点式坐标输入装置制造方法及图纸

点式坐标输入装置是根据三点确定平面坐标的原理，利用固定位置上的接收器接收书写笔中所发射信号，根据所接收电信号的幅值和相位确定笔移动的坐标位置，从而实现手写文字及图形输入计算机的目的。该发明专利技术是利用电磁波的发射和接收实现的。选定的电磁波的频率抗干扰性强。由于该装置只对三个固定接收器扫描，因此采集笔的位置坐标速度快，并且结构简单，在信号处理中设计了压控振荡和计数器电路实现了模数转换，使该装置成本降得很低。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种坐标输入装置，即将手写的文字和图形转为数字信息进行实时传输的装置。目前已有的坐标输入装置主要是利用平面纵横坐标网判断笔的位置坐标，每采集一对X、Y坐标时，就必须将平面的纵横坐标网扫描一遍，影响了笔位置坐标的采集速度。12.5×12.5cm2的坐标输入板采集笔位置坐标的速度目前只达到了每秒200个坐标对，输入板面积越大，需要扫描纵坐标网越多，因此采集坐标的速度越慢。人们书写字体时运笔的速度可达到1.25米/秒。如果以这种速度书写时无论输入装置的分辩率有多高，由于受到采集速度的限制，所采集相邻两点坐标间隔在5mm以上，使手写文字和图形的采集失去大量信息，导致计算机对手写文字和图形识别的困难。获取手写文字和图形信息的好坏不仅由坐标输入装置的分辩率决定，而且还由坐标输入装置采集坐标的速度来决定。若获取较好的手写文字和图形信息，要求坐标输入装置所采集相邻两点坐标对的间隔小于0.5mm。按这个要求，当快速书写时，坐标输入装置采集笔位置坐标的速度需要达到每秒2000个坐标对，即比现有坐标输入装置的采集速度高出一个数量级。对于需要扫描一遍纵横坐标网才能得到一个坐标对的输入装置是难以达到所要求的采集坐标速度。现有投放市场的坐标输入装置基本上采用了数字化仪的技术，主要是扫描纵横坐标网确定笔的位置坐标，所不同的是有利用磁致伸缩原理，有利用电感原理，触压阻阵原理等，利用这些原理研制的坐标输入装置成本较高，结构也较为复杂。针对目前坐标输入装置存在的上述问题，本专利技术利用了三点确定平面坐标的原理。如图(1)，AB为坐标输入板的边长L，输入板另一边AC长为h。以A点为坐标原点，则笔O点的X、Y坐标分别为]>测出OA、OB、OC的长度即可通过上式得到笔的位置坐标。为了测出OA、OB、OC的长度，在笔中装上发射信号源，然后在A、B、C处分别装上点式接收器。利用该接收器接收笔中所发射信号的幅值和相位，经过线性处理，即可得到笔点O到各点接收器的距离。通过接收信号的大小，一般得到笔到接收器的距离精度在0.5mm范围，若得到很高的距离精度还需要检测接收信号的相位与笔发射源相位之差。即由单片机控制笔中发射信号的频率，再同时检测接收器中接收到信号的相位可得到相位差。用此相位差做为由信号的大小得到笔与接收器距离的误差补偿，能够使精度提高到0.1mm范围。本专利技术的实施中，为了测出OA、OB、OC的长度，笔中发射信号可以是电磁波，也可以是超声波，或者是红外光，A、B、C各点安装的是接收相应信号的点式接收器。笔中电磁波的发射源是由一个LC振荡电路实现的。超声波是笔中装有超声波振子，由于超声波是靠空气的传输，因此传播速度较慢，主要用检测相位的方法获得笔到接收器的距离。发射红外光是在笔中安装红外发光管实现的。由于超声波和红外光穿透力差，并且方向性强，作为传输信号不很理想。电磁波虽然没有上述缺点，但是容易受干扰。在研究中发现电磁波频率在65kHz—200kHz范围内抗干扰性较好，因此本专利技术实施的实例采用了电磁波作为传输信号。电磁波的发射是由一个谐振的LC振荡电路来实现，如图(2)。将它安装在笔内，作成笔式的发射源1。点式接收器是一个电感线圈2，将它安装在框架3的固定的处。经实验测得接收器中感应电流的大小与电磁波发射源的远近有关，电磁波发射源的远近与电感线圈产生感应电流的大小成指数关系，如图(3)。由于这种关系，则需要对电感线圈的感应电流进行对数放大，可获得较接近的线性关系。再经过单片机的线性处理即可实现测出OA、OB、OC长度的目的。若要确定笔O点的精确位置坐标，即要精确测出OA、OB、OC的长度(精度可达0.1mm)。不仅要测出A、B、C三点电感线圈中感应电流的大小，而且还要检测出感应电流的相位。即由单片机控制笔中发射固定频率电磁波的相位，同时检测接收电感线圈中感应电流的相位，根据这两个相位差即可得到笔O点距三个电感线圈的精确距离。如果对笔的位置坐标精度要求不高(0.5mm范围)，却需要较高的采集笔位置坐标的速度，则可以将笔做成一个单独的电磁波发射源，不需要外接联线。接收电磁波的电感线圈2，固定在一个已知大小的方框3四角处，也可以固定在方框3的边缘，如图(4)。当笔发射源能量不变的情况下，接收线圈安放在方框边缘比安放在角处做出的输入板面积大一倍。为了简化运算过程，提高笔位置坐标的处理速度，可以采用4个接收电感线圈，其中两个确定X坐标，另两个确定Y坐标。虽然多采集一个电感线圈的信息。但是简化了获得笔的X、Y坐标的运算过程，使速度得到了提高。对于大面积的坐标输入板可以有规律地安装多个接收电感线圈2，如图(5)。实际上是由多个小的输入板拼接成的一个大面积的坐标输入板，这样做只需改变一下单片机的控制程序，对于笔中发射源的能量和处理电路都无需改变。大面积的手写坐标输入装置可做挂板等用途。新专利技术的点式坐标输入装置还包括信息处理电路，如图(6)。该电路10由单片机9控制，经过多路转换4有次序地将各电感线圈2中的感应电流传输到对数放大器5中进行非线性处理；然后再经过选频、判断峰值、采样保持等处理6传输给模数转换7变成数字信号，最后再由单片机采集数据。单片机控制过程总体包括1.控制多路转换4有次序地选择一路；2.判断是否是峰值，如果是峰值则采样保持；3.打开计数器12，计数到时间t，并保持计数值；4.单片机采集数据，并将所采集的数据进一步处理，最后使数据成为笔到该接收线圈的距离，并暂存。然后重复上述过程，当采集完一组数据后，即得到笔O点到各线圈的距离后，经过上述计算公式计算得到笔O点的X、Y坐标值。最后单片机将所得到的一对x、y坐标值传输给计算机。该专利技术对计算机每获得一对x、y坐标值所需的时间小于500μs，即该点式坐标输入装置采集速度可达到每秒2000个坐标对，比扫描纵横网确定笔的位置坐标的输入装置速度快一个数量级。这样高的采集速度对于坐标的数值传输可由计算机的并行接口来实现。模数转换7部分要求转换速度快，为了达到坐标采集精度还需要A/D芯片在10位以上，一个高速10位A/D芯片的价格较高，因此该专利技术设计了一种压控振荡器11和计数器12组成的电路如图(7)代替高速10位A/D芯片。该电路的输入电压在0～1.5V范围，输出为375kHz～30MHz范围，计数器输出是12位。该电路不仅实现了10位高速A/D芯片的功能，而且成降低了10倍以上，从而使该专利技术的总体成本降低，有利于该专利技术的推广应用。权利要求1.一种用于手写文字和图形输入的点式坐标输入装置包括发射源1，接收器2，处理电路10。2.根据权利要求1所述的发射源1的特征在于发射超声波或电磁波或红外光的笔式装置。3.根据权利要求1所述的接收器2其特征在于接收超声波或电磁波或红外光的点式装置。4.根据权利要求1和3所述的接收器2其特征在于固定在一定边长的框架3的角上或边缘上。5.根据权利要求1所述的处理电路10其特征在于经过多路转换4进行对数放大5，并由压控振荡器11和计数器12组成的模数转换7。6.根据权利要求1所述的处理电路10其特征在于受控于单片机9。7.根据权利要求5所述的压控振荡器11和计数器12组成的模数转换7其特征在于具有压控振荡频率在375KHz—30KHz范围的模数转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于手写文字和图形输入的点式坐标输入装置包括：发射源１，接收器２，处理电路１０。

【技术特征摘要】

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