專利名稱:以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及到采用超聲紅外定位技術(shù)的電子白板,尤其是涉及到以類似平板顯示器的具有強(qiáng)烈紅外噪聲和引起超聲信號(hào)衰落的介質(zhì)為書寫平面的無(wú)線定位電子白板。
背景技術(shù):
電子白板能夠記錄書寫過(guò)程中發(fā)射筆在白板(或其它書寫平面)上的運(yùn)動(dòng)軌跡,從而獲得書寫內(nèi)容,并且能夠?qū)鴮憙?nèi)容通過(guò)通訊總線傳送給其它設(shè)備,例如計(jì)算機(jī)和打印機(jī)。
采用超聲紅外定位技術(shù)的電子白板一般包括發(fā)射筆105和信號(hào)接收處理器101兩部分,其中信號(hào)接收處理器101由左信號(hào)接收器102、右信號(hào)接收器103和信號(hào)處理器104組成,為使系統(tǒng)正常工作,還需要安裝有專用軟件的PC機(jī)109配合工作,各組成部分的相互關(guān)系如圖1所示。
書寫過(guò)程中,發(fā)射筆105定期發(fā)射紅外和超聲信號(hào),信號(hào)接收處理器101中的左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103分別接收紅外和超聲信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波后,送至信號(hào)處理器104,信號(hào)處理器104分別提取紅外和超聲信號(hào)到達(dá)左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103的時(shí)間差,并將其發(fā)送給裝有專用軟件的PC機(jī)109,由PC機(jī)109計(jì)算發(fā)射筆105的坐標(biāo)(也就是書寫筆跡),并進(jìn)行顯示、識(shí)別、打印等工作。
為了確定發(fā)射筆105在書寫板面108上的坐標(biāo),須確定發(fā)射筆105分別與左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103的距離1、r。已知左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103的距離為L(zhǎng),并假設(shè)左信號(hào)接收器102的坐標(biāo)為(0,0),右信號(hào)接收器103的坐標(biāo)為(L,0),則發(fā)射筆105的位置坐標(biāo)由下式求得。
x=L2+l2-r22L---(1)]]>y=(r2-x2)1/2(2)距離1和r等于左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103分別接收到紅外和超聲信號(hào)之間的時(shí)間差與超聲波的傳播速度乘積。紅外信號(hào)在空氣中的傳播速度(3×108米/秒)遠(yuǎn)大于超聲信號(hào)的傳播速度(340米/秒左右),所以這樣做產(chǎn)生的誤差不會(huì)帶來(lái)任何實(shí)質(zhì)性的影響。
為保證定位準(zhǔn)確,要求紅外和超聲信號(hào)到達(dá)時(shí)刻的測(cè)量精度不低于1微秒。
在以平板顯示器為書寫平面的情況下,有如下問(wèn)題平板顯示器工作過(guò)程中,會(huì)不斷發(fā)射紅外線,左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103接收到發(fā)射筆105發(fā)射的紅外信號(hào)的同時(shí),還接收到平板顯示器工作過(guò)程發(fā)射的紅外信號(hào),干擾系統(tǒng)的紅外信號(hào),使信號(hào)處理器104不能正確測(cè)量紅外信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻;平板顯示器工作過(guò)程中,表面發(fā)熱,溫度可達(dá)50℃,這使得超聲信號(hào)傳播過(guò)程中產(chǎn)生衰落,左信號(hào)接收器102和右信號(hào)接收器103的輸出信號(hào)幅度變化劇烈,導(dǎo)致信號(hào)處理器104不能準(zhǔn)確獲得超聲信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,以解決平板顯示器工作過(guò)程中不斷發(fā)射紅外線和表面發(fā)熱、導(dǎo)致信號(hào)處理器不能準(zhǔn)確獲得超聲信號(hào)的到達(dá)時(shí)間產(chǎn)生定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包含超聲紅外信號(hào)發(fā)射筆206、左信號(hào)接收器202、右信號(hào)接收器203和信號(hào)處理器204,其中左信號(hào)接收器202、右信號(hào)接收器203分別固定連接在平板顯示器205的左右兩上端,該信號(hào)處理器通過(guò)數(shù)據(jù)線207與PC機(jī)208連接,該平板顯示器通過(guò)數(shù)據(jù)線209與該P(yáng)C機(jī)連接,其特征在于信號(hào)處理器204包括微處理器一200分別連接可變?cè)鲆娣糯笃饕?51和可變?cè)鲆娣糯笃鞫?52、脈沖成形電路一261和脈沖成形電路二262、脈沖合成電路一281和脈沖合成電路二282,峰值保持器一271和峰值保持器二272分別和信號(hào)處理器204連接。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,發(fā)射筆206上安裝紅外發(fā)射傳感器307和超聲發(fā)射傳感器308,其特征在于超聲信號(hào)和紅外信號(hào)按一定時(shí)序發(fā)送,紅外信號(hào)為兩個(gè)固定時(shí)間間隔t的紅外脈沖,時(shí)間間隔為60μS≤t≤120μS。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,超聲信號(hào)由發(fā)射筆上的超聲發(fā)射傳感器發(fā)射,其特征在于該超聲發(fā)射傳感器為PVDF壓電薄膜,超聲信號(hào)中心頻率為40KHz。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,信號(hào)處理器負(fù)責(zé)超聲信號(hào)與紅外信號(hào)的接收與解碼,其特征在于紅外信號(hào)根據(jù)發(fā)射筆發(fā)射方式進(jìn)行解碼,克服平板顯示器所發(fā)射的紅外干擾,超聲信號(hào)接收采用自適應(yīng)增益調(diào)整技術(shù)克服平板顯示器表面溫度升高對(duì)超聲信號(hào)的衰減。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,其特征在于紅外信號(hào)的接收解碼采用精確計(jì)時(shí),在固定時(shí)間內(nèi)連續(xù)記錄所有紅外脈沖的下降沿與上升沿的時(shí)刻,計(jì)時(shí)周期小于0.2us,利用記錄的下降沿與上升沿提取真正的紅外信號(hào)。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,由可變?cè)鲆嬲{(diào)整放大電路251、峰值保持器271、微處理器一組成自適應(yīng)增益調(diào)整電路。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,在自適應(yīng)增益放大電路中,微處理器一控制增益參數(shù),增益調(diào)整等級(jí)為256級(jí),其由普通運(yùn)算放大器和數(shù)字電位計(jì)構(gòu)成。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,超聲自適應(yīng)增益調(diào)整電路中,峰值保持器271的峰值跟蹤誤差為0.1V,A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為8位,采樣速率≥100Kbps,微處理器一200控制模塊控制A/D轉(zhuǎn)換器,控制采樣保持器的采樣與保持,增益參數(shù)調(diào)整。
本發(fā)明一種實(shí)施方式是,微處理器一200通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器采集峰值保持器輸出的信號(hào)峰值,用系統(tǒng)規(guī)定的信號(hào)的最大峰值除以該采樣的峰值,商便為需要調(diào)整的增益值,調(diào)整時(shí)間小于20μS。
本發(fā)明中信號(hào)處理電路包括兩路可變?cè)鲆娣糯笃鳌陕烦曅盘?hào)峰值保持器、兩路超聲信號(hào)脈沖成形電路和超聲紅外脈沖合成電路,兩個(gè)接收電路的輸出分別作為可變?cè)鲆娣糯笃?、超聲信?hào)峰值保持器的輸入,可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵鲎鳛槌曅盘?hào)脈沖成形電路的輸入,超聲信號(hào)峰值保持器的輸出接至微處理器一的A/D輸入,兩個(gè)接收電路紅外輸出信號(hào)分別與超聲信號(hào)脈沖成形電路輸出的信號(hào)一起經(jīng)過(guò)超聲紅外脈沖合成電路后,形成兩路帶有紅外和超聲脈沖的數(shù)字信號(hào)送至微處理器一。
其中可變?cè)鲆娣糯笃?、超聲信?hào)脈沖成形電路的工作受微處理器一控制,在微處理器一的控制下,信號(hào)處理電路完成以下任務(wù)超聲信號(hào)峰值保持器輸出有效的超聲脈沖的峰值,送至微處理器一進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;根據(jù)微處理器一的指令,調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù),以便使輸出的超聲信號(hào)幅度基本恒定;超聲信號(hào)脈沖成形電路將超聲模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)的前沿的起始時(shí)刻為超聲信號(hào)的第二個(gè)正半周中幅度剛剛大于2V的時(shí)刻,后沿為超聲脈沖結(jié)束的時(shí)刻;超聲紅外脈沖合成電路將兩路紅外信號(hào)以“或”的關(guān)系合成一路,再將此紅外信號(hào)分別和數(shù)字化后的超聲信號(hào)以“或”的關(guān)系復(fù)合成一路,送至微處理器一。
微處理器一完成以下工作對(duì)兩路復(fù)合后的超聲紅外信號(hào)進(jìn)行采樣,濾除外界紅外噪聲,確認(rèn)紅外信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻,測(cè)量?jī)蓚€(gè)紅外脈沖的間隔;對(duì)兩路復(fù)合后的超聲紅外信號(hào)進(jìn)行采樣,測(cè)量超聲信號(hào)的傳播時(shí)延,也就是超聲信號(hào)和紅外信號(hào)之間的時(shí)間差;獲得當(dāng)前超聲信號(hào)的傳播時(shí)延后,存儲(chǔ),并輸出控制信號(hào),使峰值保持電路輸出當(dāng)前脈沖的的峰值,并且進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,獲得信號(hào)接收器當(dāng)前輸出的超聲信號(hào)的峰值;根據(jù)當(dāng)前超聲信號(hào)的峰值,調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃?,使下一超聲信?hào)輸出幅度穩(wěn)定;將測(cè)量到的超聲信號(hào)傳播時(shí)延及紅外脈沖間隔通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送給計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在發(fā)射筆中,對(duì)紅外發(fā)射信號(hào)做特殊處理,接收處理器可以濾除紅外噪聲的影響;在超聲信號(hào)的接收處理電路中,采用了自適應(yīng)控制技術(shù),可以抵抗超聲信號(hào)傳播過(guò)程中的衰落,能夠以平板顯示器表面作為書寫平面。
圖1是現(xiàn)有的采用超聲紅外定位技術(shù)的電子白板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的發(fā)射筆電路原理框圖。
圖4是本發(fā)明的發(fā)射筆紅外和超聲激勵(lì)信號(hào)的時(shí)序圖。
圖5是本發(fā)明左信號(hào)接收器202,右信號(hào)接收器203以及信號(hào)處理器204的電路原理框圖。
圖6是本發(fā)明開環(huán)自適應(yīng)增益控制電路原理圖。
圖7是本發(fā)明峰值保持器電路原理8A、圖8B是本發(fā)明自適應(yīng)增益控制電路的相關(guān)波形圖。
圖9是本發(fā)明紅外處理電路接收到信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示,本發(fā)明由以下部分組成發(fā)射筆206、平板顯示器框架201,左信號(hào)接收器202、右信號(hào)接收器203、信號(hào)處理器204,為了使系統(tǒng)正常工作,需要PC機(jī)208和作為書寫平面及PC機(jī)208顯示器的平板顯示器205,信號(hào)處理器204通過(guò)USB數(shù)據(jù)線207與PC機(jī)連接,平板顯示器通過(guò)VGA數(shù)據(jù)線209與PC機(jī)連接,平板顯示器與平板顯示器框架201連接。
發(fā)射筆210的結(jié)構(gòu)與普通超聲紅外定位電子白板所用的發(fā)射筆相同。如
發(fā)射筆包括筆殼、筆芯、薄膜開關(guān)組件、電池、電路板、超聲和紅外發(fā)射傳感器及其安裝座等部件,所有部件均安裝在筆殼內(nèi)。
超聲和紅外發(fā)射傳感器的安裝座安裝在發(fā)射筆的頭部,其軸向應(yīng)是一圓形或其它形狀的空腔,便于接觸體從空腔內(nèi)伸出,并能夠接觸書寫平面。
筆芯是一空心塑料殼體,外形與白板筆相同,書寫過(guò)程中不能留下書寫痕跡。其頭部從傳感器安裝座的軸向空腔中伸出,可以接觸書寫平面,尾部與薄膜開關(guān)組件接觸,在書寫過(guò)程中,尾部將頂住薄膜開關(guān)組件,并使薄膜開關(guān)接通。
上述發(fā)射筆的結(jié)構(gòu)保證了在書寫過(guò)程中或用發(fā)射筆點(diǎn)擊書寫平面時(shí)、也就是發(fā)射筆在工作的狀態(tài)下,即正常人正常用力情況下,確保薄膜開關(guān)能夠可靠接通;在非工作狀態(tài)下,薄膜開關(guān)處于斷開狀態(tài);傳感器的安裝座對(duì)超聲和紅外信號(hào)傳播的影響盡可能??;在發(fā)射筆繞垂直書寫平面軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,超聲和紅外信號(hào)的強(qiáng)度沒(méi)有明顯的的變化。
電路原理框圖如圖3所示。
電池301始終向微處理器305、超聲驅(qū)動(dòng)電路306和紅外驅(qū)動(dòng)電路304供電,微處理器二305平時(shí)處于休眠狀態(tài),利用內(nèi)部的看門狗,每隔10毫秒喚醒一次,喚醒后,即檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài),如開關(guān)沒(méi)有閉合,不作任何操作,轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài);如檢測(cè)到開關(guān)閉合,說(shuō)明處于書寫狀態(tài),輸出紅外和超聲激勵(lì)信號(hào)后,進(jìn)入休眠狀態(tài)。
紅外和超聲激勵(lì)信號(hào)的時(shí)序如圖4所示。紅外激勵(lì)信號(hào)由兩個(gè)脈沖組成紅外激勵(lì)脈沖一401和紅外激勵(lì)脈沖二401,脈沖前沿間距100微秒(μS),脈沖的持續(xù)時(shí)間為8微秒,超聲激勵(lì)信號(hào)403的前沿與紅外激勵(lì)脈沖一401前沿的時(shí)間間隔為800微秒。發(fā)射連續(xù)兩個(gè)固定間隔的紅外脈沖的目的是消除紅外干擾。
發(fā)射筆的電路具有在薄膜開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí),消耗電流不大于100μA;薄膜開關(guān)處于接通狀態(tài)時(shí),以固定的周期發(fā)出紅外和超聲信號(hào)的激勵(lì)脈沖,使超聲和紅外傳感器分別發(fā)射超聲信號(hào)和紅外信號(hào),為防止干擾,超聲激勵(lì)信號(hào)要滯后于紅外激勵(lì)信號(hào)800μS;在薄膜開關(guān)由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)后,能夠檢測(cè)電池的供電電壓是否過(guò)低,如過(guò)低,則通過(guò)紅外信號(hào)將電池電壓低的信息傳送給信號(hào)接收處理器;紅外信號(hào)由連續(xù)的兩個(gè)固定時(shí)間間隔的脈沖組成,時(shí)間間隔為50~120μS。
左信號(hào)接收器202或右信號(hào)接收器203均安放在塑料殼體內(nèi),并且分別安裝在平板顯示器205的書寫平面的左上角和右上角,塑料殼體內(nèi)層有金屬涂層,具有良好的屏蔽性能。其中超聲傳感器和紅外感器均指向各自所在角的對(duì)角線,以保證無(wú)論發(fā)射筆位于書寫平面上何處,每一個(gè)超聲傳感器均能有效接收發(fā)射筆所發(fā)射的超聲信號(hào),當(dāng)信號(hào)強(qiáng)時(shí),前置放大電路的輸出信號(hào)不能出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,當(dāng)信號(hào)弱時(shí),信噪比不會(huì)影響到后期的處理;無(wú)論發(fā)射筆位于書寫平面上何處,兩個(gè)紅外傳感器之中至少有一個(gè)能夠有效地接收發(fā)射筆所發(fā)射的紅外信號(hào)。
左信號(hào)接收器202,右信號(hào)接收器203以及信號(hào)處理器204的電路原理框圖如圖5所示。
以左信號(hào)接收器為例,左信號(hào)接收器的電路包括左超聲接收傳感器211、左紅外接收傳感器231、左超聲前置放大器221和左紅外放大電路241。電路拓?fù)湟约霸x型與普通的超聲電子白板無(wú)異。傳感器接收到發(fā)射筆所發(fā)射的超聲和紅外信號(hào)后,對(duì)其進(jìn)行放大,通過(guò)連接電纜送至信號(hào)處理器204。左信號(hào)接收器202或右信號(hào)接收器203有四根引線,分別為電源、地、紅外輸出信號(hào)和超聲輸出信號(hào),為減少傳輸過(guò)程中外界干擾的影響,采用屏蔽線。
信號(hào)處理器204的電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊,包括可變?cè)鲆娣糯笃饕?51和可變?cè)鲆娣糯笃鞫?52,脈沖成形電路一261和脈沖成形電路二262,脈沖合成電路一281和脈沖合成電路二282,峰值保持器一271和峰值保持器二272,微處理器一200。
平板顯示器工作過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量熱量,使屏幕表面溫度升高,導(dǎo)致超聲在傳播過(guò)程中產(chǎn)生衰落,在50個(gè)超聲發(fā)射周期內(nèi),幅度變化可達(dá)20dB,并且變化過(guò)程是連續(xù)的。針對(duì)此種情況,以左接收器為例,設(shè)計(jì)的開環(huán)自適應(yīng)增益控制電路原理如圖6所示。
在圖6中的開環(huán)自適應(yīng)增益控制電路包括峰值保持器一271、微處理器一200和可變?cè)鲆娣糯笃饕?51,輸入信號(hào)601分別接至峰值保持器一271和可變?cè)鲆娣糯笃饕?51的信號(hào)輸入端,峰值保持器一271的輸出端和控制端接至微處理器一200的A/D輸入端口和I/O輸出端口,可變?cè)鲆娣糯笃?51的增益控制端接至微處理器一200的I/O輸出端口。
可變?cè)鲆娣糯笃饕?51的增益控制級(jí)別為256級(jí),可以用可變?cè)鲆婕蛇\(yùn)算放大器構(gòu)成,集成的可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器可以電壓控制型或電流控制型,也可以用普通的運(yùn)算放大器與數(shù)字定位計(jì)構(gòu)成可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br>
輸入信號(hào)601是經(jīng)過(guò)左前置放大器后的超聲信號(hào)。峰值保持器一271的電路原理圖如圖7所示。
圖7中峰值保持器一的特性為●在控制信號(hào)為“hold”情況下,當(dāng)輸入信號(hào)幅度大于輸出信號(hào)幅度時(shí),輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào);當(dāng)輸入信號(hào)幅度小于輸出信號(hào)幅度時(shí),輸出信號(hào)保持不變。
●在控制信號(hào)為“sample”情況下,輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)。
峰值保持器的峰值保持器控制信號(hào)606由微處理器提供,在圖7中,峰值保持器一271的工作狀態(tài)與峰值保持器控制信號(hào)606如下
可變?cè)鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)由微處理器根據(jù)峰值保持器的輸出信號(hào)幅度大小進(jìn)行控制。
輸入信號(hào)601、峰值保持器輸出信號(hào)604、峰值保持器控制信號(hào)606以及輸出信號(hào)的波形609及時(shí)序如圖8A所示。圖8A中,610為超聲信號(hào)609的整形后的波形,611為整形后的波形610與紅外信號(hào)復(fù)合后的信號(hào)。
假設(shè)601是開始書寫后的首個(gè)超聲信號(hào),在此之前,應(yīng)接收到紅外基準(zhǔn)信號(hào),在接收到紅外基準(zhǔn)信號(hào)之后,微處理器通過(guò)I/O口,改變可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?,由于在此之前未曾接收到超聲信?hào),所以增益為預(yù)先確定的某一固定值;同時(shí)將峰值保持器的控制信號(hào)的狀態(tài)由“sample”變?yōu)椤癶old”。在超聲信號(hào)到達(dá)之后,可變?cè)鲆娣糯笃靼凑赵O(shè)置好的增益對(duì)輸入信號(hào)601進(jìn)行放大,輸出信號(hào)為609;同時(shí),峰值保持器工作在峰值保持狀態(tài),其輸出604為輸入信號(hào)601的峰值。輸出信號(hào)609經(jīng)過(guò)后期處理電路后,還要送至微處理器,由微處理器提取超聲信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻,并進(jìn)行必要的運(yùn)算處理。在601脈沖消失后,峰值保持器的輸出仍為601的峰值,微處理器采集該峰值并存儲(chǔ),之后將峰值保持器控制信號(hào)的狀態(tài)由“hold”變?yōu)椤皊ample”,峰值保持器的降為零。
在第二個(gè)紅外基準(zhǔn)信號(hào)到達(dá)之后,微處理器將峰值保持器的控制信號(hào)的狀態(tài)由“sample”變?yōu)椤癶old”,并通過(guò)I/O口,改變可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妫⑻幚砥鞲鶕?jù)前一超聲信號(hào)即601的峰值,確定當(dāng)前放大器的增益,目的是保證將要來(lái)到的超聲信號(hào)即602的輸出信號(hào)609的幅度與前一超聲信號(hào)的輸出信號(hào)609的幅度相同,可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵鲂盘?hào)609的峰值應(yīng)為一常數(shù)。
增益參數(shù)調(diào)整原理如下微處理器通過(guò)A/D采樣采集當(dāng)前峰值保持器輸出信號(hào)604,其數(shù)值表征當(dāng)前周期的超聲信號(hào)的峰值,記作Ax。令系統(tǒng)的期望峰值(系統(tǒng)定義的最大峰值)為Amax,下一周期超聲信號(hào)的增益為
A=Amax/Ax(3)自適應(yīng)增益調(diào)整的結(jié)果如圖8A,圖8B所示。
書寫過(guò)程中信號(hào)筆的位置在不斷變化,這會(huì)導(dǎo)致輸入超聲信號(hào)的幅度的變化,平板顯示器發(fā)熱也使信號(hào)幅度產(chǎn)生更大的變化。上述原因?qū)е驴勺冊(cè)鲆娣糯笃鬏敵鲂盘?hào)的峰值不可能保持恒定??紤]到輸入信號(hào)幅度的變化是連續(xù)的,所以輸出信號(hào)峰值雖然不能保持恒定,但能夠限定在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。這種波動(dòng)不影響超聲信號(hào)到達(dá)時(shí)刻的準(zhǔn)確測(cè)量也就克服了平板顯示器工作過(guò)程中發(fā)熱的影響。
平板顯示器表面產(chǎn)生的紅外干擾是周期為毫秒級(jí)的窄脈沖,脈沖寬度為4~20微秒,而發(fā)射筆發(fā)射的紅外信號(hào)的寬度被限制在6~12微秒范圍內(nèi),針對(duì)此種情況,令發(fā)射的紅外信號(hào)為時(shí)間間隔固定為100微秒的雙窄脈沖,即可抑制平板顯示器表面產(chǎn)生的紅外干擾。
采用精確定時(shí),定時(shí)精度小于等于0.2μS,定時(shí)使用微處理器一200自帶的捕捉功能模塊,用兩個(gè)捕捉模塊,一個(gè)捕捉紅外脈沖的下降沿,一個(gè)捕捉紅外脈沖的上升沿,在不停止定時(shí)器的情況下準(zhǔn)確捕捉定時(shí)器的定時(shí)值。
接收過(guò)程中,當(dāng)接收到任何一個(gè)紅外脈沖后,記錄脈沖下降沿和上升沿到達(dá)的時(shí)刻,繼續(xù)接收120微秒內(nèi)的下一個(gè)紅外脈沖,直到前一脈沖結(jié)束后120微秒內(nèi)沒(méi)有任何脈沖出現(xiàn),一個(gè)完整的接收過(guò)程結(jié)束。如在一個(gè)接收過(guò)程中,只能接收到一個(gè)脈沖,說(shuō)明為干擾信號(hào),丟棄,重新開始接收。當(dāng)一個(gè)接收過(guò)程接收到兩個(gè)或三個(gè)脈沖后,說(shuō)明接收到了有效信號(hào),開始譯碼。
接收到信號(hào)波形如圖9所示。
可能出現(xiàn)兩種情況情況1只接收到兩個(gè)脈沖(脈沖3沒(méi)有出現(xiàn)),譯碼規(guī)則如下if(t3-t1)≥99μs
then T=t3-100μselse T=t1end其中T為第一個(gè)紅外脈沖到達(dá)的時(shí)刻。
情況2接收到三個(gè)脈沖,譯碼規(guī)則如下計(jì)算s1=|t3-t1-100|、S2=|t5-t1-100|、s3=|t5-t3-100|尋找s1、s2、s3中的最小值sminif s1=smin then T=t1else if s2=smin then T=t1else if s3=smin then T=t3endendend如果s1和s3同為最小值,再計(jì)算s4=|t4-t2-100|、s6=|t6-t4-100|if s4<s6 then T=t1else T=t3end上述譯碼方法已經(jīng)考慮了干擾脈沖的寬度,采用該方法后,可以濾除平板顯示器表面的紅外干擾。
權(quán)利要求
1.一種以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,包含超聲紅外信號(hào)發(fā)射筆[206]、左信號(hào)接收器[202]、右信號(hào)接收器[203]和信號(hào)處理器[204],其中左信號(hào)接收器[202]、右信號(hào)接收器[203]分別固定連接在平板顯示器[205]的左右兩上端,該信號(hào)處理器通過(guò)數(shù)據(jù)線[207]與PC機(jī)[208]連接,該平板顯示器通過(guò)數(shù)據(jù)線[209]與該P(yáng)C機(jī)連接,其特征在于信號(hào)處理器[204]包括微處理器一[200]分別連接可變?cè)鲆娣糯笃饕籟251]和可變?cè)鲆娣糯笃鞫252]、脈沖成形電路一[261]和脈沖成形電路二[262]、脈沖合成電路一[281]和脈沖合成電路二[282],峰值保持器一[271]和峰值保持器二[272]分別和信號(hào)處理器[204]連接。
2.如權(quán)利要求1所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,發(fā)射筆[206]上安裝紅外發(fā)射傳感器[307]和超聲發(fā)射傳感器[308],其特征在于超聲信號(hào)和紅外信號(hào)按一定時(shí)序發(fā)送,紅外信號(hào)為兩個(gè)固定時(shí)間間隔t的紅外脈沖,時(shí)間間隔為60μS≤t≤120μS。
3.如權(quán)利要求2所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,超聲信號(hào)由發(fā)射筆上的超聲發(fā)射傳感器發(fā)射,其特征在于該超聲發(fā)射傳感器為PVDF壓電薄膜,超聲信號(hào)中心頻率為40KHz。
4.如權(quán)利要求1所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,信號(hào)處理器負(fù)責(zé)超聲信號(hào)與紅外信號(hào)的接收與解碼,其特征在于紅外信號(hào)根據(jù)發(fā)射筆發(fā)射方式進(jìn)行解碼,克服平板顯示器所發(fā)射的紅外干擾,超聲信號(hào)接收采用自適應(yīng)增益調(diào)整技術(shù)克服平板顯示器表面溫度升高對(duì)超聲信號(hào)的衰減。
5.權(quán)利要求4所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,其特征在于紅外信號(hào)的接收解碼采用精確計(jì)時(shí),在固定時(shí)間內(nèi)連續(xù)記錄所有紅外脈沖的下降沿與上升沿的時(shí)刻,計(jì)時(shí)周期小于0.2us,利用記錄的下降沿與上升沿提取真正的紅外信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,其特征在于由可變?cè)鲆嬲{(diào)整放大電路[251]、峰值保持器[271]、微處理器一組成自適應(yīng)增益調(diào)整電路。
7.如權(quán)利要求6所述的以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,其特征在于在自適應(yīng)增益放大電路中,微處理器一控制增益參數(shù),增益調(diào)整等級(jí)為256級(jí),其由普通運(yùn)算放大器和數(shù)字電位計(jì)構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6所述的平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,其特征在于超聲自適應(yīng)增益調(diào)整電路中,峰值保持器[271]的峰值跟蹤誤差為0.1V,A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為8位,采樣速率≥100Kbps,微處理器一[200]控制模塊控制A/D轉(zhuǎn)換器,控制采樣保持器的采樣與保持,增益參數(shù)調(diào)整。
9.如權(quán)利要求8所述的平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,其特征在于微處理器一[200]通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器采集峰值保持器輸出的信號(hào)峰值,用系統(tǒng)規(guī)定的信號(hào)的最大峰值除以該采樣的峰值,商便為需要調(diào)整的增益值,調(diào)整時(shí)間小于20μS。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以平板顯示器為書寫平面的無(wú)線定位電子白板,涉及到采用超聲紅外定位技術(shù)的電子白板。包含超聲紅外信號(hào)發(fā)射筆、接收器和信號(hào)處理器信號(hào)處理器包括微處理器分別連接可變?cè)鲆娣糯笃?、脈沖成形電路、脈沖合成電路,峰值保持器分別和信號(hào)處理器連接。優(yōu)點(diǎn)在于在發(fā)射筆中,對(duì)紅外發(fā)射信號(hào)做特殊處理,接收處理器可以濾除紅外噪聲的影響;在超聲信號(hào)的接收處理電路中,采用了自適應(yīng)控制技術(shù),可以抵抗超聲信號(hào)傳播過(guò)程中的衰落,能夠以平板顯示器表面作為書寫平面。
文檔編號(hào)G06F3/043GK101055508SQ20071005562
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者王樹勛, 郭綱, 陳建, 孫曉穎, 胡封曄, 燕學(xué)智, 王波, 溫泉, 魏小麗 申請(qǐng)人:王樹勛