带有坐姿监视功能的超声波手写板制造技术

一种带有坐姿监视功能的超声波手写板，在不影响手超声波写板手写输入的功能的基础上，通过增加一套用于改变超声波检测的方向的机械装置，使超声波换能器能够或者沿手写板书写平面方向发射或接收超声波；或者向手写板前方的空间内发射超声波或接收来自该方向的超声波；使用与手写板一样的原理和技术，来测量被监测者头部的绝对或相对位置，实现坐姿监测目的。针对现有四种类型的超声手写板，本发明专利技术给出了实现在二维或者三维空间内对被监测者的头部位置实施监测的多种实施例，还给出了一个通过新增一路收发兼用的超声波换能器、实现三维空间监测的实施例。本发明专利技术大大扩展超声波手写板的使用范围，将超声波手写板的应用扩展到了学习保健方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以用于监视使用者读写时坐姿的超声波手写板，属于计算机手写输入
的扩展应用，尤其是以超声波测距技术为基础的坐标测量技术在日常保健产品上的应用。
技术介绍
对于普通人而言，通常监视其头部的位置，就基本上能确定其读写时的坐姿是否良好。而现有的超声波手写板只能用于计算机的图文手写输入，如美国专利US5283558、US6147681，号码为ZL98248471.2、ZL98101663.4、ZL00133388.7等中国专利所公布的各种用于超声手写输入的技术方案，以及CN98101325.2、CN01144415.0、CN01140294.6、CN01140296.2、CN01140297.0等中国专利申请所公布的技术方案，均无可以附带有坐姿监视功能的产品和技术。根据手写笔的结构和超声波接收器(简称接收器)的数量，可以将其现有超声波手写板(简称手写板)分为以下几种类型第一种，两点有线型，手写笔中带有超声波发射器(简称发射器)，接收部分有两只接收器，超声发射驱动电路和接收部分一起安装在手写板的外壳之内，与发射器通过导线连接。第二种，两点无线型，手写笔中带有发射器及其驱动电路，还带有一个一般使用红外线传输同步电路，用来同步发射和接收，接收部分有两只接收器，安装在手写板的外壳之内。第三种，三点无线型，手写笔中带有发射器及其驱动电路，接收部分有三只接收器，安装在手写板的外壳之内。第四种，无线反射型，手写笔笔尖部分能反射超声波但没有发射器，甚至可用手指代替手写笔，但系统中有抬笔落笔检测单元或结构，外壳内有两只接收器和一只发射器。申请号为200610002011.9的中国专利申请公开了一种基于超声波测距技术的坐姿监视技术方案，但是没有手写输入功能。考察同属于文化以及保健用品的其它产品，现有用于监视甚至校正中小学生读写时的坐姿、防止近视和不良体态的保健用品，基本上都是机械结构的产品，如安装在文具盒上的折叠式限位杆等。曾经出现过的电子产品是挂在使用者耳朵上的坐姿监控器。这些产品技术或产品都有使用不方便、容易分散被监测者的精力、舒适性较差等缺点，实用性比较差。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是利用超声波测距技术的原理，在不影响手超声波写板手写输入的基本功能且基本上不增加产品成本的基础上，公开了一种将超声波手写板附加上坐姿监视功能的技术方案，通过对被监测者头部的空间位置进行监测，来实现坐姿监测目的。分别考察超声波在坐姿监测和手写板这两方面的应用方式，可以看到他们的基本原理一样，使用的元器件也基本相同，因此针对上述的四种手写板，本专利技术采用了如下技术方案本专利技术包含有一支手写笔，由一组超声波换能器及其配合的驱动和信号处理、抬笔落笔检测电路、构成手写板主体并在其中安装换能器的外壳及结构件，以及用于控制整个系统工作的微控制器系统所构成的手写板；其中超声波发射器可以安装在手写笔中，也可以与超声波接收部分一起安装在所述的外壳之内；其改进之处在于所述手写板上还包含有一套用于改变超声波检测的方向的机械装置，使所述换能器能够或者沿手写板书写平面方向发射或接收超声波；或者向手写板前方的空间内发射超声波或接收来自该方向的超声波；所述机械装置或者是下述结构中的一种，所述换能器通过所述壳体或结构件安装在该机械装置上A.一个转轴，超声波换能器围绕该转轴旋转来改变换能器的发射和接收方向B.一套真空或磁力吸盘，通过吸附在不同的表面上来改变换能器的发射和接收的方向；C.一套弯曲的滑轨，超声波换能器在滑轨上运动而改变换能器发射或接收的方向；D.一套安装夹具，通过改变夹持的部位或方式，来改变换能器的发射和接收的方向；或者，在超声波换能器的前方的一块反射角度可变的反射板，通过调节反射板的反射角度来改变所述换能器发射或者接收的超声波的方向；或者是所述各种结构的混合；并且，在所述手写板的电路中，还包含有一个通过I/O端口与所述微控制器系统相连接的警示告知单元；在所述的微控制器系统的非易失性存储器中，还存储有当手写板用于坐姿监测时，控制超声波发射器和接收器采集超声波在空间传播的时间、计算被监测者头部绝对或相对位置的数值计算、并判断是否需要控制所述警示告知单元动作的可执行代码；以及一组用来判断被监测者头部的位置是否在设定的警告区之内的判定参考值；所述可执行代码模块通过一个与所述微控制器相连接的开关来控制其启动。上述技术方案可以实现对被监测者头部在二维空间内的检测，在某些情况下已经基本上能满足实际的需要，但是更好的技术方案是实现对被监测者的头部在三维空间内的绝对或者相对位置的检测，并且如果进一步希望被监测者的头上或身上不附带任何辅助部件，并且实现最低的成本目标，则可以都调整为一路发射器加上三路不位于同一直线上接收器的结构，同时，还可以将其中的一路接收器用收发共用的超声波换能器替换。如果是新增加的接收器，可以与其它两只现有的接收器中的一只共用一套信号接收处理电路。这样，本专利技术在用于坐姿监视时就可彻底脱离手写笔的束缚，为使用者提供更大的方便性和舒适性。根据上面对本专利技术的技术方案的描述可知，使用本专利技术中的某种具体的技术方案，能够在几乎不增加手写板生产成本的条件下，将手写板的使用范围扩展到了学习保健方面。附图说明图1基本手写板与本专利技术的几何学原理之间的关系的示意2二维空间监测区域示意3本专利技术的基本安装结构示例的侧视示意4使用安装夹具或吸盘安装本专利技术的手写板的侧视示意5使用滑轨安装本专利技术的超声波手写板的侧视示意6超声波反射板的安装位置侧视示意7超声波发射源在发夹或者发带上的安装示意8超声波手写笔在发带或者发夹上的安装示意9超声波手写笔在接收器的壳体上的安装示意10本专利技术电路系统的一种总体结构方框11一种使用收发共用的超声波换能器时换能器与电路连接的原理图具体实施方式首先根据图1说明本专利技术的在二维或者三维空间内对被监测者实施检测的几何原理。在图1中，101是坐在书桌104前面的椅子105上的被监控者的头部，102是安装超声波手写板的书写底板，或支撑板。用作坐姿监视时，超声波手写板放置或安装在被监测者面部的前方，因为本专利技术的一种结构需要被监测者的头面部反射超声波，才能实现对其头部位置的监测。由于人体的其它部位对超声波的反射不如额面部好，所以本专利技术中手写板放置在人体额面部的前方。图中XYZO是设定的参考坐标系，点P1(x1，y1，z1)、P2(x2，y2，z2)是原手写板上的两个接收器，这两个接收器既可以接收由手写笔103发射的或者反射超声波发射器P0(x0，y0，z0)发射的超声波，也可以接收由被监测者的头面部的反射点P(x，y，z)反射发射器P0所发射的超声波。如果实施二维的检测，对于前述前第一、二种结构的手写板，只需要这两只接收器和一个发射源即可让接收器面对着被监测者，将手写笔夹持在使用者的发夹或者衣领上，甚至插在衣服上边的口袋里让发射器露在外面，都能实现一定程度的监测功能；对于前述的第三种手写板，虽然有三个接收器P1、P0和P2，多了一个距离D0，但基本原理相同，详细内容可参考前述的现有技术，其手写笔同样可与第一、二种以相同的使用方式用于监测。对于第四种反射结构的手写板，只要让发射器也一同面向被监测者，即可实现上述监测功能。图2给出了实施所述二维监测的监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有坐姿监视功能的超声波手写板，包含有一支手写笔，由一组超声波换能器及其配合的驱动和信号处理、抬笔落笔检测电路、构成手写板主体并在其中安装换能器的外壳及结构件，以及用于控制整个系统工作的微控制器系统所构成的手写板，其中超声波发射器可以安装在手写笔中，也可以与超声波接收部分一起安装在所述的外壳之内，其特征在于：所述手写板上还包含有一套用于改变超声波检测的方向的机械装置，使所述换能器能够或者沿手写板书写平面方向发射或接收超声波；或者向手写板前方的空间内发射超声波或接收 来自该方向的超声波；所述机械装置或者是下述结构中的一种，所述换能器通过所述壳体或结构件安装在该机械装置上：Ａ．一个转轴，超声波换能器围绕该转轴旋转来改变换能器的发射和接收方向；Ｂ．一套真空或磁力吸盘，通过吸附在不同的表面上来 改变换能器的发射和接收的方向；Ｃ．一套弯曲的滑轨，超声波换能器在滑轨上运动而改变换能器发射或接收的方向；Ｄ．一套安装夹具，通过改变夹持的部位或方式，来改变换能器的发射和接收的方向；或者，在超声波换能器的前方的一块反射 角度可变的反射板，通过调节反射板的反射角度来改变所述换能器发射或者接收的超声波的方向；或者是所述各种结构的混合；并且，在所述手写板的电路中，还包含有一个通过Ｉ／Ｏ端口与所述微控制器系统相连接的警示告知单元；在所述的微控制器系统的非易 失性存储器中，还存储有当手写板用于坐姿监测时，控制超声波发射器和接收器采集超声波在空间传播的时间、计算被监测者头部绝对或相对位置的数值计算、并判断是否需要控制所述警示告知单元动作的可执行代码；以及一组用来判断被监测者头部的位置是否在设定的警告区之内的判定参考值；所述可执行代码模块通过一个与所述微控制器相连接的开关来控制其启动。...

【技术特征摘要】
1.一种带有坐姿监视功能的超声波手写板，包含有一支手写笔，由一组超声波换能器及其配合的驱动和信号处理、抬笔落笔检测电路、构成手写板主体并在其中安装换能器的外壳及结构件，以及用于控制整个系统工作的微控制器系统所构成的手写板，其中超声波发射器可以安装在手写笔中，也可以与超声波接收部分一起安装在所述的外壳之内，其特征在于所述手写板上还包含有一套用于改变超声波检测的方向的机械装置，使所述换能器能够或者沿手写板书写平面方向发射或接收超声波；或者向手写板前方的空间内发射超声波或接收来自该方向的超声波；所述机械装置或者是下述结构中的一种，所述换能器通过所述壳体或结构件安装在该机械装置上A.一个转轴，超声波换能器围绕该转轴旋转来改变换能器的发射和接收方向；B.一套真空或磁力吸盘，通过吸附在不同的表面上来改变换能器的发射和接收的方向；C.一套弯曲的滑轨，超声波换能器在滑轨上运动而改变换能器发射或接收的方向；D.一套安装夹具，通过改变夹持的部位或方式，来改变换能器的发射和接收的方向；或者，在超声波换能器的前方的一块反射角度可变的反射板，通过调节反射板的反射角度来改变所述换能器发射或者接收的超声波的方向；或者是所述各种结构的混合；并且，在所述手写板的电路中，还包含有一个通过I/O端口与所述微控制器系统相连接的警示告知单元；在所述的微控制器系统的非易失性存储器中，还存储有当手写板用于坐姿监测时，控制超声波发射器和接收器采集超声波在空间传播的时间、计算被监测者头部绝对或相对位置的数值计算、并判断是否需要控制所述警示告知单元动作的可执行代码；以及一组用来判断被监测者头部的位置是否在设定的警告区之内的判定参考值；所述可执行代码模块通过一个与所述微控制器相连接的开关来控制其启动。2.根据权利要求1所述带有坐姿监视功能的超声波手写板，其特征在于所述一组超声波换能器中有两只接收器和一只发射器，并且发射器及其驱动电路安装在手写笔之中；在安装所述超声波接收器的同一壳体内，还安装有另外一套由所述微控制器系统控制的超声波发射器及其驱动电路；所述用于控制超声波发射接收的周期代码模块中，包含有控制该套超声波发射电路工作的代码。3.根据权利要求1所述带有坐姿监视功能的超声波手写板，其特征在于所述一组超声波换能器中有两只接收器和一只安装在手写笔之中的发射器，发射器的驱动电路在安装所述超声波接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，
申请(专利权)人：刘中华，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]