超声波手写键盘制造技术

本发明专利技术提供了一种超声波手写键盘，用于计算机的手写输入。在本发明专利技术中，将超声波手写定位系统中的两个或两个以上的超声波换能器，安装在普通ＰＣ机键盘侧面包括键盘外壳、活动臂在内的结构件上，并利用电缆、红外线、超声波等通信方式提供基准时间，通过检测手写笔所发射或反射的超声波，在空气中传播的渡越时间或其差值，实现手写笔的定位。系统的电路部分采用插接连接的电路板形式，安装在键盘侧面的插口内。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声传感
，主要应用于计算机多媒体技术中手写输入
，是一种在普通PC机键盘上使用超声波传感定位技术，对手写笔的位置坐标进行检测定位的装置。使用手写笔进行文字输入和功能操作，已经被广泛应用在如PC机等各种个人设备上。现有的这些设备使用的输入部件都是各种手写板，如电阻膜手写板、电磁感应手写板、电容触控手写板等几种。这些手写板产品，大部分都是以计算机外设的形态供使用者选购，小部分产品与键盘结合到了一起构成手写键盘供用户使用。这些种类的手写板和手写键盘分别有如下缺点第一，因原材料和工艺的原因，生产成本居高不下，严重地限制了这类产品在包括中国在内、最需要手写功能的藏汉语系国家内普及使用。第二，这类产品的生产成本随其有效使用面积的增大而迅速增加，因此现有售价稍低的产品，包括手写键盘在内，使用面积都不大，不能满足用户的多种需求。第三，成本相对较低的电阻膜产品，受其原理和材料限制而使用寿命较短，尺寸越大越容易损坏；而且当其面积达到一定数值之后，生产成本也讯速攀升。第四，对于手写键盘，因为手写板安装在键盘上而破坏了键盘键位的分布，而且手写板的位置较高，所以不适合一般用户的使用习惯。第五，现有产品都需要一块供手写笔书写的“底板”作为传感器，因此对于同时还使用鼠标的用户，手写板的安放位置也是一个问题。现有另外的一类技术，是使用超声波来实现手写笔位置坐标的检测，如号码为5,637,839和5,308,936的美国专利申请所公开的手写输入技术、申请号或专利号为98101325.2、98101663.4、98242235和98247481.2的中国专利申请，以及申请号为00222081.0的专利所公开的在其它产品上的应用，都提供了一种利用声波或超声波技术对写字笔、触摸点的坐标进行传感、检测的技术，应用于计算机多媒体输入领域。中国专利99207552.1还公开了一种可以用于上述专利的超声波换能器。这些专利申请所公开的技术，提供了一种新的手写输入手段，具有生产成本低的优点，具有广泛的应用潜力。但这些
技术实现思路
，对于产品的生产和使用者来讲，依然有着各种各样的缺点有的同样需要一块“底板”，而且传感器的成本较高；有的只是公开了一种原理而缺少具体应用的结构；有的是在其它产品上的应用。对于最终用户而言，他们需要的是一种价格底、使用方便的产品或功能，这些技术都不能满足这种需求。本专利技术的目的，就是针对上述的缺点和问题，突破前述超声波传感技术的应用模式，公开了一种将超声波手写输入技术与PC机键盘集成应用的技术方案，向用户提供一种售价低廉、使用方便的超声波手写键盘。完成这一专利技术目的的技术方案有四种，它们的共同内容，都包含一个PC机键盘，一套由超声波发射器及其发射电路、多个超声波接收器及与其配合的超声波信号接收处理电路通道；以及用于检测超声波在空气中传播的渡越时间的单片机系统；和一只手写笔构成的超声波手写笔位置坐标检测传感系统；在本专利技术中，所述的超声波手写笔位置坐标检测传感系统中的超声波换能器，至少有两只安装在PC机键盘壳体侧面的结构件上，并且其坐标位置在某一指定坐标系内是已知的；这些接收传感器的超声波传感工作面指向壳体外部的空间。对于不同的具体结构，本专利技术有如下四个同一原理而不同细节的技术方案。第一种方案在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有2只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收传感器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器，该发射器通过一条电缆，与手写笔位置坐标检测传感系统内的超声波发射电路相连接；超声波接收传感器配合手写笔位置坐标检测传感系统，测量得到超声波从发射器到2个接收器的渡越时间。由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以通过电缆的同步计时，再通过设备内的微处理器计算，就可以得到超声波发射器，即手写笔的书写端在某个时刻在上述制定坐标系内的坐标值。第二种方案在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有3只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收传感器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器和一套超声波脉冲发生、控制、驱动电路。超声波接收传感器配合设备内部的超声波接收电路、计时电路，能够测量得到超声波从发射器到3个接收器的渡越时间的差值。由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以再通过设备内的微处理器计算，就可以得到超声波发射器在这一指定坐标系内的坐标值。这里的3只传感器中的任何一只及其配套连接的信号处理电路，都可能起着计时时间基准的作用，其接收到的超声波信号的时刻，作为检测其它2只传感器与该传感器之间渡越时间差值检测的基准。第三种方案在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有2只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波接收器；在手写笔的书写端安装有1只超声波发射器和一套超声波脉冲发生和驱动电路；该发射器及其驱动电路，通过包含红外线、无线电波及其发射、接收电路来标定计时的时间基准，启动与超声波接收器配合的接收电路、计时电路，就能够分别测量得到超声波从发射器到2个接收器的渡越时间。同上所述，再经过设备内的微处理器的计算，就可以得到该发射器，即手写笔书写端在某个时间点上在这一指定坐标系内的坐标值。第四种方案在PC机键盘壳体侧面的结构件上，面向壳体外部，安装有3只坐标位置在某一指定坐标系内已知的超声波传感器；这些传感器中有2只是超声波接收器，1只是超声波发射器；在手写笔的书写端安装有一个超声波反射器。超声波发射器、接收器超声波脉冲发生和驱动电路、超声波接收电路、计时电路，能够测量得到超声波从发射器被发射出，到被反射器反射，分别到达2接收器这个过程的渡越时间。同上所述，再经过设备内的微处理器的计算，就可以得到该反射器，即手写笔书写端在某个时间点上在这一指定坐标系内的坐标值。在上述四种方案中，只要连续检测手写笔的书写端在不同时间点的坐标值，就形成了运动轨迹。这四种方案所涉及到的超声波脉冲的发生、驱动、接收和计时电路部分，以及微处理器的计算过程，都是现有的成熟技术，具体细节请参见上述的专利文件，以及专利号为98242237的专利文件，在此不再详述。这里所述换能器，泛指超声波发射和接收器，工作面是指超声波换能器发射或接收超声波的表面。对于超声波手写笔位置坐标检测传感系统的电路部分，有两种安装方式第一种是直接安装在键盘壳体的内部；第二种是以电路板卡的形式，通过键盘壳体上的插口安装到键盘上，供使用者选购。这里所说的PC机键盘壳体侧面的结构件，可以是键盘壳体的侧面，也可以是在该壳体上连接的折叠臂，以及与壳体通过滑动卡槽、插孔安装的伸缩臂等结构件。综合上述技术特点，可以看到本专利技术的超声波手写键盘有如下优点第一，普通的手写板或手写键盘，输入传感器的成本占到总成本的70％以上，而本专利技术中使用的超声波换能器的价格非常低廉，只占手写板或手写键盘总成本的1/15-1/10，极大地降低了手写板或手写键盘的成本，奠定手写输入的普及的基础；第二，由于超声波换能器占总成本的比例非常低，所以可以实现在所有键盘上都预装传感器，为所有用户预装“手写输入”功能而基本上不影响键盘的成本和功能，再将电路部分做成“板卡”形式供用户单独选购，这样可以达到极大的市场占有率，进一步为本专利技术的普及创造条件第三，因为由于超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波手写键盘，该键盘包含有一个ＰＣ机键盘，一套由超声波发射器及其发射电路、多个超声波接收器及与其配合的超声波信号接收处理电路通道；以及通过端口与上述电路的信号输出端相连接，至少包含有检测超声波在空气中传播的渡越时间的执行代码的单片机系统；和一只手写笔构成的超声波手写笔位置坐标检测传感系统，其特征在于：所述的超声波接收器安装在所述键盘壳体侧面的结构件上，其位置坐标在某个指定的坐标系内是已知的；这些接收传感器的工作面面向壳体外部的空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，
申请(专利权)人：北京青谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]