本發(fā)明涉及一種近視預防的電子墨水手寫板裝置及方法，屬于教育學習用具技術領域。

背景技術：

電子墨水手寫板采用電磁觸控技術，在觸控筆的基礎上加入墨水筆芯，使得當在紙張上書寫時，同時將書寫軌跡保存為電子檔或?qū)崟r通過無線方式發(fā)送出去。這一觸控墨水筆技術已在教育市場逐漸推廣使用。但是，在目前的工作和學習，尤其是學生，寫字時姿勢不正確和長時間書寫，沒有適當?shù)男菹?，會引起眼睛近視和疲勞，對人體健康帶來很大危害。

在專利zl201520932034《防止近視和疲勞的智能筆》中提出了一種防止近視的智能筆，其公開在筆中加入一個或多個眼球追蹤器。但是該技術方案成本和功耗比較高，并且其無法解決學生眼睛距離觸控無線板過近的問題。

在專利zl200920028217《防近視書寫墊板》提出一種防近視書寫墊板，其在墊板下側(cè)設有紅外線傳感器，用來檢測人體頭部距桌面的距離。但此書寫墊板存在以下問題：(1)當書寫在墊板上側(cè)時，人體頭部會自然靠近該紅外開關，導致誤檢測。(2)另外，當筆處于墊板左上側(cè)，手臂有可能置于該紅外線傳感器之上，并導致誤檢測。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種近視預防的電子墨水手寫板裝置及方法，其實時檢測人體頭部與觸控無線板的距離，一旦發(fā)現(xiàn)距離過近時，則利用蜂鳴器提出警告；同時檢測多個紅外線傳感器的值，可以有效避免由于手臂遮擋而出現(xiàn)誤檢。

本發(fā)明所述近視預防的電子墨水手寫板裝置，包括手寫板和手寫筆，手寫板包括板架和觸控無線板，手寫筆按壓在觸控無線板上，板架上設置有檢測人體頭部與其之間距離的紅外線傳感器，其中，板架上側(cè)至少設置有一個紅外線傳感器，板架下側(cè)設置有一個紅外線傳感器。

優(yōu)選地，所述紅外線傳感器采用發(fā)送端和接收端，發(fā)送端發(fā)送特定頻率的紅外線，接收端接收紅外接收值。

通過設定特定頻率的紅外線信號，接收端可以避免其他頻率紅外線的干擾。本發(fā)明采用的紅外線傳感器是收發(fā)一體式傳感器。用于實時檢測人體與手寫板的距離。

優(yōu)選地，所述手寫板還包括板架內(nèi)由上至下設置的觸控無線板、電路板和電源。

優(yōu)選地，所述電路板上設置有多路復用開關、信號調(diào)理器、微控制器、放大器和蜂鳴器，觸控無線板依次通過多路復用開關、信號調(diào)理器與微控制器相連，紅外線傳感器通過放大器與微控制器相連；微控制器還分別與蜂鳴器和電源相連。

多路復用開關包括多路復用器和模擬開關，多路復用器也稱為數(shù)據(jù)選擇器，是用來選擇觸控無線板的數(shù)字信號通路的；模擬開關是傳遞模擬信號的，因為數(shù)字信號也是由高低兩個模擬電壓組成的,所以模擬開關也能傳遞數(shù)字信號。信號調(diào)理器用于觸控無線板和微控制器之間的信號調(diào)理器件，如衰減器、前置放大器、電荷放大器以及對傳感器或放大器進行非線性補償?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換器件。紅外線傳感器接收到的紅外線信號較弱，需要經(jīng)過放大器進行放大才能被有效利用。

優(yōu)選地，所述紅外線傳感器檢測到的紅外線強度大于設定閾值，并且連續(xù)超過設定時間，通過微控制器啟動蜂鳴器報警。

短時間達到設定閾值或者接收到的紅外線強度不夠，不能作為人體過于接近手寫板的判斷依據(jù)。只有當紅外線強度大于閾值，并且連續(xù)時間超過設定值時，說明接近手寫板的判斷條件滿足。

應用上述近視預防的電子墨水手寫板裝置的方法，包括如下步驟：

s1：通過紅外線傳感器實時檢測紅外接收值，將采集到的強度信號傳遞到微控制器，通過微控制器得出所有強度信號中的極小值smin；

s2：當smin大于設定的域值時，微控制器通過結(jié)合筆尖的按壓位置判斷是否有人體的頭部接近紅外線傳感器；

s3：當smin連續(xù)超過設定時間，通過微控制器啟動蜂鳴器報警。

優(yōu)選地，步驟s2中，通過微控制器程序判斷筆尖的按壓位置是否滿足下述三種特殊情況：

a.當手寫筆按壓位置位于觸控無線板的左上角時，手臂遮擋區(qū)域位于板架上側(cè)，關閉或者忽略板架上側(cè)的紅外線傳感器，開啟檢測板架下側(cè)的兩個紅外線傳感器；

b.當手寫筆按壓位置位于觸控無線板的左側(cè)中部時，手臂遮擋區(qū)域位于板架右下角，關閉或者忽略板架右下角的紅外線傳感器，開啟檢測板架左下角的紅外線傳感器和板架上側(cè)的紅外線傳感器；

c.當手寫筆按壓位置位于觸控無線板的左下角時，手臂遮擋區(qū)域位于板架下側(cè)，關閉或者忽略板架下側(cè)的兩個紅外線傳感器，開啟檢測板架上側(cè)的紅外線傳感器。

通過觸控無線板采集的到的手寫筆的筆尖所在位置，間接地判斷手臂所遮擋的區(qū)域，在遮擋的區(qū)域內(nèi)的紅外線傳感器必然因為距離過近會造成誤判，因此需要設定程序進行智能開關。當位于左上角時，說明手臂遮擋區(qū)域位于觸控無線板的上部，所以導致上側(cè)的紅外線傳感器無法正常使用，因此需要暫時關閉。當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域位于觸控無線板的右下角，所以導致右下角的紅外線傳感器無法正常使用，因此需要暫時關閉。當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域位于觸控無線板的下部，所以導致下部的兩個紅外線傳感器無法正常使用，因此需要暫時關閉。

優(yōu)選地，所述步驟s2中的三種特殊情況對應右手持筆，如果左手持筆則正好相反。

優(yōu)選地，所述步驟s2中的特殊情況b中，當手寫筆按壓位置位于觸控無線板的左側(cè)中部時，板架左下角的紅外線傳感器感測到手臂遮擋的強度信號大于人體頭部反射強度時，判斷握筆姿勢不正確。

本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明所述的近視預防的電子墨水手寫板裝置及方法，其實時檢測人體頭部與觸控無線板的距離，一旦發(fā)現(xiàn)距離過近時，則利用蜂鳴器提出警告；同時檢測多個紅外線傳感器的值，可以有效避免由于手臂遮擋而出現(xiàn)誤檢。另外，通過上述的硬件設定，可以檢測握筆的姿勢是否存在問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理連接框圖。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(a)是特殊情況a的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(b)是特殊情況b的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(c)是特殊情況c的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、板架；2、觸控無線板；3、紅外線傳感器；4、手寫筆按壓位置；5、手臂遮擋區(qū)域。

具體實施方式

為了使本發(fā)明目的、技術方案更加清楚明白，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的近視預防的電子墨水手寫板裝置及方法，包括手寫板和手寫筆，手寫板包括板架1，以及板架1內(nèi)由上至下設置的觸控無線板2、電路板和電源，手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2上；板架1上側(cè)至少設置有一個紅外線傳感器3，板架1下側(cè)設置有一個紅外線傳感器3；電路板上設置有多路復用開關、信號調(diào)理器、微控制器、放大器和蜂鳴器，觸控無線板2依次通過多路復用開關、信號調(diào)理器與微控制器相連，紅外線傳感器3通過放大器與微控制器相連；微控制器還分別與蜂鳴器和電源相連。

如圖1所示，多路復用開關包括多路復用器和模擬開關，多路復用器也稱為數(shù)據(jù)選擇器，是用來選擇觸控無線板2的數(shù)字信號通路的；模擬開關是傳遞模擬信號的，因為數(shù)字信號也是由高低兩個模擬電壓組成的,所以模擬開關也能傳遞數(shù)字信號。信號調(diào)理器用于觸控無線板2和微控制器之間的信號調(diào)理器件，如衰減器、前置放大器、電荷放大器以及對傳感器或放大器進行非線性補償?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換器件。紅外線傳感器3接收到的紅外線信號較弱，需要經(jīng)過放大器進行放大才能被有效利用。

所述紅外線傳感器3采用發(fā)送端和接收端，發(fā)送端發(fā)送特定頻率的紅外線，接收端接收紅外接收值。通過設定特定頻率的紅外線信號，接收端可以避免其他頻率紅外線的干擾。本發(fā)明采用的紅外線傳感器3是收發(fā)一體式傳感器。用于實時檢測人體與手寫板的距離。

所述觸控無線板2接收手寫筆的按壓位置坐標，由微控制器控制，開啟對應的紅外線傳感器3。通過觸控無線板2采集的到的手寫筆的筆尖所在位置，間接地判斷手臂所遮擋的區(qū)域，在遮擋的區(qū)域內(nèi)的紅外線傳感器3必然因為距離過近會造成誤判，因此需要設定程序進行智能開關。

所述手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左上角時，開啟檢測板架1下側(cè)的兩個紅外線傳感器3，關閉或者忽略板架1上側(cè)的紅外線傳感器3。圖3(a)所示，當位于左上角時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的上部，所以導致上側(cè)的紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。所述手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左側(cè)中部時，開啟檢測板架1左下角的紅外線傳感器3和板架1上側(cè)的紅外線傳感器3，關閉或者忽略板架1右下角的紅外線傳感器3。圖3(b)所示，當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的右下角，所以導致右下角的紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。所述手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左下角時，開啟檢測板架1上側(cè)的紅外線傳感器3，關閉或者忽略板架1下側(cè)的兩個紅外線傳感器3。圖3(c)所示，當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的下部，所以導致下部的兩個紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。

所述紅外線傳感器3檢測到的紅外線強度大于設定閾值，并且連續(xù)超過設定時間，通過微控制器啟動蜂鳴器報警。

短時間達到設定閾值或者接收到的紅外線強度不夠，不能作為人體過于接近手寫板的判斷依據(jù)。只有當紅外線強度大于閾值，并且連續(xù)時間超過設定值時，說明接近手寫板的判斷條件滿足。

本發(fā)明近視預防的電子墨水手寫板裝置，包括手寫板和手寫筆，手寫板包括板架1和觸控無線板2，手寫筆按壓在觸控無線板2上，板架1上設置有檢測人體頭部與其之間距離的紅外線傳感器3，其中，板架1上側(cè)至少設置有一個紅外線傳感器3，板架1下側(cè)設置有一個紅外線傳感器3。

紅外線傳感器3采用發(fā)送端和接收端，發(fā)送端發(fā)送特定頻率的紅外線，接收端接收紅外接收值。

通過設定特定頻率的紅外線信號，接收端可以避免其他頻率紅外線的干擾。本發(fā)明采用的紅外線傳感器3是收發(fā)一體式傳感器。用于實時檢測人體與手寫板的距離。

手寫板還包括板架1內(nèi)由上至下設置的觸控無線板2、電路板和電源。

電路板上設置有多路復用開關、信號調(diào)理器、微控制器、放大器和蜂鳴器，觸控無線板2依次通過多路復用開關、信號調(diào)理器與微控制器相連，紅外線傳感器3通過放大器與微控制器相連；微控制器還分別與蜂鳴器和電源相連。

多路復用開關包括多路復用器和模擬開關，多路復用器也稱為數(shù)據(jù)選擇器，是用來選擇觸控無線板2的數(shù)字信號通路的；模擬開關是傳遞模擬信號的，因為數(shù)字信號也是由高低兩個模擬電壓組成的,所以模擬開關也能傳遞數(shù)字信號。信號調(diào)理器用于觸控無線板2和微控制器之間的信號調(diào)理器件，如衰減器、前置放大器、電荷放大器以及對傳感器或放大器進行非線性補償?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換器件。紅外線傳感器3接收到的紅外線信號較弱，需要經(jīng)過放大器進行放大才能被有效利用。

紅外線傳感器3檢測到的紅外線強度大于設定閾值，并且連續(xù)超過設定時間，通過微控制器啟動蜂鳴器報警。

短時間達到設定閾值或者接收到的紅外線強度不夠，不能作為人體過于接近手寫板的判斷依據(jù)。只有當紅外線強度大于閾值，并且連續(xù)時間超過設定值時，說明接近手寫板的判斷條件滿足。

考慮到人手及小臂的影響，需要在手寫板的多個位置設置紅外線傳感器3，同時結(jié)合手寫筆按壓位置4來綜合判斷是否為有人體頭部靠近手寫板。

具體來說，在書寫的“無效”區(qū)域內(nèi)，即板架1部分，設置多個紅外線傳感器3。如圖2所示，在板架1上側(cè)設置一個紅外線傳感器3，并且在下側(cè)設置二個紅外線傳感器3。正常書寫時，板架1的下側(cè)通常不會被書寫者用手臂遮蓋。

檢測時，同時檢測多個紅外線傳感器3的值，可以有效避免由于手臂遮擋而出現(xiàn)誤檢。同時結(jié)合手寫筆按壓位置4的位置，來判斷手臂的干擾，進一步檢測人的人體頭部接近狀況。

檢測到多個紅外線傳感器3的值大于某個域值，并且經(jīng)過一段時間，例如連續(xù)超過1分鐘，啟動蜂鳴器報警。

應用上述近視預防的電子墨水手寫板裝置的方法，包括如下步驟：

s1：通過紅外線傳感器3實時檢測紅外接收值，將采集到的強度信號傳遞到微控制器，通過微控制器得出所有強度信號中的極小值smin；

s2：當smin大于設定的域值時，微控制器通過結(jié)合筆尖的按壓位置判斷是否有人體的頭部接近紅外線傳感器3；

s3：當smin連續(xù)超過設定時間，通過微控制器啟動蜂鳴器報警。

步驟s2中，通過微控制器程序判斷筆尖的按壓位置是否滿足下述三種特殊情況：

a.當手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左上角時，手臂遮擋區(qū)域5位于板架1上側(cè)，關閉或者忽略板架1上側(cè)的紅外線傳感器3，開啟檢測板架1下側(cè)的兩個紅外線傳感器3；

b.當手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左側(cè)中部時，手臂遮擋區(qū)域5位于板架1右下角，關閉或者忽略板架1右下角的紅外線傳感器3，開啟檢測板架1左下角的紅外線傳感器3和板架1上側(cè)的紅外線傳感器3；

c.當手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左下角時，手臂遮擋區(qū)域5位于板架1下側(cè)，關閉或者忽略板架1下側(cè)的兩個紅外線傳感器3，開啟檢測板架1上側(cè)的紅外線傳感器3。

通過觸控無線板2采集的到的手寫筆的筆尖所在位置，間接地判斷手臂所遮擋的區(qū)域，在遮擋的區(qū)域內(nèi)的紅外線傳感器3必然因為距離過近會造成誤判，因此需要設定程序進行智能開關。當位于左上角時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的上部，所以導致上側(cè)的紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的右下角，所以導致右下角的紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。當位于左側(cè)中部時，說明手臂遮擋區(qū)域5位于觸控無線板2的下部，所以導致下部的兩個紅外線傳感器3無法正常使用，因此需要暫時關閉。

步驟s2中的三種特殊情況對應右手持筆，如果左手持筆則正好相反。

步驟s2中的特殊情況b中，當手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左側(cè)中部時，板架1左下角的紅外線傳感器3感測到手臂遮擋的強度信號大于人體頭部反射強度時，判斷握筆姿勢不正確。

觸控無線板2利用電磁觸控技術，可以得到手寫筆按壓位置4的位置。圖3(a)中手寫筆按壓位置4位于觸控無線板2的左上角位置，圖中3(a)的陰影部分表示為手臂可能存在的范圍以右手持筆為例，此時上側(cè)兩個紅外線傳感器3處于手臂遮擋位置，所以僅檢測下側(cè)兩個紅外線傳感器3。圖3(b)中手寫筆按壓位置4位于左方居中位置，手臂可能影響的為右下角的紅外線傳感器3，此時檢測上側(cè)兩個和左下角的紅外線傳感器3。圖3(c)中手寫筆按壓位置4位于左下方，可以看出紅外線傳感器3下側(cè)被手臂遮擋，此時，檢測上側(cè)兩個紅外線傳感器3。

另外，通過上述的硬件設定，可以檢測握筆的姿勢是否存在問題。例如，在圖3(b)中，如果圖中右上角的紅外線傳感器3檢測到手臂遮擋，其強度信號將大于人體頭部反射，則可以判斷使用者的握筆姿勢不正確。

本發(fā)明利用多個紅外線傳感器3來檢測人體頭部與觸控無線板2的距離，具有成本低廉、功耗小和檢測可靠的優(yōu)勢。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而己，并不以本發(fā)明為限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的均等修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的專利涵蓋范圍內(nèi)。