一种手写输入装置.pdf

本发明公开了一种手写输入装置，所述手写输入装置与计算机无线连接，包括：无线连接的手写板和手写笔，所述手写笔中包括供电用的并联谐振电路；与所述手写板连接的射频发送器，以及，与所述计算机连接的射频接收器；其中，所述手写板接收用户的手写数据信息，由所述射频发送器将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器，所述射频接收器将所述手写数据信息传送给计算机。本发明为一种适用于远距离手写输入的、无线无源的手写输入装置，该装置结构简单、激活时间短、功耗小、资源占用少、成本也比较低；还能保证无线传输距离较长；并具有非常好的多点网络连接能力。

1、  一种手写输入装置，其特征在于，所述手写输入装置与计算机无线连接，所述手写输入装置包括：
无线连接的手写板和手写笔，所述手写笔中包括供电用的并联谐振电路；
与所述手写板连接的射频发送器，以及，与所述计算机连接的射频接收器；
其中，所述手写板接收用户的手写数据信息，由所述射频发送器将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器，所述射频接收器将所述手写数据信息传送给计算机。

2、  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频发送器包括：手写板通信接口、射频发送单片机处理器、射频发送模块和射频发送天线；所述射频接收器包括：射频接收天线、射频接收模块、射频接收单片机处理器和计算机通信接口；
其中，所述手写板将接收的手写数据信息通过所述手写板通信接口传送至射频发送单片机处理器；所述射频发送单片机处理器基于zigbee标准对所述手写数据信息进行编码处理后，由所述射频发送模块和射频发送天线发送至相应的射频接收器；
所述射频接收天线和射频接收模块接收所述射频发送器发送的手写数据信息，并传送至射频接收单片机处理器；所述射频接收单片机处理器基于zigbee标准对所述手写数据信息进行相应地解码处理后，由所述计算机通信接口传递至计算机。

3、  如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述射频发送模块和射频发送天线以2.4Ghz频率段将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器；所述射频接收天线和射频接收模块通过2.4Ghz频率段接收所述手写数据信息。

4、  如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述手写板通信接口为串行通信接口或SPI接口；所述计算机通信接口为USB接口。

5、  如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述射频发送器具有唯一地址信息，所述地址信息与所述射频发送器连接的手写板关联。

6、  如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算机包括：
Zigbee协议控制模块，用于在Zigbee协议栈的控制下，依据所述手写板关联的地址信息建立多个手写板与计算机的连接。

7、  如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算机还包括：
显示模块，用于依据所述射频接收器传送的手写数据信息进行显示。

8、  如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述射频发送器设置于手写板中。

9、  如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述射频发送天线和射频接收天线为F型天线。

10、  如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述手写板为电磁感应手写板，所述手写数据信息包括手写笔迹坐标数据信息和压力数据信息。

一种手写输入装置
技术领域
本发明涉及手写识别技术领域，特别涉及一种手写输入装置。
背景技术
手写输入装置是一种计算机输入设备，如手写板、数位板等，一般是使用一只专门的笔，在特定的区域内书写文字或绘制图形。手写输入装置通过各种方法将笔走过的轨迹记录下来，然后识别为文字或图形。可用于电路设计、CAD设计、图形设计、自由绘画以及文本和数据的输入等。经过多年的发展，手写输入技术已日趋成熟，目前市场上主流的手写输入装置产品包括：有线手写板(手写板与手写笔之间有连接线)、无线手写板(手写板与手写笔之间无连接线)和无线无源手写板(手写板与手写笔之间无连接线、手写笔中没有电池)，这些手写板与计算机之间通过连接线(如USB连接线)连接以进行数据通讯的。以一般的无线无源手写板与计算机的数据通讯为例，这种无线无源手写板接收手写笔录入的轨迹及压力信息，转换为X、Y坐标数据及压力数据后，通过USB接口或其它接口输入到计算机上，配合相应的驱动程序以及应用软件，把用户在手写板上所画的轨迹直接反映在计算机的屏幕上。
可以看出，这类手写板与计算机的数据通讯是通过硬件连接实现，手写板移动范围是有限的，仅适用于近距离点对点手写输入，无法应用于远距离的手写输入。对此，目前本领域技术人员尝试研究基于篮牙无线技术实现手写输入技术，通常这种蓝牙手写输入装置由手写板、手写笔和蓝牙接收器组成，这种蓝牙手写输入装置虽然能够解决无线手写输入的问题，但由于其基于篮牙无线技术，所以不可避免地存在以下问题：
其一，从属设备入网时间长(大于等于3秒)，休眠设备激活时间慢(约3秒)；
其二，由于篮牙协议栈结构复杂，耗费系统资源多(占用系统资源约为250Kb)，而且篮牙设备功耗大，开发成本也比较高；
其三，蓝牙传输的距离较短(仅约10米)，需要加大发射功率才能实现较远距离手写输入，但是无线手写板一般都是采用电池供电，实现较远距离需要耗费较大的电池能量，并且距离仍受到电池供电的限制；
其四，蓝牙设备组网的数量少，单个网络设备数量一般为8个。
因而，本领域技术人员迫切需要发展出一种结构简单、功耗较小、成本较低、可实现远距离传输、无线无源的手写输入装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于远距离手写输入的、无线无源的手写输入装置，该装置结构简单、激活时间短、功耗小、资源占用少、成本也比较低；还能保证无线传输距离较长；并具有非常好的多点网络连接能力。
为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种手写输入装置，所述手写输入装置与计算机无线连接，所述手写输入装置包括：
无线连接的手写板和手写笔，所述手写笔中包括供电用的并联谐振电路；
与所述手写板连接的射频发送器，以及，与所述计算机连接的射频接收器；
其中，所述手写板接收用户的手写数据信息，由所述射频发送器将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器，所述射频接收器将所述手写数据信息传送给计算机。
优选的，所述射频发送器包括：手写板通信接口、射频发送单片机处理器、射频发送模块和射频发送天线；所述射频接收器包括：射频接收天线、射频接收模块、射频接收单片机处理器和计算机通信接口；
其中，所述手写板将接收的手写数据信息通过所述手写板通信接口传送至射频发送单片机处理器；所述射频发送单片机处理器基于zigbee标准对所述手写数据信息进行编码处理后，由所述射频发送模块和射频发送天线发送至相应的射频接收器；
所述射频接收天线和射频接收模块接收所述射频发送器发送的手写数据信息，并传送至射频接收单片机处理器；所述射频接收单片机处理器基于zigbee标准对所述手写数据信息进行相应地解码处理后，由所述计算机通信接口传递至计算机。
优选的，所述射频发送模块和射频发送天线以2.4Ghz频率段将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器；所述射频接收天线和射频接收模块通过2.4Ghz频率段接收所述手写数据信息。
优选的，所述手写板通信接口为串行通信接口或SPI接口；所述计算机通信接口为USB接口。
优选的，所述射频发送器具有唯一地址信息，所述地址信息与所述射频发送器连接的手写板关联。
优选的，所述计算机包括：
Zigbee协议控制模块，用于在Zigbee协议栈的控制下，依据所述手写板关联的地址信息建立多个手写板与计算机的连接。
优选的，所述计算机还包括：
显示模块，用于依据所述射频接收器传送的手写数据信息进行显示。
优选的，所述射频发送器设置于手写板中。
优选的，所述射频发送天线和射频接收天线为F型天线。
优选的，所述手写板为电磁感应手写板，所述手写数据信息包括手写笔迹坐标数据信息和压力数据信息。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
1.本发明的手写笔与手写板之间没有连接线、手写板与计算机之间也没有连接线，应用十分方便；
2.由于本发明采用zigbee协议栈，系统结构简单，成本低，在应用上十分灵活，并且设备功耗很小，设备能够长时间不充电的情况下正常运行；
3.本发明新从属设备入网时间大约30毫秒，入网时间短。休眠设备激活时间约8-20毫秒，设备从休眠状态到工作状态恢复时间短；
4.本发明有效传输范围大，传输距离长，不需要加大功率就能实现长距离数据传送，如室内传输距离可达10～70米；
5.本发明采用多对一星型网络连接方式，并且设备地址为长地址，因此单个网络设备接入的数量最多可达65535个设备，能够解决多设备手写输入运行的网络；
6.本发明射频天线采用F型天线，无方向性接收和发送数据，并且有较好的传送接收效率和简单的结构；
7.本发明采用国际公用频段2.4G无线通讯技术，系统高集成度，可靠性好，抗干扰性及稳定性强。
附图说明
图1是本发明的一种手写输入装置实施例的结构框图；
图2是本发明的一种手写笔的电路连接图；
图3是本发明的一种ZigBee协议栈的模型示意图；
图4是本发明的一种射频发送器的结构框图；
图5是本发明的一种射频接收器的结构框图；
图6是本发明的一种更为详细的基于ZigBee的射频发送器和射频接收器的数据交互流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，示出了本发明的一种手写输入装置实施例的结构框图，所述手写输入装置与计算机无线连接12，可以包括以下组件：
无线连接的手写板111和手写笔112；
与所述手写板111连接的射频发送器113；
以及，与所述计算机12连接的射频接收器121；
其中，所述手写板111接收用户的手写数据信息，由所述射频发送器113将所述手写数据信息发送至相应的射频接收器114，所述射频接收器114将所述手写数据信息传送给计算机12。
手写板可以感知笔的压力大小，从而获得手写数据信息，如手写笔迹坐标数据信息和压力数据信息等。优选的，所述手写板可以为电磁感应手写板。通常，电磁感应手写板是通过在手写板下方的布线电路通电后，在一定空间范围内形成电磁场，来感应带有线圈的笔尖的位置进行工作。例如，一种电磁感应手写板的电路结构为：由接收电路，放大、滤波电路，幅值、频率检测电路以及手写板充电电路构成；上述电路的连接方式为：接收电路的接收端接到由垂直方向的接收回路X1、X2、......X22和水平方向的接收回路Y1、Y2、......Y18构成的接收阵列所组成的感应回路，接收电路的输出端接放大电路的输入IN端，放大电路的输出OUT端接滤波电路的输入IN端，滤波电路的输出OUT端接幅值、频率检测电路的输入IN端，幅值、频率检测电路的输出OUT端接入处理主CPU。
所述手写笔112中可以包括供电用的并联谐振电路；在这种情况下，手写笔是无源的，即无需电池供电，而由电容、电感组成的并联谐振回路供电。参考图2所示的手写笔电路连接图，一种手写板电路的连接关系为：开关S1、S2分别串联电容C3、C4后，其两端与可变电感L1和电容C1并联；电阻R1的一端分别与电容C2、电容C5的一端相连，另一端分别与电容C6、电阻R2的一端和三极管Q1的基极相连；Q1的集电极分别与开关S1、S2的一端相连；电容C7的一端与Q1的集电极相连；电阻R4、电容C8并联后一端接地，另一端分别与C7、R3的一端相连；R3的另一端与Q1的发射极相连：R2、C6、C5、C2的另一端分别接地；其中开关S1、S2可以为手写笔的侧面开关，其作用相当于鼠标的左、右键。用户使用手写笔在手写板上输入的手写笔迹坐标数据信息和压力数据信息，则可以通过上述手写板的电路和手写笔的电路感应获得。
优选的是，本发明的手写输入装置可以为一种基于ZigBee无线通讯的手写输入装置。所谓Zigbee，是一种短距离、低功耗的无线通信技术名称，其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本，可以嵌入各种设备。Zigbee的基础是IEEE802.15.4，所以ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了IEEE802.15.4作为其物理层和媒体接入层规范。在其基础之上，ZigBee联盟制定了数据链路层(DLL)、网络层(NWK)和应用编程接口(API)规范。有关ZigBee协议栈的模型示意图如图3所示。其中，应用层、应用层框架和网络层/安全层可以在射频处理器中通过软件实现，而MAC层(媒体访问层)和物理层则可由射频处理器的硬件实现。
在本实施例中，所述射频处理器可以由射频发送器和射频接收器组成。
参考图4，示出了本发明的一种射频发送器的结构框图，可以包括：手写板通信接口401、射频发送单片机处理器402、射频发送模块403和射频发送天线404。
参考图5，示出了本发明的一种射频接收器的结构框图，可以包括：射频接收天线501、射频接收模块502、射频接收单片机处理器503和计算机通信接口504；
所述手写板(图中未示出)将接收的手写数据信息通过所述手写板通信接口401传送至射频发送单片机处理器403；所述射频发送单片机处理器403基于zigbee标准对所述手写数据信息进行编码处理后，由所述射频发送模块403和射频发送天线404发送至相应的射频接收器；
所述射频接收天线501和射频接收模块502接收所述射频发送器发送的手写数据信息，并传送至射频接收单片机处理器503；所述射频接收单片机处理器503基于zigbee标准对所述手写数据信息进行相应地解码处理后，由所述计算机通信接口504传递至计算机(图中未示出)。
优选的，所述手写板通信接口可以为串行通信接口或SPI接口(serialperipheral interface，串行外围设备接口)；所述计算机通信接口可以为USB接口；所述射频发送天线和射频接收天线可以为F型天线。
参考图6，示出了更为详细的基于ZigBee的射频发送器和射频接收器的数据交互流程图，具体可以包括以下步骤：
步骤601、射频发送器和对应的射频接收器建立连接；
射频接收器主动扫描射频发送器，如果射频发送器被扫描到，发出了要求与射频接收器建立通讯连接的消息，则在射频接收器允许的条件下，发送建立通讯连接确认消息给射频发送器，射频发送器在接收到所述确认消息后就可以与所述射频接收器建立通讯连接关系；
步骤602、射频发送器接收到手写板的手写数据信息后，在射频发送器的应用层内进行打包；
步骤603、在射频接收器允许射频发送器发送的情况下，将数据包由射频发送器的MAC层、物理层通过基于zigbee的芯片(即射频发送单片机处理器MCU)进行编码、加密等操作后，以2.4Ghz频率段发送给射频接收器；
当射频发送器需要发送数据至射频接收器时，射频发送器会向射频接收器提交数据发送请求，若射频接收器响应所述请求，并向射频发送器返回确认消息，则射频发送器就可以发送数据至射频接收器了。
步骤604、射频接收器通过2.4Ghz频率段接收到数据后，通过基于zigbee的芯片(即射频接收单片机处理器MCU)对接收到的数据包进行相应地解码、验证等操作；
步骤605、在验证通过的条件下，将解包后的手写信息数据由射频发送器的物理层、MAC层传递至射频接收器的应用层；
步骤606、射频接收器在应用层对手写信息数据进行数据地址确认、上传数据打包等处理，通过计算机通信接口将数据包传送到计算机，配合相应的驱动程序以及应用软件，就可以把用户在手写板上输入的笔画轨迹直接显示在计算机的屏幕上。
优选的，所述射频发送器具有唯一地址信息，所述地址信息与所述射频发送器连接的手写板关联，即每个手写板也具有相应的地址信息。在这种情况下，所述计算机还可以包括Zigbee协议控制模块，用于在Zigbee协议栈的控制下，依据所述手写板关联的地址信息建立多个手写板与计算机的连接。
更为优选的是，所述地址为长地址，如达到64BIT位，以实现更多手写板与计算机的连接。
在实际中，所述射频发送器可以单独设置，或设置于手写板中；相应的射频接收器也可以单独设置，或设置在计算机中。
需要说明的是，在无线通信技术领域，由于蓝牙技术规范标准推出在90年代后期，篮牙技术在2000年后得到广泛应用，本领域技术人员认同度较好；而ZigBee标准在2004年后半年才推出，近两年才开始普及应用，本领域技术人员认同度较低；
并且，由于蓝牙技术标准传输速率可达1Mbit/s，而ZigBee技术的数据传输速率通常为250Kbit/s，相比而言，篮牙的传输速率要大得多，因此本领域技术人员通常会选用篮牙无线通讯技术，而较少考虑篮牙技术的不足之处，如组网能力，功耗，开发费用，复杂性及唤醒速度等等；而本发明的手写输入装置对手写数据的传输速率要求并不高；具体而言，ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术，并且ZigBee协议栈简单，实现相对容易，需要的系统资源也较少，据估计，运行ZigBee需要系统资源约28Kb；蓝牙协议栈相对复杂，它需要系统资源约为250Kb，另外低功耗也是ZigBee的一个重要特征，例如在一个典型的ZigBee传感网络中，一块普通碱性电池可以供ZigBee设备工作六个月到两年。此外，基于zigbee技术的新从属设备入网时间大约30毫秒，休眠设备激活时间约15毫秒，并且不需要加大功率就能实现长距离数据传送，传输距离长度范围在10～75米，加入低噪音放大器传送距离可达几百米远距离传送数据，zigbee技术的网络设备数量最多可达65535个设备，较蓝牙网络设备接入数量有很大的提高。而且，zigbee技术系统高集成度，可靠性好，抗干扰性及稳定性强。
再者，应用ZigBee标准在设备硬件和软件方面都需要作出较大改进。
基于上述原因，本领域技术人员并不易于想到将蓝牙技术转换为采用ZigBee标准实现，并且，应用ZigBee标准在设备硬件和软件方面的改进也不是本领域技术人中可以轻易实现的。
综上所述，本发明具有如下优点：
1.本发明的手写笔与手写板之间没有连接线、手写板与计算机之间也没有连接线，应用十分方便；
2.由于本发明采用zigbee协议栈，系统结构简单，成本低，在应用上十分灵活，并且设备功耗很小，设备能够长时间不充电的情况下正常运行；
3.本发明新从属设备入网时间大约30毫秒，入网时间短。休眠设备激活时间约8-20毫秒，设备从休眠状态到工作状态恢复时间短；
4.本发明有效传输范围大，传输距离长，不需要加大功率就能实现长距离数据传送，如室内传输距离可达10～70米；
5.本发明采用多对一星型网络连接方式，并且设备地址为长地址，因此单个网络设备接入的数量最多可达65535个设备，能够解决多设备手写输入运行的网络；
6.本发明射频天线采用F型天线，无方向性接收和发送数据，并且有较好的传送接收效率和简单的结构；
7.本发明采用国际公用频段2.4G无线通讯技术，系统高集成度，可靠性好，抗干扰性及稳定性强。
本发明可以用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机等等。
以上对本发明所提供的一种手写输入装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。