專利名稱：多功能電子筆及其文字書寫采樣方法和軌跡數(shù)據(jù)存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子輸入設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電子筆，尤其是一種一種具有身份 識別等多功能的電腦信息輸入電子筆及其文字書寫軌跡數(shù)據(jù)存儲方法。
背景技術(shù)：
鍵盤和鼠標(biāo)是現(xiàn)有電腦信息的重要輸入設(shè)備，文字的輸入和指令的確認(rèn)依靠鍵盤 和鼠標(biāo)的點擊。可是這種長時間的操作會導(dǎo)致手指和腕關(guān)節(jié)損傷，甚至造成永久性傷害，即 形成所謂的“鍵盤腕”和“鼠標(biāo)手”，而且鍵盤的長期使用會造成人們提筆忘字，甚至不會寫 字的不良后果。為此，人們設(shè)計了筆形鼠標(biāo)和鼠標(biāo)筆、手寫板、數(shù)位板等這樣的計算機輸入 設(shè)備，它們除具有現(xiàn)有鼠標(biāo)功能以外，還能夠通過手寫識別軟件實現(xiàn)信息手寫輸入。但是， 現(xiàn)有的手寫輸入設(shè)備存在如下的不足1)信息輸入過程中需要不時點擊相關(guān)按鍵進行切換，實現(xiàn)書寫的開始及停止的記 錄，不能象使用普通書寫筆那樣進行流暢的書寫；2)手寫板、數(shù)位板等輸入設(shè)備體積大、不方便攜帶；3)用戶只能使用一只專門的筆代替普通筆進行書寫，書寫的文字只在電腦上記錄 和顯示屏上顯現(xiàn)，書寫板上沒有文字的影像，不符合人們?nèi)粘５难劬﹄S著筆尖走，筆尖隨著 思路走的書寫習(xí)慣，不具備普通書寫筆的書寫功能，不能在紙張上留下筆跡，更不能同時完 成在紙張上的普通書寫筆書寫和電腦信息的手寫輸入；4)普通書寫設(shè)備主要通過識別軟件將書寫信息轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)字符進行存儲和顯示， 輸入的信息沒有身份信息存儲和識別功能，書寫或發(fā)表的東西不具有可追溯性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種多功能電子筆及其文字書 寫軌跡數(shù)據(jù)存儲方法，該種電子筆是一種書寫流暢、即能夠以電子書寫，又通過實現(xiàn)墨水書 寫；而且在書寫過程中能夠進行記錄、存儲，并且存儲過程中對書寫軌跡添加身份標(biāo)示、時 間標(biāo)示等多種功能的電子筆。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種多功能電子筆，包括筆身和內(nèi)置于筆身的筆芯部分，所述筆芯部分包括書寫 筆芯和電子筆芯；所述書寫筆芯的書寫端由筆身下端筆尖部分的出芯孔伸出；所述電子筆 芯包括設(shè)置在筆尖部分的光電感應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)于筆身內(nèi)的電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模塊以及與所 述數(shù)據(jù)處理模塊連接的功能控制系統(tǒng)、時鐘芯片、卡讀寫系統(tǒng)以及設(shè)于筆身中段的指紋采 集處理系統(tǒng)和設(shè)于筆身后端的PC連接裝置，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過PC連接裝置與PC進行 有線或無線連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊通過光電感應(yīng)系統(tǒng)對書寫筆芯的起筆、落筆時間進行 判斷并采集書寫筆芯的書寫端的書寫軌跡；數(shù)據(jù)處理模塊還通過指紋采集處理系統(tǒng)采集握 住筆身的用戶手指指紋，并將指紋信息及書寫起止時間信息存儲進卡讀寫系統(tǒng)；所述電源 系統(tǒng)為所述電子筆芯提供電能。
上述數(shù)據(jù)處理模塊包括有微處理器或微控制器，所述微處理器或微控制器連接有 存儲模塊。 上述光電感應(yīng)系統(tǒng)包括設(shè)置在筆尖部分出芯孔旁側(cè)的透光孔、設(shè)于透光孔內(nèi)的發(fā) 光頭、透鏡、圖像傳感器和一個PCB面板，所述圖像傳感器和發(fā)光頭固定在PCB面板上；所述 透鏡位于圖像傳感器前面，透鏡中心、圖像傳感器中心及書寫筆芯的筆尖位于同一直線上； 所述透鏡將書寫筆芯的筆尖位置接觸面影像成像于圖像傳感器上，圖像傳感器將光學(xué)影像 轉(zhuǎn)化為矩陣電信號傳遞給微處理器或微控制器。上述發(fā)光頭為發(fā)光二極管或激光二極管。上述透光孔和出芯孔分別處于筆尖部分的上下位置，所述書寫筆芯包括有墨跡筆 芯和軌跡筆芯兩種，所述墨跡筆芯和軌跡筆芯并行設(shè)置于筆身內(nèi)且每只筆芯通過一個按鈕 控制筆尖部分伸出出芯孔或者縮回筆身內(nèi)部。上述功能控制系統(tǒng)包括鍵盤功能按鈕、左鍵按鈕和右鍵按鈕，所述左鍵按鈕和右 鍵按鈕實現(xiàn)鼠標(biāo)左右鍵功能；所述鍵盤功能按鈕用于實現(xiàn)鍵盤功能鍵的手寫操作；所述鍵 盤功能按鈕、左鍵按鈕和右鍵按鈕采用機械式按鍵或傳感器控制電路的開關(guān)。上述指紋采集處理系統(tǒng)包括用戶指紋采集、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)對比的指紋采集設(shè)備 和控制按鈕；所述指紋采集設(shè)備是光學(xué)式、電容/電感式、生物射頻式或靜脈活體指紋采集 儀。上述卡讀寫系統(tǒng)由接口裝置、智能卡、存儲卡以及卡讀寫控制器組成；所述接口 裝置上設(shè)有智能卡插口和存儲卡插口，所述智能卡插口和存儲卡插口采用雙層平行結(jié)構(gòu)設(shè) 計；所述智能卡和存儲卡插接在接口裝置上，所述接口裝置連接卡讀寫控制器，所述卡讀寫 控制器連接微處理器或微控制器；所述卡讀寫控制器對所述智能卡和存儲卡的卡數(shù)據(jù)進行 讀寫控制；所述智能卡內(nèi)部保存標(biāo)示用戶身份的動態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)；所述存儲卡是在電子筆 內(nèi)部存儲空間不足時完成文字信息的存儲。本發(fā)明還提出一種基于上述多功能電子筆的文字書寫采樣方法，包括如下步驟1)光電感應(yīng)系統(tǒng)判斷書寫筆芯的起筆，指紋采集處理系統(tǒng)采集用戶指紋，并存儲 開始符和指紋信息；2)數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得開始時間，并生成上一字符特征碼，儲書寫開 始時間和上一字符特征碼；3)書寫過程中，光電感應(yīng)系統(tǒng)采集書寫筆芯的書寫端的書寫軌跡，并存儲字符書 寫軌跡至數(shù)據(jù)處理模塊或卡存儲系統(tǒng)；4)當(dāng)電子筆書寫結(jié)束時，數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得終止時間，并存儲字符 書寫終止時間。在以上電子筆的文字書寫采樣方法中，其文字書寫軌跡數(shù)據(jù)存儲方法，包括以下 步驟1)存儲開始符；2)存儲上一字符特征碼；3)存儲字符書寫開始時間；4)存儲字符書寫軌跡；5)存儲指紋信息；
6)存儲字符書寫終止時間；7)存儲下一字符特征碼；8)存儲終止符。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具備以下有益效果1)普通書寫用筆和電子書寫用筆內(nèi)置于電子筆內(nèi)部，用戶通過按鈕控制出芯孔處 的筆芯種類分別實現(xiàn)普通書寫或電子書寫，通過筆尖部分光電感應(yīng)系統(tǒng)實現(xiàn)對兩種書寫過 程的電子記錄。電子筆未連接電腦時，電子書寫信息暫存于存儲器或存儲卡內(nèi)。2)用戶進行書寫記錄時，微處理器/微控制器在進行筆尖書寫軌跡信息存儲時動 態(tài)加載有用戶的身份信息和時間標(biāo)注，由于身份信息、時間標(biāo)注等具有唯一性、連續(xù)性、實 現(xiàn)文字信息不可組合性，從而防止了他人篡改、復(fù)制、粘貼等行為，使所寫文字和圖形以及 相關(guān)信息具有可溯源性。3)在任意電腦上無需特別驅(qū)動，連接電腦以后就能完成常規(guī)鼠標(biāo)所有操作，加裝 文字手寫識別系統(tǒng)及驅(qū)動后，便可替代常規(guī)的鍵盤功能鍵操作，集鼠標(biāo)鍵盤功能于一體，通 過書寫形式即可完成對電腦控制、操作，適用于所有人群；功能控制按鈕大多位于持筆手指 所及位置，方便用戶操控。4)頻率使用較高的按鈕，通過傳感器判斷用戶手指覆蓋或移動開按鈕孔的動作從 而控制開關(guān)電路的通或斷，實現(xiàn)按鈕的點擊，避免了常規(guī)的按鍵及按鈕點擊對用戶健康的影響。5)本發(fā)明的多功能電子筆體積小，方便攜帶。


圖1是電子筆系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明實施例的正面示意圖；圖3是圖2所示實施例的背面示意圖；圖4是圖2所示實施例的俯視圖；
圖5是圖2所示實施例的仰視圖；圖6是圖2所示實施例的筆尖端面視圖；圖7是圖4中的A-A剖面圖；圖8是圖2中的B-B剖面圖；圖9是本發(fā)明的尾部端面示意圖；圖10是無線接收端的正面示意圖；圖11是圖10中的C-C剖面圖；圖12是電子筆內(nèi)置智能卡實施例正面示意圖；圖13是圖12中的E-E剖面圖；圖14是電子筆的筆芯筆尖、透鏡、圖像傳感器位置關(guān)系；圖15是本發(fā)明的接口裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是電子筆書寫信息存儲格式示意圖。其中1.棱鏡，2.書寫記錄模式按鈕，3.鼠標(biāo)模式按鈕，4.電子書寫模式按鈕， 5.功能區(qū)啟動/關(guān)閉按鈕，6.智能卡/存儲卡插口，7.普通書寫筆筆芯控制按鈕，8.半圓柱形凸起，9.鍵盤功能按鈕，10.左鍵按鈕孔，11.右鍵按鈕，12.電子書寫筆筆芯控制按 鈕，13.筆尖凸起，14.電池倉蓋板，15.發(fā)光頭①，16.矩形透光孔，17.透鏡①，18.圖像傳 感器①，19.出芯孔，20.電子筆蓋板，21. PCB面板①，22. PCB面板②，23.彈簧，24.墨水筆 芯，25.塑料筆芯，26. PCB面板③，27.微處理器/微控制器①，28.書寫記錄模式按鈕響應(yīng) 開關(guān)，29.鼠標(biāo)模式按鈕響應(yīng)開關(guān)，30.動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器，31.電子書寫模式按鈕響應(yīng) 開關(guān)，32.智能卡/存儲卡讀寫控制器，33.功能區(qū)啟動/關(guān)閉按鈕響應(yīng)開關(guān)，34.數(shù)據(jù)線， 35.智能卡讀寫觸點，36.存儲卡讀寫觸點，37.存儲器，38.時鐘芯片，39.電池，40. PCB面 板④，41.信號編碼/解碼器①，42.無線信號發(fā)送/接收器①，43.有線連接信號發(fā)送/接收 控制器，44.接口，45.筆芯筆尖.46.電子開關(guān)①，47.機械式按鍵，48.電子開關(guān)②，49.非 接觸式傳感器，50.電子開關(guān)③，51.傳感器組件③，52.透鏡②，53.圖像傳感器②，54. PCB 面板⑤，55.發(fā)光頭②，56.插頭，57. PCB面板⑥，58.無線信號發(fā)送/接收器②，59.信號編 碼/解碼器②，60.智能卡表面觸點，61.智能卡，62.智能卡芯片組，63.書寫接觸面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述從圖1本發(fā)明電子筆的系統(tǒng)框圖可以看出，本發(fā)明主要根據(jù)人們的握筆習(xí)慣設(shè) 計，通過指紋采集器采集用戶指紋數(shù)據(jù)，通過光電傳感系統(tǒng)完成電子筆筆尖接觸面圖像或 書寫軌跡的采集，微處理器/微控制器根據(jù)用戶的選擇實施對電腦的控制，完成電腦信息 的手寫輸入并對手寫信息進行添加指紋、時間碼、等信息進行存儲和身份標(biāo)示。如圖2-圖5所示，本發(fā)明多功能電子筆的整體外形與普通書寫筆相似，包括筆身 和內(nèi)置于筆身的筆芯部分，其不同于普通筆的特點是筆芯部分包括書寫筆芯和電子筆芯。 其中書寫筆芯的書寫端由筆身下端筆尖部分的出芯孔伸出；電子筆芯包括設(shè)置在筆尖部分 的光電感應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)于筆身內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊以及與數(shù)據(jù)處理模塊連接的功能控制系統(tǒng)、 時鐘芯片、卡讀寫系統(tǒng)以及設(shè)于筆身中段的指紋采集處理系統(tǒng)和設(shè)于筆身后端的PC連接 裝置，數(shù)據(jù)處理模塊通過PC連接裝置與PC進行有線或無線連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊通過光 電感應(yīng)系統(tǒng)對書寫筆芯的起筆、落筆時間進行判斷并采集書寫筆芯的書寫端的書寫軌跡； 數(shù)據(jù)處理模塊還通過指紋采集處理系統(tǒng)采集握住筆身的用戶手指指紋，并將指紋信息及書 寫起止時間信息存儲進卡讀寫系統(tǒng)。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)處理模塊包括有微處理器或微控制 器，其中微處理器或微控制器還連接有存儲模塊。以下對組成本發(fā)明多功能電子筆的各部分進行詳細(xì)說明光電感應(yīng)系統(tǒng)光電感應(yīng)系統(tǒng)包括設(shè)置在筆尖部分出芯孔旁側(cè)的透光孔、設(shè)于透光孔內(nèi)的發(fā)光 頭、透鏡、圖像傳感器和一個PCB面板。圖像傳感器和發(fā)光頭固定在PCB面板上；透鏡位于 圖像傳感器前面，透鏡中心、圖像傳感器中心及書寫筆芯的筆尖位于同一直線上；透鏡將書 寫筆芯的筆尖位置接觸面影像成像于圖像傳感器上，圖像傳感器將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電 信號傳遞給微處理器或微控制器。本發(fā)明中，發(fā)光頭可以采用發(fā)光二極管或激光二極管。本發(fā)明的附圖中給出一種本發(fā)明所述的光電感應(yīng)系統(tǒng)的具體實施例，在實施例 中，該系統(tǒng)由發(fā)光頭①15、透鏡①17、圖像傳感器①18和PCB面板①21組成，發(fā)光頭和圖 像傳感器固定在該PCB面板①21上，透鏡①17位于圖像傳感器①18前端(如圖6-圖8所示)。發(fā)光頭①15可以是發(fā)光二極管，也可以是激光二極管。電子筆在進行移動或書寫 過程中，透鏡①17將移動或書寫筆尖接觸面影像成像于圖像傳感器①18上，圖像傳感器 ①18將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電信號轉(zhuǎn)遞給微處理器/微控制器①27，微處理器/微控制器 ①27根據(jù)矩陣電信號形成數(shù)字影像信號，并與上一采樣周期的影像進行對比、分析、處理， 以判斷電子筆筆尖移動方向以及位移，從而得到電子筆在接觸面上的移動數(shù)值，并將數(shù)值 存儲在電子筆的動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30、存儲器37中方便電子筆其它功能的數(shù)據(jù)調(diào)用或 傳遞給電腦實現(xiàn)系統(tǒng)光標(biāo)的移動或形成書寫字跡等。另外，在本發(fā)明的較佳實施例中，透光孔和出芯孔分別處于筆尖部分的上下位置， 并且書寫筆芯包括有墨跡筆芯和軌跡筆芯兩種，墨跡筆芯和軌跡筆芯并行設(shè)置于筆身內(nèi)且 每只筆芯通過一個按鈕控制筆尖部分伸出出芯孔或者縮回筆身內(nèi)部。圖7給出該種方案的 一個具體實施例結(jié)構(gòu)圖圖中，墨水筆芯M作為本發(fā)明所述墨跡筆芯的一種，塑料筆芯25 作為本發(fā)明電子書寫時軌跡筆芯的一種，均內(nèi)置電子筆的筆身中，用戶通過普通書寫筆筆 芯控制按鈕7、電子書寫筆筆芯控制按鈕12控制普通書寫筆筆尖Ma、電子書寫筆筆尖2 從出芯孔19伸出或縮回內(nèi)部，筆芯筆尖伸出時位于電子筆筆尖凸起13、光電傳感系統(tǒng)的下 方。取下電子筆蓋板20，可以進行替換筆芯。功能控制系統(tǒng)本發(fā)明的功能控制系統(tǒng)包括鍵盤功能按鈕、左鍵按鈕和右鍵按鈕，其中左鍵按鈕 和右鍵按鈕實現(xiàn)鼠標(biāo)左右鍵功能；鍵盤功能按鈕用于實現(xiàn)鍵盤功能鍵的手寫操作。以下給出本發(fā)明功能控制系統(tǒng)的一個較佳實施例方案如圖3、圖8所示鍵盤功能按鈕9、左鍵按鈕孔10和右鍵按鈕11相鄰，位于持筆 的中指位置；在每個按鈕或按鈕孔與之關(guān)聯(lián)的PCB面板之間各有一個響應(yīng)開關(guān)，響應(yīng)開關(guān) 組件均固定在PCB面板②22上，即鍵盤功能按鈕9采用機械式按鍵47和開關(guān)電路①46 組成響應(yīng)開關(guān)，用戶通過擠壓鍵盤按功能按鈕9實現(xiàn)機械式按鍵的閉合或張開實現(xiàn)開關(guān)電 路的通或斷；左鍵按鈕采用了非接觸式傳感器49和開關(guān)電路②48組成響應(yīng)開關(guān)，本實施例 使用了微距傳感器，用戶通過手指覆蓋左鍵按鈕孔10使傳感器發(fā)射頭所發(fā)射出的光線通 過手指的折射回傳感器的接收端實現(xiàn)開關(guān)電路的連通，用戶手指移開傳感器發(fā)射端所發(fā)出 的光線不能反射回傳感器接收器實現(xiàn)開關(guān)電路的斷開；右鍵按鈕11采用了接觸式傳感器 51和開關(guān)電路③50所組成的響應(yīng)開關(guān)，本實施例中使用了接觸電容式傳感器和開關(guān)電路 所組成的響應(yīng)開關(guān)，通過用戶手指觸摸傳感器按鈕表面，接觸式傳感器控制電子開關(guān)的開 關(guān)實現(xiàn)電路通斷(如圖8所示)。當(dāng)用戶手指觸摸鍵盤功能按鈕9，同時以電子書寫筆筆芯(塑料筆芯25)進行電子 書寫時，電子筆將根據(jù)電子筆筆尖2 的移動軌跡實現(xiàn)鍵盤功能的符號化操作。例如常規(guī) 鍵盤Fl至F12功能鍵，通過電子筆書寫相應(yīng)的字母字符，書寫完畢后畫圓圈軌跡將字母字 符包圍在里面，電子筆根據(jù)字符及圓圈的組合發(fā)出操作命令，例如 、 、 、……實 現(xiàn)常規(guī)鍵盤Fl至F12按鍵功能，圓圈內(nèi)的字符軌跡不限于Fl至F12從而有效的擴展電腦 特殊功能的便捷操作，同理，可以通過電子書寫筆筆芯通過軌跡書寫實現(xiàn)鍵盤功能鍵以及 軟件程序調(diào)用。常規(guī)鍵盤的shift鍵加字母的組合鍵操作，通過電子筆書寫字母S加上相應(yīng)的字 母完成相應(yīng)的操作。常規(guī)鍵盤的Ctrl鍵加字母的組合鍵操作，通過電子筆書寫字母C加上相應(yīng)的字母完成相應(yīng)的操作，例如CC將實現(xiàn)對象的復(fù)制，即常規(guī)鍵盤CTRL鍵及字母C鍵 同時按下時對象的復(fù)制功能；CV將實現(xiàn)對象的粘貼，即常規(guī)鍵盤CTRL鍵及字母V鍵同時按 下時對象的粘貼功能。同樣的道理，常規(guī)鍵盤上shift鍵加上字母的組合、alt鍵加上字母 的組合、windows視窗鍵加上字母的組合、Ctrl加上Alt就加上Del，使用本發(fā)明電子筆書 寫相應(yīng)字母字符、軌跡符的組合完成功能實現(xiàn)，即常規(guī)鍵盤功能能按鍵首字符以及字母軌 跡符的順序組合電子筆將發(fā)出相應(yīng)的常規(guī)鍵盤按鍵字符的組合命令，例如使用電子筆書 寫完成CAD，將實現(xiàn)windows操作系統(tǒng)資源管理器的調(diào)用。普通的電子書寫僅由筆尖按鈕書寫完成，而鍵盤功能符號化操作時，由鍵盤功能 按鈕9和電子書用筆芯共同書寫形成鍵盤的上快捷鍵的控制指令，實現(xiàn)與電腦的常規(guī)鍵盤 的功能控制。指紋采集處理系統(tǒng)指紋采集處理系統(tǒng)包括用戶指紋采集、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)對比的指紋采集設(shè)備和控 制按鈕。如圖2、圖7、圖8所示，指紋采集設(shè)備可以是光學(xué)式、電容/電感式、生物射頻式、 靜脈活體指紋采集儀等中的任何一種。以下給出本發(fā)明的指紋采集處理系統(tǒng)的其中一種較佳實施例本實施例中指紋采集設(shè)備采用了光學(xué)式指紋采集器，整個系統(tǒng)由PCB面板、發(fā)光 頭②55、棱鏡1、透鏡②52、圖像傳感器②53、動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30、微處理器/微控 制器①27、存儲器37、時鐘芯片38及按鈕組成。發(fā)光頭固定在PCB面板②22上，圖像傳感 器②53固定在PCB面板⑤M上，其余部件及按鈕響應(yīng)開關(guān)均固定在PCB面板③沈上，PCB 面板⑤M通過數(shù)據(jù)線與PCB面板③沈連通，實現(xiàn)信息交換。棱鏡1設(shè)置在持筆的大拇指位置(如圖2、圖8所示)，與大拇指接觸的那一面有 一個半圓柱形凸起8，發(fā)光頭②55由發(fā)光二極管組成，用戶使用電子筆進行書寫時，發(fā)光二 極管照亮大拇指，并通過棱鏡后的透鏡②52將指紋影像傳遞給圖像傳感器②53，圖像傳感 器②53將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電信號，經(jīng)過處理傳遞給微處理器/微控制器①27形成指 紋數(shù)字圖像，并臨時存儲至動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30或存儲器37中，完成指紋影像的采集 過程。PCB面板③沈上的動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30、微處理器/微控制器①27、存儲器37、 時鐘芯片沈根據(jù)用戶當(dāng)前系統(tǒng)的按鈕的選擇響應(yīng)工作。如圖2，圖7所示，影像采集處理的四個功能性按鈕響應(yīng)開關(guān)分布在PCB面板③沈 的另一側(cè)，四個按鈕主要實現(xiàn)功能區(qū)開關(guān)、電子筆鼠標(biāo)控制模式、電子筆書寫記錄模式、電 子書寫模式之間的切換，即功能區(qū)啟動/關(guān)閉按鈕5使啟動/關(guān)閉按鈕響應(yīng)開關(guān)33張開 或/閉合，實現(xiàn)功能區(qū)的整體的開關(guān)工作；用戶點擊鼠標(biāo)模式按鈕3使鼠標(biāo)模式響應(yīng)開關(guān)四閉合，此時用戶手指覆蓋或移動 左鍵按鈕孔10、觸摸或移開右鍵按鈕11表面響應(yīng)開關(guān)組件的傳感器控制電子開關(guān)的通斷， 根據(jù)電路的通斷電子筆給系統(tǒng)發(fā)送出鼠標(biāo)的左鍵或右鍵的點擊指令，默認(rèn)情況下，功能區(qū) 開啟為鼠標(biāo)模式；用戶需要對所寫的信息進行電腦存儲和紙質(zhì)書面存儲時，用戶點擊書寫記錄模式 按鈕2使書寫記錄模式響應(yīng)開關(guān)觀閉合，同時用戶向下擠壓普通書寫筆筆芯控制按鈕7使 普通書寫筆筆芯2 從出芯孔19伸出，用戶在進行墨水書寫的同時，圖像傳感器①18通過 透鏡①17采集普通手寫筆筆尖2 接觸面圖像對比分析，判斷出電子筆移動方向和書寫軌
9跡并傳遞給指紋采集處理系統(tǒng)中的動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30進行臨時存儲，同時，電子筆 并對棱鏡1前指紋進行采樣并和智能卡中以前存儲的指紋特征數(shù)據(jù)進行比對，結(jié)果無誤后 形成指紋數(shù)組。當(dāng)用戶指紋不吻合，電子筆將自動清理動態(tài)/靜態(tài)隨機存儲器30數(shù)據(jù)，防 止仿冒電子筆跡發(fā)生。筆尖光電傳感系統(tǒng)根據(jù)普通書寫筆筆筆尖2 與書寫界面間的陰 影變化判斷出用戶的起筆與落筆，用戶落筆，電子筆讀取時鐘芯片38時間并記錄，用戶起 筆或當(dāng)前書寫完成，電子筆隨即讀取時鐘芯片38時間并記錄；同理，用戶開啟書寫記錄模 式使用電子書寫用塑料筆芯25進行書寫時，電子筆同樣完成書寫軌跡的采集、指紋的采集 以及書寫時間信息的采集，不同之處在于普通書寫模式時普通書寫筆在書寫面上降留下墨 跡，電子書寫時書寫面上沒有書寫墨跡殘留，方便用戶一般電腦操作的信息書寫輸入。書寫 信息采集完畢后，微處理器/微控制器①27同時完成當(dāng)前書寫筆跡的開始符、上一字符特 征碼、書寫起始時間碼、文字書寫軌跡、指紋信息、書寫終止時間碼、下一字符特征碼、終止 符等身份識別信息的順序壓縮編碼，并將結(jié)果存儲至電筆內(nèi)部存儲器37中或傳遞給電腦 書寫軟件進行識別，而且追加上當(dāng)前書寫字符在標(biāo)準(zhǔn)字符集中的代碼，加至信息尾部并進 行存儲，從而完成整個書寫過程的記錄及身份識別信息。卡讀寫系統(tǒng)本發(fā)明的卡讀寫系統(tǒng)由接口裝置、智能卡、存儲卡以及卡讀寫控制器組成。其中 接口裝置上設(shè)有智能卡插口和存儲卡插口，智能卡插口和存儲卡插口采用雙層平行結(jié)構(gòu)設(shè) 計，智能卡和存儲卡插接在接口裝置上，用戶可插接一種卡，也可以兩種卡同時插接。接口 裝置連接卡讀寫控制器，卡讀寫控制器連接微處理器或微控制器?？ㄗx寫控制器對智能卡 和存儲卡的卡數(shù)據(jù)進行讀寫控制。智能卡內(nèi)部保存標(biāo)示用戶身份的動態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)；存儲 卡是在電子筆內(nèi)部存儲空間不足時完成文字信息的存儲。以下給出本發(fā)明卡讀寫系統(tǒng)的一種具體實施例如圖2，圖7，圖8和圖15所示，筆身中段有智能卡/存儲卡讀寫插口 6(即圖15 的接口裝置)，電子筆通過固定在PCB面板③沈上的智能卡讀寫觸點35完成與智能卡表面 觸點連通，通過存儲卡讀寫觸點36實施與存儲卡的連接。固定在PCB面板③沈上的智能 卡/存儲卡讀寫控制器32 (即卡讀寫控制器)具體負(fù)責(zé)實現(xiàn)智能卡/存儲卡與電子筆及電 腦的信息的讀寫操作。智能卡其內(nèi)部封裝有用戶靜態(tài)/動態(tài)身份標(biāo)示信息及指紋信息，通 過表面觸點與電子筆內(nèi)觸點實現(xiàn)信息的聯(lián)通與交互。智能卡芯片內(nèi)部封裝有智能卡中央處 理器、加密協(xié)處理器、數(shù)據(jù)存儲單元、存儲器管理單元、定時器、隨機數(shù)發(fā)生器等。智能卡中 央處理器主要完成基本的指令執(zhí)行、存儲控制和邏輯控制等；加密協(xié)處理器協(xié)同智能卡中 央處理器進行加密運算；數(shù)據(jù)存儲單元是芯片內(nèi)的只讀存儲器，是使用階段的臨時數(shù)據(jù)空 間，智能卡操作系統(tǒng)代碼和數(shù)據(jù)存儲在這里；存儲器管理單元將邏輯地址映射為物理地址， 即進行地址轉(zhuǎn)換；定時器實施外部時鐘計算；隨機數(shù)發(fā)生器主要用于系統(tǒng)加密和解密。PC連接裝置本發(fā)明的PC連接裝置包括有線連通的連接系統(tǒng)和無線連通的連接系統(tǒng)，以下詳 細(xì)說明如圖7所示，有線連通的連接系統(tǒng)由PCB面板④40、信號編碼/解碼器①41、有線 連接信號發(fā)送/接收控制器43和接口 44組成。三個器件固定在PCB面板④40上并通過 數(shù)據(jù)線與PCB面板③沈連通。有線連接信號發(fā)送/接收控制器43控制著書寫筆的信號與電腦的交互傳輸，信號編碼/解碼器①41負(fù)責(zé)交互信息的編碼與解碼。使用時，使用一根 數(shù)據(jù)線，一頭插接在電子筆接口 44中，另外一頭插接電腦上，電腦接收到電子筆的操作信 息后開始響應(yīng)。如圖7所示，無線連通的連接系統(tǒng)由PCB面板④40、信號編碼/解碼器①41、無線 信號發(fā)送/接收器①42和無線信號接收單元組成。無線信號接收單元由插頭56、PCB面 板⑥57、無線信號發(fā)送/接收器②58、信號編碼/解碼器②59組成(如圖11所示)，各器 件均通過PCB面板⑥57固定連接，使用時，用戶將無線信號接收器插接在電腦上，其內(nèi)部的 無線信號發(fā)送/接收器②58發(fā)送握手信號，電子筆無線連通的連接系統(tǒng)中的無線信號發(fā)送 /接收器①42獲得握手信號后進行信息反饋，隨即電腦和電子筆實現(xiàn)無線連通并開始正常 工作。電子筆通過信號編碼/解碼器①41實現(xiàn)操作信息編碼，通過無線信號發(fā)送/接收器 ①42傳遞出去，無線信號接收單元通過無線信號發(fā)送/接收器②58獲得信息，通過信號編 碼/解碼器②59實現(xiàn)信息解碼并傳遞給電腦，電腦通過無線信號接收單元將執(zhí)行信息反饋 給電子筆。攜帶時，可以將無線信號接收單元插頭56插接在點在筆尾部接口 44內(nèi)。如圖7、圖8所示，電子筆中各個PCB面板通過數(shù)據(jù)線實現(xiàn)聯(lián)通。電源系統(tǒng)電子筆電源系統(tǒng)主要通過內(nèi)部電池和外部電源供電。圖7和圖8給出了本發(fā)明一 種較佳實施的結(jié)構(gòu)方案在電子筆筆身尾部設(shè)有電池倉14，電池倉14內(nèi)安裝有電池39，電 池39為用戶進行無線連接、課程筆記普通書記并記錄時提供電源；而當(dāng)用戶通過數(shù)據(jù)線實 現(xiàn)有線連接時，電子筆自動通過數(shù)據(jù)線從外部獲得電能。本發(fā)明電子筆各按鈕響應(yīng)開關(guān)組件可以是一種機械式按鈕和開關(guān)電路的組合，也 可以是一種傳感器和開關(guān)電路的組合。從上述各段說明可也看出，本實施例中各按鈕響應(yīng) 開關(guān)組件采用混合型，頻率使用較高的按鈕響應(yīng)開關(guān)組件使用傳感器與開關(guān)電路的組合， 頻率使用較低的按鈕響應(yīng)開關(guān)組件使用機械式按鈕和開關(guān)電路的組合，避免了用戶手指高 頻率點擊按鈕造成手指及手腕的損害。如圖14所示，當(dāng)用戶使用電子筆進行書寫時，筆芯筆尖45，透鏡17的中心以及圖 像傳感器①18的中心在一條直線上，圖像傳感器①18采集書寫接觸面63上的軌跡信息進 行存儲。當(dāng)筆芯收回到電子筆筆身內(nèi)部，電子筆以筆尖凸起13為支點進行移動操作時，電 子筆將實現(xiàn)鼠標(biāo)的功能，實現(xiàn)電腦操作系統(tǒng)光標(biāo)的移動。電子筆在進行書寫軌跡記錄時，光電感應(yīng)系統(tǒng)判斷書寫筆芯的起筆，并將該信息 傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊的微處理器或微控制器，指紋采集處理系統(tǒng)采集用戶指紋，并存儲開 始符和指紋信息；此時數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得開始時間，并生成上一字符特征碼， 然后存儲書寫開始時間和上一字符特征碼；書寫過程中，筆尖光電傳感系統(tǒng)實時獲得筆尖的書寫軌跡影像并將其轉(zhuǎn)換成光電 矩陣信號傳遞給微處理器/微控制器，微處理器/微控制器根據(jù)矩陣電信號形成數(shù)字影像 信號，并與上一采樣周期的影像進行對比、分析、處理，通過筆尖與接觸面的圖像及陰影的 變化，判斷出電子筆落筆時間以及起筆時間以及書寫的軌跡。微處理器/微控制器將所獲 得信息進行存儲；當(dāng)電子筆書寫結(jié)束時，數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得終止時間，并存儲字符書 寫終止時間。
基于上述多功能電子筆的文字書寫采樣過程，本發(fā)明的書寫軌跡數(shù)據(jù)存儲方法為 如下步驟1)存儲開始符；2)存儲上一字符特征碼；3)存儲字符書寫開始時間；4)存儲字符書寫軌跡；5)存儲指紋信息；6)存儲字符書寫終止時間；7)存儲下一字符特征碼；8)存儲終止符。當(dāng)前字符終止符寫入結(jié)束時，在其后由手寫識別軟件添加當(dāng)前書寫筆跡的標(biāo)準(zhǔn)字 符集字符。其中，開始符、終止符為字符信息開始和結(jié)束標(biāo)示；上一個字符和下一個字符特征 碼由微處理器/微控制器形成，微處理器/微控制器讀取時鐘芯片獲得開始時間和終止時 間；指紋信息通過指紋采集處理系統(tǒng)獲得，為提高個人信息安全性每個字符中指紋信息為 局部指紋信息加載具有隨機性，字符書寫軌跡由筆尖光電傳感系統(tǒng)實時采集筆尖的書寫軌 跡獲得。如圖16所示用戶書寫完畢后，用戶書寫軌跡存儲將形成一種鏈表結(jié)構(gòu)，各個文 字存儲信息包含用戶指紋信息、書寫時間信息、各個文字間特征碼，當(dāng)文字形成文章時，各 個文字局部指紋信息如圖所示將形成完成指紋信息實現(xiàn)用戶身份的標(biāo)示；由于書寫具有時 間連續(xù)性，各個文字間的書寫時間形成的鏈表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)用戶時間唯一性標(biāo)示；各個文字間 的特征碼將實現(xiàn)文字信息的關(guān)聯(lián)性，避免其他用戶惡意插入或修改，當(dāng)他人復(fù)制、剪切用戶 的文章時，指紋信息及時間信息也一并轉(zhuǎn)移，方便信息的追蹤，而對于安全性要求高的文件 將限制其他用戶操作。
權(quán)利要求
1.一種多功能電子筆，包括筆身和內(nèi)置于筆身的筆芯部分，其特征在于所述筆芯部 分包括書寫筆芯和電子筆芯；所述書寫筆芯的書寫端由筆身下端筆尖部分的出芯孔伸出； 所述電子筆芯包括設(shè)置在筆尖部分的光電感應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)于筆身內(nèi)的電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模 塊以及與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接的功能控制系統(tǒng)、時鐘芯片、卡讀寫系統(tǒng)以及設(shè)于筆身中 段的指紋采集處理系統(tǒng)和設(shè)于筆身后端的PC連接裝置，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過PC連接裝 置與PC進行有線或無線連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊通過光電感應(yīng)系統(tǒng)對書寫筆芯的起筆、落 筆時間進行判斷并采集書寫筆芯的書寫端的書寫軌跡；數(shù)據(jù)處理模塊還通過指紋采集處 理系統(tǒng)采集握住筆身的用戶手指指紋，并將指紋信息及書寫起止時間信息存儲進卡讀寫系 統(tǒng)；所述電源系統(tǒng)為所述電子筆芯提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子筆，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊包括有微處 理器或微控制器，所述微處理器或微控制器連接有存儲模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子筆，其特征在于所述光電感應(yīng)系統(tǒng)包括設(shè)置在 筆尖部分出芯孔旁側(cè)的透光孔、設(shè)于透光孔內(nèi)的發(fā)光頭、透鏡、圖像傳感器和一個PCB面 板，所述圖像傳感器和發(fā)光頭固定在PCB面板上；所述透鏡位于圖像傳感器前面，透鏡中 心、圖像傳感器中心及書寫筆芯的筆尖位于同一直線上；所述透鏡將書寫筆芯的筆尖位置 接觸面影像成像于圖像傳感器上，圖像傳感器將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電信號傳遞給微處理 器或微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能電子筆，其特征在于所述發(fā)光頭為發(fā)光二極管或激光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能電子筆，其特征在于所述透光孔和出芯孔分別處于 筆尖部分的上下位置，所述書寫筆芯包括有墨跡筆芯和軌跡筆芯兩種，所述墨跡筆芯和軌 跡筆芯并行設(shè)置于筆身內(nèi)且每只筆芯通過一個按鈕控制筆尖部分伸出出芯孔或者縮回筆 身內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子筆，其特征在于所述功能控制系統(tǒng)包括鍵盤功 能按鈕、左鍵按鈕和右鍵按鈕，所述左鍵按鈕和右鍵按鈕實現(xiàn)鼠標(biāo)左右鍵功能；所述鍵盤功 能按鈕用于實現(xiàn)鍵盤功能鍵的手寫操作；所述鍵盤功能按鈕、左鍵按鈕和右鍵按鈕采用機 械式按鍵或傳感器控制電路的開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子筆，其特征在于所述指紋采集處理系統(tǒng)包括用 戶指紋采集、數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)對比的指紋采集設(shè)備和控制按鈕；所述指紋采集設(shè)備是光學(xué) 式、電容/電感式、生物射頻式或靜脈活體指紋采集儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電子筆，其特征在于所述卡讀寫系統(tǒng)由接口裝置、 智能卡、存儲卡以及卡讀寫控制器組成；所述接口裝置上設(shè)有智能卡插口和存儲卡插口，所 述智能卡插口和存儲卡插口采用雙層平行結(jié)構(gòu)設(shè)計；所述智能卡和存儲卡插接在接口裝置 上，所述接口裝置連接卡讀寫控制器，所述卡讀寫控制器連接微處理器或微控制器；所述卡 讀寫控制器對所述智能卡和存儲卡的卡數(shù)據(jù)進行讀寫控制；所述智能卡內(nèi)部保存標(biāo)示用戶 身份的動態(tài)或靜態(tài)數(shù)據(jù)；所述存儲卡是在電子筆內(nèi)部存儲空間不足時完成文字信息的存 儲。
9.一種基于權(quán)利要求1所述多功能電子筆的文字書寫采樣方法，其特征在于，包括如 下步驟1)光電感應(yīng)系統(tǒng)判斷書寫筆芯的起筆，指紋采集處理系統(tǒng)采集用戶指紋，并存儲開始 符和指紋信息；2)數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得開始時間，并生成上一字符特征碼，儲書寫開始時 間和上一字符特征碼；3)書寫過程中，光電感應(yīng)系統(tǒng)采集書寫筆芯的書寫端的書寫軌跡，并存儲字符書寫軌 跡至數(shù)據(jù)處理模塊或卡存儲系統(tǒng)；4)當(dāng)電子筆書寫結(jié)束時，數(shù)據(jù)處理模塊讀取時鐘芯片獲得終止時間，并存儲字符書寫 終止時間。
10. 一種基于權(quán)利要求9的電子筆文字書寫軌跡數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于，包括以下 步驟1)存儲開始符；2)存儲上一字符特征碼；3)存儲字符書寫開始時間；4)存儲字符書寫軌跡；5)存儲指紋信息；6)存儲字符書寫終止時間；7)存儲下一字符特征碼；8)存儲終止符。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能電子筆及其文字書寫采樣方法和軌跡數(shù)據(jù)存儲方法，包括筆身和內(nèi)置于筆身的筆芯部分，筆芯部分包括書寫筆芯和電子筆芯；書寫筆芯的書寫端由筆身下端筆尖部分的出芯孔伸出；電子筆芯包括設(shè)置在筆尖部分的光電感應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)于筆身內(nèi)的電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理模塊以及與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接的功能控制系統(tǒng)、時鐘芯片、卡讀寫系統(tǒng)以及設(shè)于筆身中段的指紋采集處理系統(tǒng)和設(shè)于筆身后端的PC連接裝置。該種電子筆書寫流暢、既能夠以電子書寫，又通過實現(xiàn)墨水書寫；而且在書寫過程中能夠進行記錄、存儲，并且在存儲過程中能對書寫軌跡添加身份標(biāo)示、時間標(biāo)示等。
文檔編號G06F3/048GK102103462SQ20111003185
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者王東 申請人:王東