無連接線)和無線無源手寫板(手寫 板與手寫筆之間無連接線、手寫筆中沒有電池)，這些手寫板與計算機之 間通過連接線(如USB連接線)連接以進行數(shù)據(jù)通訊的。以一般的無線 無源手寫板與計算機的數(shù)據(jù)通訊為例，這種無線無源手寫板接收手寫筆 錄入的軌跡及壓力信息，轉換為X、 Y坐標數(shù)據(jù)及壓力數(shù)據(jù)后，通過USB 接口或其它接口輸入到計算機上，配合相應的驅動程序以及應用軟件， 把用戶在手寫板上所畫的軌跡直接反映在計算機的屏幕上。
可以看出，這類手寫板與計算機的數(shù)據(jù)通訊是通過硬件連接實現(xiàn)， 手寫板移動范圍是有限的，僅適用于近距離點對點手寫輸入，無法應用 于遠距離的手寫輸入。對此，目前本領域技術人員嘗試研究基于籃牙無 線技術實現(xiàn)手寫輸入技術，通常這種藍牙手寫輸入裝置由手寫板、手寫 筆和藍牙接收器組成，這種藍牙手寫輸入裝置雖然能夠解決無線手寫輸 入的問題，但由于其基于籃牙無線技術，所以不可避免地存在以下問題 其一，從屬設備入網(wǎng)時間長(大于等于3秒)，休眠設備激活時間慢 (約3秒)；
其二，由于籃牙協(xié)議棧結構復雜，耗費系統(tǒng)資源多(占用系統(tǒng)資源
約為250Kb )，而且籃牙設備功耗大，開發(fā)成本也比較高；
其三，藍牙傳輸?shù)木嚯x較短(僅約10米)，需要加大發(fā)射功率才能
實現(xiàn)較遠距離手寫輸入，但是無線手寫板一般都是釆用電池供電，實現(xiàn)
較遠距離需要耗費較大的電池能量，并且距離仍受到電池供電的限制； 其四，藍牙設備組網(wǎng)的數(shù)量少，單個網(wǎng)絡設備數(shù)量一般為8個。 因而，本領域技術人員迫切需要發(fā)展出一種結構簡單、功耗較小、
成本較低、可實現(xiàn)遠距離傳輸、無線無源的手寫輸入裝置。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種適用于遠距離手寫輸入 的、無線無源的手寫輸入裝置，該裝置結構筒單、激活時間短、功耗小、 資源占用少、成本也比較低；還能保證無線傳輸距離較長；并具有非常 好的多點網(wǎng)絡連接能力。
為解決上述技術問題，本實用新型實施例公開了一種手寫輸入裝置， 所述手寫輸入裝置與計算機無線連接，所述手寫輸入裝置包括
無線連接的手寫板和手寫筆，所述手寫筆中包括供電用的并聯(lián)諧振 電路；
與所述手寫板連接的射頻發(fā)送器，以及，與所述計算機連接的射頻 接收器；
其中，所述手寫板接收用戶的手寫數(shù)據(jù)信息，由所述射頻發(fā)送器將 所述手寫數(shù)據(jù)信息發(fā)送至相應的射頻接收器，所述射頻接收器將所述手 寫數(shù)據(jù)信息傳送給計算機。
所述射頻發(fā)送器包括手寫板通信接口、射頻發(fā)送單片機處理器、 射頻發(fā)送模塊和射頻發(fā)送天線；所述射頻接收器包括射頻接收天線、 射頻接收模塊、射頻接收單片機處理器和計算機通信接口 ；
其中，所述手寫板將接收的手寫數(shù)據(jù)信息通過所述手寫板通信接口 傳送至射頻發(fā)送單片機處理器；所述射頻發(fā)送單片機處理器基于zigbee
標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行編碼處理后，由所述射頻發(fā)送模塊和射頻
發(fā)送天線發(fā)送至相應的射頻接收器；
所述射頻接收天線和射頻接收模塊接收所述射頻發(fā)送器發(fā)送的手寫數(shù)據(jù) 信息，并傳送至射頻接收單片機處理器；所述射頻接收單片機處理器基 于zigbee標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行相應地解碼處理后，由所述計算 機通信接口傳遞至計算才幾。
與現(xiàn)有4支術相比，本實用新型實施例具有以下優(yōu)點
1. 本實用新型的手寫筆與手寫板之間沒有連接線、手寫板與計算機 之間也沒有連接線，應用十分方便；
2. 由于本實用新型采用zigbee協(xié)議棧，系統(tǒng)結構簡單，成本低，在 應用上十分靈活，并且設備功耗很小，設備能夠長時間不充電的情況下 正常運行；
3. 本實用新型新從屬設備入網(wǎng)時間大約30毫秒，入網(wǎng)時間短。休 眠設備激活時間約8—20毫秒，設備從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)恢復時間短；
4. 本實用新型有效傳輸范圍大，傳輸距離長，不需要加大功率就能 實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳送，如室內(nèi)傳輸距離可達10~70米；
5. 本實用新型采用多對一星型網(wǎng)絡連接方式，并且設備地址為長地 址，因此單個網(wǎng)絡設備接入的數(shù)量最多可達65535個設備，能夠解決多 設備手寫輸入運行的網(wǎng)絡；
6. 本實用新型射頻天線采用F型天線，無方向性接收和發(fā)送數(shù)據(jù)， 并且有較好的傳送接收效率和簡單的結構；
7. 本實用新型采用國際公用頻段2.4G無線通訊技術，系統(tǒng)高集成 度，可靠性好，抗干擾性及穩(wěn)定性強。


圖1是本實用新型的一種手寫輸入裝置實施例的結構框圖； 圖2是本實用新型的一種手寫筆的電路連接圖3是本實用新型的一種ZigBee協(xié)議棧的模型示意圖； 圖4是本實用新型的一種射頻發(fā)送器的結構框圖； 圖5是本實用新型的一種射頻接收器的結構框圖； 圖6是本實用新型的一種更為詳細的基于ZigBee的射頻發(fā)送器和射 頻接收器的數(shù)據(jù)交互流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面 結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。
參考圖1,示出了本實用新型的一種手寫輸入裝置實施例的結構框 圖，所述手寫輸入裝置與計算機無線連接12,可以包括以下組件
無線連接的手寫板111和手寫筆112;
與所述手寫板111連接的射頻發(fā)送器113;
以及，與所述計算機12連接的射頻接收器121;
其中，所述手寫板111接收用戶的手寫數(shù)據(jù)信息，由所述射頻發(fā)送 器U3將所述手寫數(shù)據(jù)信息發(fā)送至相應的射頻接收器114,所述射頻接收 器114將所述手寫數(shù)據(jù)信息傳送給計算機12。
手寫板可以感知筆的壓力大小，從而獲得手寫數(shù)據(jù)信息，如手寫筆 跡坐標數(shù)據(jù)信息和壓力數(shù)據(jù)信息等。優(yōu)選的，所述手寫板可以為電磁感 應手寫板。通常，電》茲感應手寫板是通過在手寫板下方的布線電路通電 后，在一定空間范圍內(nèi)形成電磁場，來感應帶有線圏的筆尖的位置進行 工作。例如， 一種電磁感應手寫板的電路結構為由接收電路，放大、 濾波電路，幅值、頻率檢測電路以及手寫板充電電路構成；上述電路的 連接方式為接收電路的接收端接到由垂直方向的接收回^各XI、
X2.......X22和水平方向的接收回路Yl、 Y2.......Y18構成的接收陣列
所組成的感應回路，接收電路的輸出端接放大電路的輸入IN端，放大電 路的輸出OUT端接濾波電路的輸入IN端，濾波電路的輸出OUT端接幅 值、頻率檢測電路的輸入IN端，幅值、頻率檢測電路的輸出OUT端接
入處理主CPU。
所述手寫筆112中可以包括供電用的并聯(lián)諧振電路；在這種情況下， 手寫筆是無源的，即無需電池供電，而由電容、電感組成的并聯(lián)諧振回 路供電。參考圖2所示的手寫筆電路連接圖， 一種手寫板電路的連接關 系為開關Sl、 S2分別串聯(lián)電容C3、 C4后，其兩端與可變電感Ll和 電容C1并聯(lián)；電阻Rl的一端分別與電容C2、電容C5的一端相連，另 一端分別與電容C6、電阻R2的一端和三極管Ql的基極相連；Ql的集 電極分別與開關S1、S2的一端相連；電容C7的一端與Ql的集電極相連； 電阻R4、電容C8并耳關后一端#~地，另一端分別與C7、 R3的一端相連； R3的另一端與Ql的發(fā)射極相連R2、 C6、 C5、 C2的另一端分別接地； 其中開關S1、 S2可以為手寫筆的側面開關，其作用相當于鼠標的左、右 鍵。用戶使用手寫筆在手寫板上輸入的手寫筆跡坐標數(shù)據(jù)信息和壓力數(shù) 據(jù)信息，則可以通過上述手寫板的電路和手寫筆的電路感應獲得。
優(yōu)選的是，本實用新型的手寫輸入裝置可以為一種基于ZigBee無線 通訊的手寫輸入裝置。所謂Zigbee,是一種短距離、低功耗的無線通信 技術名稱，其特點是近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本， 可以嵌入各種設備。Zigbee的基礎是IEEE802.15.4，所以ZigBee聯(lián)盟在 制定ZigBee標準時，采用了 IEEE802.15.4作為其物理層和媒體接入層規(guī) 范。在其基礎之上，ZigBee聯(lián)盟制定了數(shù)據(jù)鏈路層(DLL )、網(wǎng)絡層(NWK) 和應用編程接口 (API)規(guī)范。有關ZigBee協(xié)議棧的模型示意圖如圖3 所示。其中，應用層、應用層框架和網(wǎng)絡層/安全層可以在射頻處理器中 通過軟件實現(xiàn)，而MAC層(媒體訪問層)和物理層則可由射頻處理器的 硬件實現(xiàn)。
在本實施例中，所述射頻處理器可以由射頻發(fā)送器和射頻接收器組成。
參考圖4，示出了本實用新型的一種射頻發(fā)送器的結構框圖，可以包 括手寫板通信接口 401、射頻發(fā)送單片機處理器402、射頻發(fā)送模塊403 和射頻發(fā)送天線404。
參考圖5，示出了本實用新型的一種射頻接收器的結構框圖，可以包 括射頻接收天線501、射頻接收模塊502、射頻接收單片機處理器503 和計算機通信接口 504;
所述手寫板(圖中未示出)將接收的手寫數(shù)據(jù)信息通過所述手寫板 通信接口 401傳送至射頻發(fā)送單片機處理器403;所述射頻發(fā)送單片機處 理器403基于zigbee標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行編碼處理后，由所述 射頻發(fā)送模塊403和射頻發(fā)送天線404發(fā)送至相應的射頻接收器；
所述射頻接收天線501和射頻接收模塊502接收所述射頻發(fā)送器發(fā) 送的手寫數(shù)據(jù)信息，并傳送至射頻接收單片機處理器503;所述射頻接收 單片機處理器503基于zigbee標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行相應地解碼 處理后，由所述計算機通信接口 504傳遞至計算機(圖中未示出)。
優(yōu)選的，所述手寫板通信接口可以為串行通信接口或SPI接口 ( serial peripheral interface,串行外圍設備接口 )；所述計算機通信接口可以為 USB接口；所述射頻發(fā)送天線和射頻接收天線可以為F型天線。
參考圖6,示出了更為詳細的基于ZigBee的射頻發(fā)送器和射頻接收 器的數(shù)據(jù)交互流程圖，具體可以包括以下步驟
步驟601、射頻發(fā)送器和對應的射頻接收器建立連接；
射頻接收器主動掃描射頻發(fā)送器，如果射頻發(fā)送器被掃描到，發(fā)出 了要求與射頻接收器建立通訊連接的消息，則在射頻接收器允許的條件 下，發(fā)送建立通訊連接確認消息給射頻發(fā)送器，射頻發(fā)送器在接收到所 述確認消息后就可以與所述射頻接收器建立通訊連接關系；
步驟602、射頻發(fā)送器接收到手寫板的手寫數(shù)據(jù)信息后，在射頻發(fā)送 器的應用層內(nèi)進行打包；
步驟603、在射頻接收器允許射頻發(fā)送器發(fā)送的情況下，將數(shù)據(jù)包由 射頻發(fā)送器的MAC層、物理層通過基于zigbee的芯片(即射頻發(fā)送單片 機處理器MCU)進行編碼、加密等操作后，以2.4Ghz頻率段發(fā)送給射頻 接收器；
當射頻發(fā)送器需要發(fā)送數(shù)據(jù)至射頻接收器時，射頻發(fā)送器會向射頻
接收器提交數(shù)據(jù)發(fā)送請求，若射頻接收器響應所述請求，并向射頻發(fā)送 器返回確認消息，則射頻發(fā)送器就可以發(fā)送數(shù)據(jù)至射頻接收器了。
步驟604、射頻接收器通過2.4Ghz頻率段接收到數(shù)據(jù)后，通過基于 zigbee的芯片(即射頻接收單片機處理器MCU)對接收到的數(shù)據(jù)包進行 相應地解碼、驗證等操作；
步驟605、在驗證通過的條件下，將解包后的手寫信息數(shù)據(jù)由射頻發(fā) 送器的物理層、MAC層傳遞至射頻接收器的應用層；
步驟606、射頻接收器在應用層對手寫信息數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)地址確認、 上傳數(shù)據(jù)打包等處理，通過計算機通信接口將數(shù)據(jù)包傳送到計算機，配 合相應的驅動程序以及應用軟件，就可以把用戶在手寫板上輸入的筆畫 軌跡直接顯示在計算機的屏幕上。
優(yōu)選的，所述射頻發(fā)送器具有唯一地址信息，所述地址信息與所述 射頻發(fā)送器連接的手寫板關聯(lián)，即每個手寫板也具有相應的地址信息。 在這種情況下，所述計算機還可以包括Zigbee協(xié)議控制模塊，用于在 Zigbee協(xié)議棧的控制下，依據(jù)所述手寫板關聯(lián)的地址信息建立多個手寫 板與計算機的連接。
更為優(yōu)選的是，所述地址為長地址，如達到64BIT位，以實現(xiàn)更多 手寫板與計算機的連接。
在實際中，所述射頻發(fā)送器可以單獨設置，或設置于手寫板中；相 應的射頻接收器也可以單獨設置，或設置在計算機中。
需要說明的是，在無線通信技術領域，由于藍牙技術規(guī)范標準推出 在90年代后期，籃牙技術在2000年后得到廣泛應用，本領域技術人員 認同度較好；而ZigBee標準在2004年后半年才推出，近兩年才開始普及 應用，本領域技術人員認同度較低；
并且，由于藍牙技術標準傳輸速率可達1Mbit/s,而ZigBee技術的數(shù) 據(jù)傳輸速率通常為250Kbit/s,相比而言，籃牙的傳輸速率要大得多，因 此本領域技術人員通常會選用籃牙無線通訊技術，而較少考慮籃牙技術 的不足之處，如組網(wǎng)能力，功耗，開發(fā)費用，復雜性及喚醒速度等等；
而本實用新型的手寫輸入裝置對手寫數(shù)據(jù)的傳輸速率要求并不高；具體 而言，ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本 的無線通信技術，并且ZigBee協(xié)議棧簡單，實現(xiàn)相對容易，需要的系統(tǒng) 資源也較少，據(jù)估計，運行ZigBee需要系統(tǒng)資源約28Kb;藍牙協(xié)議棧相 對復雜，它需要系統(tǒng)資源約為250Kb,另外低功耗也是ZigBee的一個重 要特征，例如在一個典型的ZigBee傳感網(wǎng)絡中， 一塊普通石咸性電池可以 供ZigBee設備工作六個月到兩年。此外，基于zigbee 4支術的新乂人屬i殳備 入網(wǎng)時間大約30毫秒，休眠設備激活時間約15毫秒，并且不需要加大 功率就能實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳送，傳輸距離長度范圍在10~75米，加入低 噪音放大器傳送距離可達幾百米遠距離傳送數(shù)據(jù)，zigbee技術的網(wǎng)絡設備 數(shù)量最多可達65535個設備，較藍牙網(wǎng)絡設備接入數(shù)量有很大的提高。 而且，zigbee技術系統(tǒng)高集成度，可靠性好，抗干擾性及穩(wěn)定性強。
再者，應用ZigBee標準在設備硬件和軟件方面都需要作出較大改進。 基于上述原因，本領域技術人員并不易于想到將藍牙技術轉換為釆 用ZigBee標準實現(xiàn)，并且，應用ZigBee標準在it備石更件和軟件方面的改 進也不是本領域技術人中可以輕易實現(xiàn)的。 綜上所述，本實用新型具有如下優(yōu)點
1. 本實用新型的手寫筆與手寫板之間沒有連接線、手寫板與計算機 之間也沒有連接線，應用十分方便；
2. 由于本實用新型采用zigbee協(xié)議棧，系統(tǒng)結構簡單，成本低，在 應用上十分靈活，并且設備功耗很小，設備能夠長時間不充電的情況下 正常運行；
3. 本實用新型新從屬設備入網(wǎng)時間大約30毫秒，入網(wǎng)時間短。休 眠設備激活時間約8—20毫秒，設備從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)恢復時間短；
4. 本實用新型有效傳輸范圍大，傳輸距離長，不需要加大功率就能 實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳送，如室內(nèi)傳輸距離可達10~70米；
5. 本實用新型采用多對一星型網(wǎng)絡連接方式，并且設備地址為長地 址，因此單個網(wǎng)絡設備接入的數(shù)量最多可達65535個設備，能夠解決多
設備手寫輸入運行的網(wǎng)絡；
6. 本實用新型射頻天線采用F型天線，無方向性接收和發(fā)送數(shù)據(jù)， 并且有較好的傳送接收效率和簡單的結構；
7. 本實用新型采用國際公用頻段2.4G無線通訊技術，系統(tǒng)高集成 度，可靠性好，抗干擾性及穩(wěn)定性強。
本實用新型可以用于眾多通用或專用的計算系統(tǒng)環(huán)境或配置中。例 如個人計算機、服務器計算機、手持設備或便攜式設備、平板型設備、 多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、可編程的消費電子設備、網(wǎng)絡PC、 小型計算機、大型計算機等等。
以上對本實用新型所提供的一種手寫輸入裝置進行了詳細介紹，本文
施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核'^思想；同時， 對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對 本實用新型的限制。
權利要求1、一種無線、無源手寫輸入裝置，其特征在于，所述手寫輸入裝置與計算機無線連接，所述手寫輸入裝置包括無線連接的手寫板和手寫筆，所述手寫筆中包括供電用的并聯(lián)諧振電路；與所述手寫板連接的射頻發(fā)送器，以及，與所述計算機連接的射頻接收器；其中，所述手寫板接收用戶的手寫數(shù)據(jù)信息，由所述射頻發(fā)送器將所述手寫數(shù)據(jù)信息發(fā)送至相應的射頻接收器，所述射頻接收器將所述手寫數(shù)據(jù)信息傳送給計算機。
2、 如權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述射頻發(fā)送器包括 手寫板通信接口、射頻發(fā)送單片機處理器、射頻發(fā)送模塊和射頻發(fā)送天 線；所述射頻接收器包括射頻接收天線、射頻接收模塊、射頻接收單 片機處理器和計算機通信接口 ；其中，所述手寫板將接收的手寫數(shù)據(jù)信息通過所述手寫板通信接口 傳送至射頻發(fā)送單片機處理器；所述射頻發(fā)送單片機處理器基于zigbee 標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行編碼處理后，由所述射頻發(fā)送模塊和射頻 發(fā)送天線發(fā)送至相應的射頻接收器；所述射頻接收天線和射頻接收模塊接收所述射頻發(fā)送器發(fā)送的手寫 數(shù)據(jù)信息，并傳送至射頻接收單片機處理器；所述射頻接收單片機處理 器基于zigbee標準對所述手寫數(shù)據(jù)信息進行相應地解碼處理后，由所述 計算機通信接口傳遞至計算機。
3、 如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述射頻發(fā)送模塊和射 頻發(fā)送天線以2.4Ghz頻率段將所述手寫數(shù)據(jù)信息發(fā)送至相應的射頻接收 器；所述射頻接收天線和射頻接收模塊通過2.4Ghz頻率段接收所述手寫 數(shù)據(jù)信息。
4、 如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述手寫板通信接口為 串行通信接口或SPI接口 ；所述計算機通信接口為USB接口 。
5、 如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述射頻發(fā)送器具有唯 一地址信息，所述地址信息與所述射頻發(fā)送器連接的手寫板關聯(lián)。
6、 如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述計算機包括 Zigbee協(xié)議控制模塊，用于在Zigbee協(xié)議棧的控制下，依據(jù)所述手寫板關聯(lián)的地址信息建立多個手寫板與計算機的連接。
7、 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計算機還包括 顯示模塊，用于依據(jù)所述射頻接收器傳送的手寫數(shù)據(jù)信息進行顯示。
8、 如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述射頻發(fā)送器設置于 手寫板中。
9、 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述射頻發(fā)送天線和射 頻接收天線為F型天線。
10、 如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述手寫板為電磁感應手寫板，所述手寫數(shù)據(jù)信息包括手寫筆跡坐標數(shù)據(jù)信息和壓力數(shù)據(jù)信 臺
專利摘要本實用新型公開了一種無線、無源手寫輸入裝置，所述手寫輸入裝置與計算機無線連接，包括無線連接的手寫板和手寫筆，所述手寫筆中包括供電用的并聯(lián)諧振電路；與所述手寫板連接的射頻發(fā)送器，以及，與所述計算機連接的射頻接收器；其中，所述手寫板接收用戶的手寫數(shù)據(jù)信息，由所述射頻發(fā)送器將所述手寫數(shù)據(jù)信息發(fā)送至相應的射頻接收器，所述射頻接收器將所述手寫數(shù)據(jù)信息傳送給計算機。本實用新型為一種適用于遠距離手寫輸入的、無線無源的手寫輸入裝置，該裝置結構簡單、激活時間短、功耗小、資源占用少、成本也比較低；還能保證無線傳輸距離較長；并具有非常好的多點網(wǎng)絡連接能力。
文檔編號G06F3/033GK201207171SQ20082010800
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權日2008年5月23日
發(fā)明者商彥峰, 影 孫, 王紅崗 申請人:漢王科技股份有限公司