便于移动的数字存储手写笔

1.一种便于移动的数字存储手写笔，与能记录手写内容 的电子输入设备相连，在所述手写笔笔体内有一个对笔的三 维运动进行采集和处理的电子装置，其特征在于，电子装置 中含有一个电子运算部件，它包含一个用于处理传感器数据 的微处理器，该微处理器连接到一个用于存储加速度数据的 存储芯片，由该芯片再连接到一个用于采集加速度的至少二 维的加速度传感器，以及一个置于笔头部分用于采集笔芯压 力的压力传感器和一个用于数据传送的端口；该电子运算部 件还包含一个能测量出笔在当前位置倾斜度的陀螺仪，在整 体结构上将手写笔与采集和处理三维运动的电子装置安装 为一体，该笔体端部设有一个笔套，笔正面的开关按钮通过 笔套的插上和拔下实现笔的开、关，该笔套拔下后笔加电。
2.根据权利要求1所述的便于移动数字存储手写笔， 其特征在于，所述数据传送端口，采用无线通讯端口或有线 端口。
3.根据权利要求1所述的便于移动数字存储手写笔， 其特征在于，在该手写笔笔体内部还设置有电池、电池盒组 成的供电部分及一块承载电路板。

技术领域\n本发明涉及一种电子移动输入设备，特别针对手写的文 字和图画输入的数字存储手写笔。\n背景技术\n已知的手写输入设备使用一种用电敏材料制成的底板。 当特制的输入笔在底板上移动时，电敏材料输出的电信号 产生变化，从而达到对笔迹的输入，并传输给计算机。\n其他还有利用超声波或光电原理对笔迹进行识别的类似设备。\n以上的所有方法都有相当的局限性。对纸张的大小有限 制，并且分辨率不高。另外，欧洲专利EP1032919B1中所描 述的发明虽然也用到了加速度传感器，但它只是对传感器 输出信号直接进行关联分析，以达到文字和图标的识别， 而不是存储笔的运动，故无法实现图象复原，所以在功能方 面仍存在较多缺陷。\n发明内容\n本发明的目的，是创造一种无需特殊底板就能实现数字 存储和手写的移动手写输入设备。它可以把手写内容通过有 线或无线方式在计算机或掌上电脑等载体上实现图像复原。\n本发明的上述目的可通过以下技术方案来实现，一种便 于移动的数字存储手写笔，与能记录手写内容的电子输入设 备相连，在所述手写笔笔体内有一个对笔的三维运动进行采 集和处理的电子装置，其特征在于，电子装置中含有一个电 子运算部件，它包含一个用于处理传感器数据的微处理器， 该微处理器连接到一个用于存储加速度数据的存储芯片，由 该芯片再连接到一个用于采集加速度的至少二维的加速度 传感器，以及一个置于笔头部分用于采集笔芯压力的压力传 感器和一个用于数据传送的端口；该电子运算部件还包含一 个能测量出笔在当前位置倾斜度的陀螺仪，在整体结构上将 手写笔与采集和处理三维运动的电子装置安装为一体，该笔 体端部设有一个笔套，笔正面的开关按钮通过笔套的插上和 拔下实现笔的开、关，该笔套拔下后笔加电。\n所述数据传送端口，采用无线通讯端口或有线端口。\n由于手写笔本身的加速度可通过笔内部的加速度传感 器读取，因此无需任何底板或其它参考基础。手写笔在三维 空间的位置可由传感器提供的三维加速度计算得出。此过 程可在计算机上或在笔内部的微控制器上进行。此处适用的 加速度传感器是已知的和常用的。此发明的实例将通过以下 的参考图解进行详细的说明。\n本发明的有益效果是该数字存储手写笔使用方便，应用 自如，不需要特殊底板的情况下即能实现数字存储和手写的 移动式手写输入设备。\n附图说明\n图1为手写笔的整体外貌图；\n图2为笔套的结构图；\n图3为手写笔的内部电子结构图；\n图4为纯三维加速度的矢量计算图；\n图5为微控制器初始化阶段的流程图；\n图6为计算三维空间位移的流程图；\n图7为一个二维加速度传感器提供的加速度曲线；\n图8为通过Verlet积分方程计算得到的速度曲线；\n图9为通过Verlet积分方程计算得到的距离曲线。\n具体实施方式\n参照图1和图2，按照发明要求的手写笔有一个外壳1， 一个可旋下的笔头2，一个可替换的笔芯3和一个笔套 4。笔套4上可有一个衣袋夹5。笔的正面有一些按钮7， 用于功能的选择。按钮8可在需要时用作鼠标键。开关按 钮9通过笔套的插上和拔下实现笔的开关。在笔的头部的触 点10用于与计算机的有线数据传送。另外笔的正面还有一 些显示运行状况的不同颜色的发光二极管6。还可以想象除 此以外，还有一个液晶或有机发光二极管显示屏，用于运行 状况和其它内容的文字或图像的显示。\n手写笔内部拥有一个对笔的三维运动进行捕捉和处理 的电子运算部件，参见图3。此电子运算部件包括微控制器 11，加速度传感器12，陀螺仪13，压力传感器14，存储器 15，通讯端口部分16，供电部分17，电池盒18，电池19 和电路板20。优先选用三维加速度传感器。\n手写笔笔套拔下后笔加电，开始工作。笔中的电子部分 记录笔的三维空间位移。当笔按在纸上时，启动压力传感器， 笔对笔迹进行记录。当数据传送给其他电子仪器时，在存储 器中储存的数据可以通过笔头部的有线连接10直接发送给 带图像复原软件的设备，比如说计算机或掌上电脑，或者可 以通过笔正面的功能按钮由手写笔中自带的复原软件转化 后通过一个无线的通讯连接，比如蓝牙，传递给手机并通过 手机功能将此数据以图象格式，比如彩信或图型文件发送出去。\n此发明与EP1032919B1中所描述的发明不同之处在于使 用了完全不同的原理。此发明单纯使用加速度作为基值，而 不是以笔的倾角作为基值。各矢量的相对关系参见图4。此 例显示当加速度传感器12安装在XY平面上时的情况。传感 器生成的输出信号累加为原始加速度矢量104。原始加速 度矢量中包含了静止部分(102，即地球引力)和运动部分 (103，即真实的三维加速度)。\n$\overrightarrow{a}={\overrightarrow{a}}^{\prime }-\overrightarrow{g}$\n利用陀螺仪可测量出笔当前的倾斜度，既地球引力的方向。\n在微控制器的初始化阶段，进行硬件的自我测试和自我 校对操作。自我测试过程的重点在于鉴定硬件零件。在自我 校对过程中对当前的进行测量，参见图5。\n在固定时间间隔Δt内传感器的输出值被转化为加速 度。以此得到的加速度值被存到存储器中，参见图6。\n在图像复原时加速度值可通过Verlet积分方程换算 为位置值。\n$x_n=x_{n-1}+v_{n-1}·\mathrm{\Delta t}+\frac{1}{2}·{\alpha }_{n-1}·\Delta t^2$\n$v_n=v_{n-1}+\frac{1}{2}·({\alpha }_n+{\alpha }_{n-1})·\mathrm{\Delta t}$\n其中n代表  目前值，n-1代表之前值。x代表距离，v 代表速度，a代表加速度，Δt代表时间间隔。\n参见图7、图8、图9展示了二维加速度图像复原的实例。\n在数据传送时才需要图像复原。