一种手写输入定位装置 【技术领域】
本发明涉及模式识别领域，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)，有线手写板是适用于近距离点对点手写输入。此类手写板共同的缺点是手写板与计算机之间必须有通讯线连接，使用起来不是很不灵活。
另一类是手写板与计算机之间都是通过无线技术进行数据通讯的无线手写板，此类手写板刚刚兴起于世上不久。是针对于上述有线手写板问题人们提出了无线技术解决方案，此类手写板虽然可灵活移动，但对于用户不能进行有线连接计算机。对于手写板内的电池充电还得单独充电，应用起来也是很不方便。
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】
本发明提出了一种手写输入定位装置，采用有线与无线连接相结合的方式，分别通过SCI接口和无线射频方式将手写数据信息传递到计算机上，从而方便实现对手写数据信息的识别，具有很好的实用性和可操作性。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。
一种手写输入定位装置，其特征在于，由手写板、手写笔、射频接收器、射频发送器组成；手写笔用来触发用户的操作信息，手写板记录这些信息，射频发送器将信息发送，射频接收器将这些信息接收并输出到计算机进行识别；射频发送器设置在手写板上；射频接收器与计算机连接；
无线连接时，数据信息通过射频发送器发送到射频接收器，由射频接收器接收后传递到计算机；有线连接时，射频接收器通过数据总线与手写板连接，数据信息通过数据总线发送到射频接收器后传递到计算机。
无线连接时，所述手写笔中含有并联谐振电路，手写笔书写时的轨迹和压力信息通过手写板传递给射频发送器，数据信息通过射频发送器以信号的形式发送，射频接收器将这些信号接收并输出到计算机进行识别；
有线连接时，射频接收器的数据总线通过手写板上的接口与手写板连接，手写笔中含有并联谐振电路，手写笔书写时的轨迹和压力信息通过手写板进行信息接收，数据信息通过手写板主板的数据总线传递给射频接收器，射频接收器将这些信号接收并输出到计算机进行识别。
所述手写板的主板，包括数据总线与电源接口、切换电路、充电模块和手写模块；数据总线与电源接口进行手写板与射频接收模块的连接，并通过数据总线和电源线与切换电路相连，切换电路对主板进行有源和无源之间的切换，切换电路分别通过数据总线与手写模块和射频发送器连接，并与充电模块和电源模块连接；充电模块负责为电源模块充电，与电源模块连接；电源模块分别与射频发送器和手写模块连接，在无源状态下为手写板主板供电。
所述射频发送器包括手写板通信接口、发送单片机、发送模块和发送天线；所述射频接收器包括：接收天线、接收模块、接收单片机和计算机接口；
手写数据信息通过手写板通信接口传送至发送单片机；所述发送单片机基于zigbee标准对手写数据信息进行编码处理，并由发送模块和发送天线发送至相应的射频接收器；
接收天线和接收模块接收发送的手写数据信息，并传送至接收单片机；接收单片机基于zigbee标准对所述手写数据信息进行相应地解码后，由计算机接口传递至计算机进行软件的信息识别。
所述射频发送器具有唯一的标识信息，可以通过通信协议建立一个射频接收器与多个射频发射器的对应关系。
所述射频发送器的发送天线和射频接收器的接收天线为F型天线。
从上述说明来看本发明有如下的突出优点：
1.本发明笔与手写板之间没有线连接，手写板与计算机之间有有线和无线两种连接方式，既可以通过射频接收器进行有线连接进行数据通讯，还可以通过无线射频方式进行数据通讯，应用方便，适用性强；
2.在有线方式下，本发明的手写板由射频接收器直接供电，不需要外加电源，同时手写板主板的切换电路使电池供电自动断开，并接通射频接收器的供电电路，同时充电电路给电池自动充电。
3.在有线方式下，射频接收器与手写板通过串行通讯口(SCI)相互连接，实现了有线与无线工作方式的相互转换，接口稳定可靠，连接起来方便快捷，通讯效率很高。
4.在无线工作方式下，本发明的发送单片机和接收单片机采用zigbee协议栈，系统结构简单，成本低，在应用上很灵活，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。从属设备入网时间大约30毫秒，入网时间短，而且有效传输范围大，传输距离长。
5.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。
【附图说明】
图1为本发明一种手写输入定位装置的连接的框图；
图2为本发明一种手写输入定位装置的手写板的主板的模块结构图；
图3为本发明一种手写输入定位装置的射频发送器结构框图；
图4为本发明一种手写输入定位装置的射频接收器结构框图。
图中：1、手写板 101、手写模块 102、电源模块 103、充电模块 104、切换电路 105、SCI与电源接口 2、射频发送器201、手写板接口 202、发送单片机 203、发送模块 204、发送天线 3、射频接收器 301、接收天线 302、接收模块 303、接收单片机 304、计算机接口 305、SCI接口 4、计算机 5、手写笔
【具体实施方式】
下面结合附图进一步说明本发明有线与双无线、无源坐标输入定位装置系统。
一种手写输入定位装置，本实施例中，数据总线采用SCI接口的形式进行数据传输。如图1所示，包括手写板1、手写笔5、射频接收器3、射频发送器2；手写笔5用来触发用户的操作信息，手写板1记录这些信息，射频发送器2将信息发送，射频接收器3将这些信息接收并输出到计算机4进行识别；射频发送器2设置在手写板1上；射频接收器3与计算机4连接。
整个系统工作方式分为有线工作方式和无线工作方式。本实施例中，手写板1为电磁感应手写板，无线连接时，手写笔5中含有并联谐振电路，手写笔5书写时的轨迹和压力信息通过手写板1进行信息接收，这些数据信息通过射频发送器2以信号的形式发送，射频接收器3将这些信号接收，然后通过计算机接口304，本实施例中为通用串行总线USB口传送到计算机4，配合相应地软件对该手写数据进行X、Y坐标及压力识别。从而实现手写板1的坐标及压力信息录入到计算机4上。
有线连接时，射频接收器3与手写板1连接，手写笔5中含有并联谐振电路，手写笔5书写时的轨迹和压力信息通过手写板1进行信息接收，这些信息通过SCI接口305传递给射频接收器3，然后将接收到的数据处理后再通过计算机接口304，本实施例中为通用串行总线USB口传送到计算机4。配合相应的软件对该手写数据信息进行X、Y坐标及压力识别，从而实现手写板1的坐标及压力信息录入到计算机4上。
射频接收器3与手写板1主板采用SCI接口305通讯，手写模块101与射频发送器2通过手写板接口201通讯，本实施例中，也采用SCI接口通讯。如图2所示，为手写板1的主板结构图，SCI与电源接口105进行手写板1与接收模块302的连接，其通过SCI总线和电源线与切换电路104相连，本实施例中，电源线电压为直流5伏。切换电路104对整个电路进行有源和无源的切换，切换电路104分别通过SCI总线与手写模块101和射频发送器2连接，并与充电模块103和电源模块102连接；充电模块103负责为电源模块102充电，其与电源模块102连接，本实施例中，电源模块102的电压范围在3.2伏-4.2伏之间。电源模块102在手写板1主板的无源状态下供电，分别与射频发送器2和手写模块101连接，本实施例中，电源模块102的稳压电源电压为直流3.3伏。
手写板1的主板处于无线状态时，即SCI与电源接口105不与射频接收器3的SCI接口305连接，主板由主板上的电源模块102来供电，电源模块102经过电压转换后分别对手写模块101及射频发送器2供电。手写模块101采集完手写数据后，通过SCI总线和切换电路104直接传送到射频发送器2，由射频发送器2进行信息发送，再由射频接收器3接收，并计算机接口304传送到计算机4。计算机4通过相应的软件对该手写数据信息进行X，Y坐标及压力识别，从而实现有线手写输入。
手写板1的主板处于有线状态时，即射频接收器3的SCI接口305与手写板1的SCI与电源接口105连接，在经过切换电路切换后，由SCI与电源接口105接出的电源线对射频发送器3和手写模块101进行供电。同时电源线自动对电源模块102进行充电，并在电池充满后自动与其断开。手写数据在手写模块101中采集后，通过SCI总线和切换电路104传送到SCI与电源接口105，并传输到射频接收器3，再由射频接收器3接收，再通过计算机接口304传送到计算机4。计算机4通过相应的软件对该手写数据信息进行X，Y坐标及压力识别，从而实现无线手写输入。
当射频接收器3的SCI接口305与手写板1的SCI与电源接口105连接时，切换电路104将自动检测SCI与电源接口的105状态，切换到由射频接收器3供电并通过SCI总线与射频接收器3的接收单片机303相连接，同时断开作为主板供电电源的电源模块102并断开主板与射频发送器2连接的SCI总线。当射频接收器3的SCI接口305与手写板1的SCI与电源接口105断开时，切换电路101将自动检测SCI与电源接口105的状态，通过切换电路104自动地切换到手写板1主板处于无线状态时的工作状态。
如图3所示，所述射频发送器2包括手写板接口201、发送单片机202、发送模块203和发送天线204；手写板接口201用来与手写板1保持通信，将用户的手写时的轨迹和压力信息传递到发送单片机202处，本实施例中，采用直流3.3伏供电，该电压是通过电源模块102获得的稳压电源。发送单片机202采用频段为2.4GHz的zigbee协议栈，采用了IEEE802.15.4标准，将手写时的轨迹和压力信息通过发送模块203，发送模块203通过F型的发送天线204进行信息发送。
本实施例中，计算机接口304采用USB接口，为直流5伏供电。如图4所示，所述射频接收器3包括：接收天线301、接收模块302、接收单片机303和计算机接口304。接收天线301采用F形天线，和接收模块302接收一个或多个发送天线204发送的轨迹和压力信息，这些信息经过接收模块302进行处理后，通过计算机接口304，即通用串行总线USB口传送到计算机4。
另外由于不同的射频发送器2在出厂前都固化有不同地址，计算机4依据该地址信息来识别不同的手写板1，从而实现多块手写板坐标输入。该装置传送距离为10～75米，对于网络教学用户是非常适合的。