手写动作输入笔

1.一种手写输入笔，由书写开关(1)、开关电路(2)、动作传感 器(3)、信号处理电路(4)以及输入/输出接口(5)组 成，其特征在于：
所述书写开关(1)是由压敏开关或触摸开关或感应开关组成 的，或由两个导电电极M、N构成的；
所述开关电路(2)是由集成电路构成的，从书写开关(1) 获取信号的，输出信号加在信号处理电路(4)上的放大电路或脉 冲电路或模/数转换电路；
所述动作传感器(3)是由单轴加速度传感器、双轴加速度传 感器、三轴加速度传感器、倾角传感器之一以及电阻、电容组成 的，输出信号加在信号处理电路(4)上的换能电路；
所述信号处理电路(4)是由单片机、电阻、电容、晶振组成 的，从动作传感器(3)和/或书写开关(1)接收信号的，输出 信号加在输入/输出接口(5)上的微处理器电路，其中的单片机 是8位～64位的；
所述输入/输出接口(5)是由接口驱动芯片以及电容组成的， 从信号处理电路(4)收取信号并将信号输向电脑的，同时接纳外 部参比信号，并将该参比信号输向信号处理电路(4)的输入/ 输出适配器，其中的接口驱动芯片是采用RS-232系列或USB系列 适配器的；
其中，信号处理电路(4)将动作传感器(3)产生的电信号， 跟所述的参比信号进行比对，当动作信号符合参比信号的比对条 件时，就产生确认信号，否则，产生否认信号。
2.根据权利要求1所述的手写输入笔，所述的信号处理电路(4) 同ROM和/或RAM相连接。

所属技术领域。\n本发明涉及一种手写输入笔，属于信息产业硬件技术领域。\n背景技术。\n已有的手写输入装置有三大类，第一大类是“屏框触控式”，第 二大类是“反射检测式”，第三大类是“笔型鼠标”。第一大类“屏 框触控式”中，可分为以下几种：(1)“红外线触控屏”，其特点是， 在框架四边排列了红外线发射管和接收管，当框内出现物体时，会挡 住经过该位置的横、竖两路红外线，据此，便可立即测出该点坐标。 “红外线触控屏”通常应用在公共场所的银行自动柜员机上。其缺点 是：红外线发射管寿命较短，接收管易受环境中强光的干扰。(2)“阻 抗式触控屏”，其特点是，用笔形物在触控屏上书写，笔迹通过触控 屏上的阻抗薄层或导电点阵或压力传感器转变为电信号输出。应用的 实例之中，有公共场所的信息服务设备和“个人数字助理(PDA)”等。 这种装置的缺点是：触控屏制造成本较高，并且，触控薄层或点阵易 受磨损。(3)“电磁感应写字板”。其特点是，在电磁感应数字板 (electromagnetic digitizer)上进行书写时，借助内含电磁线圈 的特殊电子笔，用感应的方式来移动光标，而不需直接接触屏幕，因 此能够有效延长屏幕的寿命。应用的产品有：Compaq TC1000笔记本 电脑以及惠普、Acer、联想和优派等公司出品的手写输入电脑。这种 装置的缺点是：电磁感应写字板制造成本较高，并且，必须在专用的 电磁感应数字板上进行书写。(4)“超声波定位框”。超声波的特点 是沿直线传播，可以定向发射。通常利用它进行物体的定位与探测， 可以用来测知笔的移动。通常用于“声位笔”和“表面声波触摸屏”。 这种装置的缺点是：功率消耗较大，并且易受强噪声干扰。第二大类 “反射检测式”手写输入装置，如“电光扫描笔”、“光电式手写鼠标 笔”等，其特点是，利用书写笔上的光传感器，测知笔的移动。代 表性的产品是瑞典C-Pen公司的C-Pen 800C笔形PDA。这种装置的 缺点是：必须在印满字的纸上进行书写才能提高准确度。第三大类 “笔型鼠标”，其工作原理同鼠标器一样，缺点是分辨率较低，机 械结构易损坏。已有的所有手写输入装置都必须有软件配合才能使 用。\n发明内容。\n本发明的目的在于：克服已有手写输入装置的缺点，提供一种能 在任何东西上书写的、结构较简单的、制造成本较低的手写输入装置。 本发明通过利用动作传感器，将书写时的动作转变为电信号，借以测 知笔的运动，从而实现本发明的目的。下面，说明本发明的组成、电 路连接和工作原理。\n本发明主要由书写开关，开关电路，动作传感器，信号处理器和 输入/输出接口组成。\n书写开关可感知输入笔是否受到书写时的压力，旨在发出进行书 写的信号，和/或感知写字时用力的轻重。书写开关主要由压敏开关 或触摸开关或感应开关组成，也可以用两个导电物构成：两个导电物 相距很近，在受到书写压力时会互相接触，令开关处于导通状态；当 然，两个导电物也可以分开，例如：一个导电物置于笔尖上，另一个 导电物呈平板状，当笔尖接触此平板时，就形成开关导通状态。\n书写开关受压的信号输送到开关电路，或直接输送到信号处理电 路。开关电路的功能是增强书写开关给出的信号，该电路是用电阻、 电容、集成电路或晶体管等电子元件连接而成的放大电路或脉冲电路 或模/数转换电路，它输出的信号，可以输送给信号处理电路，也可 以直接输出。开关电路可以被省却，让书写开关接至信号处理电路或 直接输出。\n动作传感器的功用是：将书写时的动作转变为电信号的变化。它 用加速度传感器或倾角传感器或动作敏感部件以及电阻、电容相连构 成，它所产生的电信号输送到信号处理电路，也可以直接输出。\n信号处理电路由单片机、电阻、电容、晶振或陶瓷振荡器、RAM、 ROM等器件连接而成。视单片机的不同，可以省却RAM、ROM。信号处 理电路的功能是：接收书写开关或开关电路所输出的信号。在收到进 行书写的信号之后，信号处理电路的处理程序就启动，并对动作传感 器输出的信号进行编码，然后驱动输入/输出接口，进而将源自动作 传感器的信号输向电脑或其他装置。信号处理电路还具有信号比对功 能以及储存参比信号的功能。所谓参比信号就是一组与书写动作对应 的电变化，它被用作模板，去同另一组电变化相比较。信号处理电路 的输出信号，经由输入/输出接口向外输出，或者直接输出。\n输入/输出接口主要是由输入/输出适配器构成，例如RS232串口 驱动芯片，或USB，或ATA，或其他串、并口驱动芯片等等，也可以不 使用适配器，直接输入或输出。输入/输出接口的功能是：\n(1)接收来自处理电路的信号，并将信号输向电脑，或输向无线发 射电路，或输向其他装置；\n(2)接纳参比信号，并将参比信号输向信号处理电路。\n当进行书写时，书写开关因受压而输出信号，令开关电路的R端 产生增强的开关信号，该信号传送至信号处理电路，处理程序启动， 并对输入的开关信号进行处理；同时，书写的动作使动作传感器上、 下、前、后、左、右晃动，导致动作传感器产生与动作对应的电信号。 该信号经S端和/或T端输送到信号处理电路进行处理，并且，可 以同储存在信号处理电路内的参比信号进行比对，或者跟由输入/输 出接口的IN1和/或IN2所输入的参比信号进行比对。输入/输出接 口的IN1和/或IN2还可以同外部装置(例如读卡装置)相连结，由 外部装置(例如读卡装置)提供参比信号。当书写或签字动作信号符 合参比信号的比对条件时，就通过输入/输出接口中的OUT1和/或 OUT2输出确认信号；不符合时，则输出否认信号。信号处理电路也 可以不启动比对功能而将处理后的信号直接经由OUT1和/或OUT2输 出，供电脑或无线发射电路或其他外部装置使用。\n手写动作输入笔可以做成“无线发射笔”。“无线发射笔”是由书 写开关、动作传感器、无线发射电路、无线接收电路、信号处理电路、 输入/输出接口连接、耦合组成。进行书写时，书写开关就开始工作， 动作传感器将动作转变为电信号的变化，该信号被送到无线发射电 路，以电磁波或红外线或超声波的形式向周边传播。当无线接收电路 接收到无线发射电路所发射的电磁波或红外线或超声波之后，就将信 号放大、检波，然后馈送到信号处理电路，再通过输入/输出接口输 出。“无线发射笔”中的无线发射电路，可以采用任何形式的电磁波 发射线路，或红外线发射线路，或超声波发射线路。而无线接收电路 是由半导体元件以及电阻、电容和/或电感组成的电子线路。\n本发明的有益效果是，由于结构简单，所以成本较低，又因为无 须书写板或书写框，因此，能在任何东西上书写，甚至可以在空中书 写。当然，同其他的手写输入装置一样，手写动作输入笔也必须有软 件配合才能使用。\n与现有技术相比，本发明有以下优点：\n1.本发明涉及的手写动作输入笔，无须专用的“书写屏”、“写字 板”或“超声波框”，因此，外形小巧，制造成本低。\n2.手写动作输入笔，不象“电光扫描笔”那样，要求最好在印满字 的纸上进行书写。本发明所涉及的书写动作输入笔，可以在任何 东西上书写，甚至可以在空中书写。\n3.手写动作输入笔，在机械结构上，比“笔型鼠标”要简单，使 用寿命更长。\n4.手写动作输入笔，检测的是对应书写动作的动态信息，由于动态 信息不可见，所以极难模仿，用于认证装置中，比密码更为可靠； 比指纹、面容和虹膜认证装置的制造成本要低很多。\n5.由于本发明涉及的手写动作输入笔提供的是三维立体输入。这种″ 三维输入设备″不仅可以用作三维游戏操纵杆，而且可以用作哑语 的输入设备。由于体积小，所以使用灵活、方便。\n6.无线发射笔安放在肢体上，可测知运动员姿态参数的变化。\n7.将无线发射笔安放在人的身上。可以用动作姿势来演奏电子乐器 或操纵其他 电动装置。\n8.将手写动作输入笔安置在微型操纵杆上，可以制成“动作密码锁”。\n由于微小动作极难模仿，且不能从口头或书面获得，也不能用复 制或翻模的方法取得，因此不会失密。\n9.由于手写动作输入笔的结构简单，可以制成便携的离线(脱机) 签名认证设备。\n附图说明。\n下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。\n图1是手写动作输入笔实施例1的外观结构示意图。图2是实 施例1的方框图，其中1是书写开关，2是开关电路，3是动作传感 器，4是信号处理电路，5是输入/输出接口。图3是“无线发射笔” 的结构框图。其中1是书写开关，3是动作传感器，6是无线发射电 路，7是无线接收电路，4是信号处理电路，5是输入/输出接口。图 4是实施例1的电子线图路。图5是实施例2“电磁波式无线发射笔” 中发射部分的电子线路图。图6是实施例3“红外线式无线发射笔” 中发射部分的电子线路图。\n具体实施方式。\n以下结合实施例的附图，对本发明具体实施方式作进一步的描述。 图1是实施例1的外观结构示意图，图4是实施例1的电子线路图。\n由图4显示，实施例1主要由书写开关1(M、N)，动作传感器A1， 单片机MCU1，接口驱动芯片IC1，非门L1：A以及一些电阻、电容等 电子元件组成。其中，动作传感器可以用单轴型，或双轴型，或三轴 型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。接口驱 动芯片可以采用RS-232系列或USB系列，也可采用ATA系列或其他 串、并口驱动芯片。非门可以采用其他的脉冲电路或晶体管电路。\n实施例1中的电路联结如下(参见图4)：\n动作传感器A1的S端、T端联接单片机MCU1的输入端，单片机 可以采用8位～64位的，在本例中，单片机MCU1采用8位的，其输 入端设定为INTO和INT1，也可以设定为其它端口。单片机MCU1的 输出信号联接到串口驱动芯片IC1。在本例中，单片机MCU1的输出 端口设定为P1.6和P1.5，也可以设定为其它端口。本例中的串口驱 动芯片IC1第9脚和第10脚分别同单片机MCU1的P1.6和P1.5相连； 而串口驱动芯片IC1的两个输出端(第7脚和第8脚)，分别同RS-232 插座的第2脚和第3脚相接。\n外部的参比信号经由IN1、IN2同单片机MCU1的P1.0和P3.7相 联，也可以不联向P1.0和P 3.7而联向其它端口。\n书写开关1具有两个接触端：M、N。在本例中，N接地，而M同 非门L1：A的第1脚相接；非门L1：A的输出端是第2脚，经R端同单 片机MCU1的P3.4相接，也可以同单片机MCU1的其它端口相接。\n在本例中，当书写时，书写开关1的M、N端会因受到压力而相互 接触，於是开关电路2的非门L1：A第2脚输出一个高电平，该高电 平加至信号处理电路4的单片机MCU1的P3.4(第8脚)。单片机MCU1 在接收到该高电平之后，启动工作程序；与此同时，动作传感器3中 的A1，输出伴随书写动作而产生的电信号，该电信号经由输出端口S、 T传送到信号处理电路4的单片机MCU1的INTO(第6脚)和I NT1(第 7脚)，此时单片机MCU1内部的处理程序，开始对输入信号进行处理； 同时，跟经由P1.0(第12脚)、P3.7(第11脚)输入的、来自IN1、 IN2的参比信号进行比对，以判断其相似的程度，当相似程度达到一 定值时，便产生认可信号，否则产生拒认信号。认可信号或拒认信 号从单片机MCM1的P1.6(第18脚)和P1.5(第17脚)输出，输 向输入\输出接口5中的串口驱动芯片IC1的第9脚和第10脚，然 后从串口驱动芯片IC1的第7脚和第8脚通过RS-232插座第2脚和 第3脚输出。\n实施例2是一种电磁波式无线发射笔。图5是实施例2中发射部 分的电子线路图。图5显示，实施例2的发射部分主要由书写开关1 (M、N)，动作传感器A1，半导体元件V1、V2以及一些电阻、电容、 电感等电子元件组成。其中，动作传感器A1可以用单轴型，或双轴 型或三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。 图5中的电路联结如下：书写开关1(M、N)将整个电路同电源连接 在一起。动作传感器A1的S端、T端联接V1、V2的输入端(基极)， V1同R2、R3、C4、C5、C6一起，构成振荡电路，其输出通过C7耦 合到微型天线F1。V2同R4、R5、C8、C9、C10一起，构成振荡电路， 其输出通过C11耦合到微型天线F2。\n实施例3是一种红外线式无线发射笔，图6是实施例3中发射部分的 电子线路图。图6显示，该发射部分，主要由书写开关1(M、N)， 动作传感器A1，时基电路IC2、IC3以及一些电阻、电容和红外发光 管等电子元件组成。其中，动作传感器A1可以用单轴型或双轴型或 三轴型加速度传感器，也可以采用倾角传感器，或动作敏感部件。实 施例3中的电路联结如下：书写开关1(M、N)将整个电路同电源连 接在一起。动作传感器A1的S端、T端分别联接时基电路IC2和时 基电路IC3的输入端(第4脚)。时基电路IC2同C15、C16、R7、R8 一起构成载频振荡器，其4脚受A1输出信号S的调制，调制后的载 波信号由3脚输出，经R9驱动红外发光二极管L1、L2、L3。这些红 外发光二极管可以省却为一个或两个。时基电路IC3同C17、C18、 R10、R11一起构成载频振荡器，其4脚受A1输出信号T的调制，调 制后的载波信号由3脚输出，经R12驱动红外发光二极管L4、L5、 L6。这些红外发光二极管可以省却为一个或两个。