一種高精度輕型無塵電子書寫筆定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬傳感器定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲波與傾角定位的無塵電子書寫筆定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]黑板的粉塵已成為當(dāng)前教師和學(xué)生目前對黑板的無塵化設(shè)計越來越多，當(dāng)前，常見的無塵化書寫板的定位方式精度不夠高，安裝傳感器較復(fù)雜，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高沒有得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]關(guān)于無塵書寫筆的定位，超聲波距離定位以及傾角傳感器的傾角定位在其他行業(yè)已有廣泛應(yīng)用，超聲波定位精度較高，且造價便宜，但目前超聲波傳感器單獨對距離的測量并不能定位書寫筆的位置，仍需要其他傳感器定位。
[0004]基于超聲波與傾角定位的無塵電子書寫筆定位裝置的優(yōu)點及無塵書寫筆的需求，開發(fā)一種基于超聲波與傾角定位的無塵電子書寫筆定位裝置，將超聲波測距傳感器與傾角傳感器結(jié)合起來，對于簡化無塵裝置的結(jié)構(gòu)，將傳感器的數(shù)量降低，降低制造成本，從而將無塵書寫裝置廣泛應(yīng)用具有重大意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種利用超聲波距離定位傳感器和傾角傳感器定位的無塵書寫筆定位裝置。
[0006]本實用新型由超聲波距離信號處理單元1、書寫筆尖2、信號整合處理模塊3、投影區(qū)4、計算機5、投影儀6、球鉸及高反射區(qū)7、傾角信號處理單元8組成，其特征在于球鉸及高反射區(qū)7中球鉸位于兩高反射區(qū)中點位置;距離信號處理單元I與投影區(qū)4相對位置固定;信號整合處理模塊3與計算機5連接;計算機5與投影儀6連接。
[0007]其特征在于書寫筆尖2具有一定長度，并在筆尖兩端裝有球鉸及高反射區(qū)7，兩高反射區(qū)中點位置為球鉸，在兩高反射區(qū)之間固連傾角信號處理單元8，筆尖移動范圍限定在平面內(nèi)的平移和旋轉(zhuǎn)。
[0008]其特征在于通過限定三個距離一個角度這四個自由度的方法確定兩個高反射區(qū)的坐標(biāo)，繼而確定其中點即書寫筆尖2的坐標(biāo)。
[0009]本實用新型的測試原理是:如果要確定筆尖的坐標(biāo)，需要限制兩個自由度，但是如果在筆尖處布置傳感器，會使傳感器產(chǎn)生誤差甚至損壞。本專利采用確定兩高反射區(qū)AB兩點的坐標(biāo)來確定AB中點的坐標(biāo)，故須限定四個自由度。若直接測量橫縱坐標(biāo)，需要更高精度的傳感器，會增加成本，所以本專利采用測量三個長度L1、L2、L3加一個角度Θ的方式來確定四個自由度。通過三角函數(shù)運算計算出AB兩點坐標(biāo)，進(jìn)而算出AB中點即筆尖的坐標(biāo)。
[0010]本實用新型的工作過程是:超聲波距離信號處理單元I檢測書寫筆尖2內(nèi)球鉸及高反射區(qū)7高反射區(qū)的距離并傳輸給信號整合處理模塊3;傾角信號處理單元8檢測書寫筆尖2中球鉸與水平或鉛直方向所夾的角度并傳輸給信號整合處理模塊3;信號整合處理模塊整合距離和角度信號為坐標(biāo)并傳輸給計算機5;計算機通過三角函數(shù)運算計算出筆尖的坐標(biāo)值并傳輸給投影儀6;投影儀6將圖像投射至投影區(qū)4。
[0011]本實用新型的有益效果在于:利用超聲波與傾角傳感器取代了傳感器與書寫板邊框的結(jié)合，將書寫區(qū)域擴(kuò)大，可提升書寫板內(nèi)容承載量;同時將傳統(tǒng)的超聲波電子筆中的超聲波收發(fā)器從書寫筆中移除到板面上，裝入體積較小的傾角傳感器，可大幅度減小書寫筆的尺寸，提升書寫體驗;且傳感器精度較高，價格低廉，為無塵書寫筆的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
【附圖說明】
[0012]圖1為無塵電子書寫筆定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中:1.超聲波距離信號處理單元2.書寫筆尖3.信號整合處理模塊4.投影區(qū)
5.計算機6.投影儀7.球鉸及高反射區(qū)8.傾角信號處理單元
[0014]圖2為測試原理圖。
[0015]其中:L1.兩高反射區(qū)AB兩點間距離L2.高反射區(qū)A到超聲波距離信號處理單元I的距離L3.高反射區(qū)B到超聲波距離信號處理單元I的距離Θ.傾角信號處理單元8檢測書寫筆尖2中球鉸與水平或鉛直方向所夾的角度
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖1對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)闡述:
[0017]超聲波距離信號處理單元I向檢測書寫筆尖2發(fā)射信號，由書寫筆尖2內(nèi)固連的球鉸及高反射區(qū)7反射超聲波信號，并由超聲波距離信號處理單元I接收距離信號并傳輸給信號整合處理模塊3;傾角信號處理單元8檢測書寫筆尖2內(nèi)球鉸及高反射區(qū)7的傾角(鉛直傾角或水平傾角)并將傾角信號傳輸給信號整合處理模塊3;信號整合處理模塊3接收并整合距離和角度信號，通過特定的算法將距離和傾角信號轉(zhuǎn)化為書寫筆尖2的坐標(biāo)信號并傳輸給計算機5;計算機將坐標(biāo)信號傳輸給投影儀6;投影儀6將圖像投射至投影區(qū)4。
[0018]通過超聲波距離信號處理單元I傳輸?shù)膬蓚€距離信號、傾角信號處理單元傳輸8的傾角信號和筆尖長度可以通過計算唯一確定筆尖中點位置，當(dāng)筆尖上球鉸與高反射區(qū)7與超聲波距離信號處理單元I在平面內(nèi)共線時，則可通過筆尖長度、由超聲波距離信號處理單元I傳輸?shù)囊粋€距離信號和傾角信號處理單元8傳輸?shù)膬A角信號通過計算唯一確定筆尖中點位置。
[0019]本實用新型所涉及的超聲波距離信號處理單元I可為超聲波收發(fā)器開發(fā)板(16位以上)及其它可用結(jié)構(gòu)形式;傾角信號處理單元8可為三軸加速度式傾角傳感器開發(fā)板(16位以上)，也可為其他可用結(jié)構(gòu)形式;信號整合處理模塊3可為16位以上單片機最小系統(tǒng)及任何可用形式。
【主權(quán)項】
1.一種高精度輕型無塵電子書寫筆定位裝置，由超聲波距離信號處理單元(I)、書寫筆尖(2)、信號整合處理模塊(3)、投影區(qū)(4)、計算機(5)、投影儀(6)、球鉸及高反射區(qū)(7)、傾角信號處理單元(8)組成，其特征在于球鉸及高反射區(qū)(7)中球鉸位于兩高反射區(qū)中點位置;距離信號處理單元(I)與投影區(qū)(4)相對位置固定;信號整合處理模塊(3)與計算機(5)連接;計算機(5)與投影儀(6)連接。2.按權(quán)利要求1所述一種高精度輕型無塵電子書寫筆定位裝置，其特征在于書寫筆尖(2)具有一定長度，并在筆尖兩端裝有球鉸及高反射區(qū)(7)，兩高反射區(qū)中點位置為球鉸，在兩高反射區(qū)之間固連傾角信號處理單元(8)，筆尖移動范圍限定在平面內(nèi)平移和旋轉(zhuǎn)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種高精度輕型無塵電子書寫筆定位裝置，本實用新型中書寫筆尖固連球鉸及高反射區(qū)，書寫筆尖具有一定長度，并可以在投影區(qū)平面內(nèi)平移或旋轉(zhuǎn)；球鉸及高反射區(qū)之間固連傾角信號處理單元；球鉸及高反射區(qū)中球鉸位于兩高反射區(qū)中點位置；距離信號處理單元與投影區(qū)的相對位置固定；信號整合處理模塊與計算機連接；計算機與投影儀連接。本實用新型利用超聲波與傾角傳感器取代了傳感器與書寫板邊框的結(jié)合，將書寫區(qū)域擴(kuò)大，可提升書寫板內(nèi)容承載量；同時可大幅度減小書寫筆的尺寸，提升書寫體驗，價格低廉，可實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。
【IPC分類】G01B21/00, G01S15/08, G01C9/00
【公開號】CN205373672
【申請?zhí)枴緾N201620023401
【發(fā)明人】徐辰, 郭金晶, 屈天一, 張一鳴, 韓永強
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年1月11日