一種用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，屬于計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。包括：用于使用者施加壓力的交互筆導(dǎo)光筆尖，用于根據(jù)中央處理器的控制信號發(fā)出紅外光的紅外發(fā)光二極管，用于接收來自交互筆筆尖的壓力的壓變電阻，用于接收壓變電阻的電阻信號的信號放大器，用于使用者遠(yuǎn)程指點(diǎn)交互內(nèi)容的激光二極管，用于為使用者向交互筆輸入不同的交互操作信號的開關(guān)，用于對交互筆進(jìn)行控制的中央處理器以及用于使中央處理器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)通信的射頻芯片。本交互筆具有功能完善、可靠性好，信號精度高、交互通道多等優(yōu)點(diǎn)，而且本發(fā)明交互筆十分適合基于DI和FTIR的交互桌面，同時(shí)也可以工作于表面光波型交互桌面，例如線陣激光平面等。
【專利說明】一種用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，屬于計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，交互式桌面和交互式墻面也取得了很大的進(jìn)步，越來越多地應(yīng)用到展覽館和辦公室當(dāng)中。同時(shí)交互筆技術(shù)也得到了長足的發(fā)展，例如可在平板電腦Tablet PC上的電磁式書寫筆，與書寫板配合使用的Wacom數(shù)碼筆，以及可用于交互桌面和墻面的遠(yuǎn)程交互激光筆等。
[0003]筆式輸入是人與交互表面交互式輸入的一個(gè)重要部分，包括自然的書寫以及遠(yuǎn)程的指點(diǎn)功能。一般來講，交互筆工作在一個(gè)屬于個(gè)人的交互表面例如平板電腦和手寫板上面，手寫板可以感知到交互筆的觸點(diǎn)位置輸入，而近年來Wacom手寫板還具有壓力感知功能。而桌面和墻面上的人機(jī)交互模式則與手寫板和Wacom不同，它們更注重多人協(xié)同功能，即多個(gè)用戶在同一表面上并發(fā)輸入和協(xié)同工作；同時(shí)，交互桌面和交互墻面一般都是基于計(jì)算機(jī)視覺方式工作而不是電磁方式，已有的電磁式交互筆不能在這類表面上工作。
[0004]在交互表面的書寫筆中，現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)方法主要包括壓感表面的筆式輸入，即交互筆直接在有壓力感應(yīng)能力的表面上書寫，對交互筆材質(zhì)無明確要求，這種技術(shù)最常見的是電阻式觸摸屏上的觸摸筆；電磁感應(yīng)式交互筆，在平板電腦中比較常見，主要原理是靠電磁筆在運(yùn)動(dòng)過程中和交互面板下方的感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場變化來識別位置；WaCom公司的手寫板系列還提供壓力感應(yīng)功能，可以精確輸入壓力值。但是它們對基于視覺的交互式表面不能提供很好的支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，改變已有交互筆的結(jié)構(gòu)，使其能夠工作于任何基于視覺的交互式表面，并能提供壓力級別和多人工作支持，同時(shí)還具備激光筆的遠(yuǎn)程交互功能。
[0006]本發(fā)明提出的用于計(jì)算機(jī)光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，包括:
[0007]交互筆導(dǎo)光筆尖，用于交互筆使用者施加一個(gè)壓力，將該壓力傳遞給壓變電阻，同時(shí)將紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光傳導(dǎo)到筆尖與交互桌面相接觸的接觸點(diǎn)上，所述的交互筆導(dǎo)光筆尖安裝在交互筆的端部；
[0008]紅外發(fā)光二極管,用于根據(jù)中央處理器的控制信號發(fā)出紅外光,紅外發(fā)光二極管置于交互筆導(dǎo)光筆尖內(nèi)，紅外發(fā)光二極管通過信號線與中央處理器相連；
[0009]壓變電阻，用于接收來自交互筆筆尖的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)換為電阻，所述的壓變電阻置于交互筆的筆體內(nèi)；
[0010]信號放大器，用于接收壓變電阻的電阻信號，并將該電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述的信號放大器的輸入端與壓變電阻相連，信號放大器的輸出端與中央處理器相連；[0011]激光二極管，用于交互筆使用者遠(yuǎn)程指點(diǎn)交互內(nèi)容，所述的激光二極管與中央處理器相連；
[0012]遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)，用于交互筆使用者控制遠(yuǎn)程指點(diǎn)操作，所述的遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)與激光二極管相連；
[0013]多個(gè)普通開關(guān)，用于為交互筆使用者向交互筆輸入不同的交互操作信號，所述的普通開關(guān)安裝在交互筆的筆體上；
[0014]中央處理器，用于接收信號放大器的電壓信號，將該電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，根據(jù)該數(shù)字信號，對與設(shè)定的電壓閾值相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果對紅外發(fā)光二極管進(jìn)行控制，同時(shí)接收遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)和普通開關(guān)的開關(guān)信號，根據(jù)遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的開關(guān)信號，向射頻芯片發(fā)送遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的通斷狀態(tài)，將普通開關(guān)的開關(guān)信號發(fā)送到射頻
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心片；
[0015]射頻芯片，用于發(fā)送來自中央處理器的數(shù)據(jù)信號，并將來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中央處理器，所述的射頻芯片與中央處理器相連。
[0016]本發(fā)明提出的用于計(jì)算機(jī)光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，其優(yōu)點(diǎn)是:
[0017]1、本發(fā)明提出的用于計(jì)算機(jī)光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，同時(shí)支持多人遠(yuǎn)程交互功能的交互筆。具有良好導(dǎo)光性的筆頭安裝在筆身最前端，當(dāng)其工作在基于視覺的觸摸式交互表面上時(shí)，筆頭與交互平面的接觸點(diǎn)會(huì)有紅外光點(diǎn)產(chǎn)生，并被交互所捕獲；同時(shí)交互筆導(dǎo)光筆尖內(nèi)嵌壓力傳感器，可以提供數(shù)字化的壓力值輸出。筆身為有按鍵設(shè)計(jì)，一個(gè)按鍵用于點(diǎn)亮位于筆前端、筆尖附近的紅外激光管，可以用來遠(yuǎn)距離指點(diǎn)；另外普通開關(guān)可根據(jù)需分配功能，例如用來模擬鼠標(biāo)左右鍵。同時(shí)本交互筆還含有射頻模塊，可提供多達(dá)10只筆的同時(shí)工作的能力。本發(fā)明所提出的交互筆具有功能完善、可靠性好，信號精度高、交互通道多等優(yōu)點(diǎn)。
[0018]本發(fā)明提出的交互筆接觸到交互表面時(shí)，會(huì)在筆尖處發(fā)出與交互表面紅外波長相同的紅外光點(diǎn)，會(huì)被交互桌面的視覺系統(tǒng)所捕捉并識別，十分適合基于DI和FTIR的交互桌面，同時(shí)由于筆尖會(huì)隔斷紅外光，本交互筆也同樣可以工作于表面光波型交互桌面，例如LLP，即線陣激光平面。與此同時(shí)，筆內(nèi)部含有壓力傳感模塊和RFID模塊，配合接收器和相應(yīng)軟件，可以提供壓力感應(yīng)輸出和多筆支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提出的用于光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆的電路原理圖。
[0020]圖1中，I是遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)，2是普通開關(guān)，3是普通開關(guān)，4是中央處理器，5是紅外發(fā)光二極管，6是射頻芯片，7是壓變電阻，8是信號放大器，9是激光二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提出的用于計(jì)算機(jī)光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0022]交互筆導(dǎo)光筆尖(圖中未示出)，用于交互筆使用者施加一個(gè)壓力，將該壓力傳遞給壓變電阻，同時(shí)將紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光傳導(dǎo)到筆尖與交互桌面相接觸的接觸點(diǎn)上，所述的交互筆導(dǎo)光筆尖安裝在交互筆的端部；[0023]紅外發(fā)光二極管5,用于根據(jù)中央處理器的控制信號發(fā)出紅外光,紅外發(fā)光二極管置于交互筆導(dǎo)光筆尖內(nèi)，紅外發(fā)光二極管通過信號線與中央處理器相連；
[0024]壓變電阻7，用于接收來自交互筆筆尖的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)換為電阻，所述的壓變電阻置于交互筆的筆體內(nèi)；
[0025]信號放大器8，用于接收壓變電阻的電阻信號，并將該電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述的信號放大器的輸入端與壓變電阻相連，信號放大器的輸出端與中央處理器相連；
[0026]激光二極管9，用于交互筆使用者遠(yuǎn)程指點(diǎn)交互內(nèi)容，所述的激光二極管與中央處理器相連；
[0027]遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)1，用于交互筆使用者控制遠(yuǎn)程指點(diǎn)操作，所述的遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)與激光二極管相連；
[0028]多個(gè)普通開關(guān)2和3，用于為交互筆使用者向交互筆輸入不同的交互操作信號，所述的普通開關(guān)安裝在交互筆的筆體上；
[0029]中央處理器4，用于接收信號放大器的電壓信號，將該電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，根據(jù)該數(shù)字信號，對與設(shè)定的電壓閾值相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果對紅外發(fā)光二極管進(jìn)行控制，同時(shí)接收遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)和普通開關(guān)的開關(guān)信號，根據(jù)遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的開關(guān)信號，向射頻芯片發(fā)送遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的通斷狀態(tài)，將普通開關(guān)的開關(guān)信號發(fā)送到射頻芯片；
[0030]射頻芯片6，用于發(fā)送來自中央處理器的數(shù)據(jù)信號，并將來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中央處理器，所述的射頻芯片與中央處理器相連。
[0031]以下詳細(xì)介紹本發(fā)明交互筆的工作原理和工作過程。
[0032]在本發(fā)明中，所述的交互筆需與計(jì)算機(jī)配合使用，交互筆通過自身的射頻芯片將工作狀態(tài)發(fā)送出去，與計(jì)算機(jī)相連的射頻收發(fā)器與交互筆的射頻芯片相匹配，收發(fā)器接收到交互筆的信息，傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)端運(yùn)行相應(yīng)的應(yīng)用軟件和交互筆管理軟件，通過收發(fā)器將計(jì)算機(jī)的控制命令發(fā)送至交互筆的射頻芯片，最終被交互筆的中央處理器所接收，并作出相應(yīng)的回應(yīng)。
[0033]在本發(fā)明所述的交互筆中，導(dǎo)光筆尖安裝于筆桿前端，交互筆使用者用本發(fā)明的交互筆在交互桌面上書寫時(shí)，施加于筆身的壓力通過筆尖傳導(dǎo)至壓變電阻上，壓變電阻的阻值與所施加的壓力是一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。壓變電阻的阻值通過信號放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號，并被中央處理器所獲知。中央處理內(nèi)嵌的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將該數(shù)字信號與設(shè)定的電壓閾值所對應(yīng)的數(shù)字信號(也即所設(shè)定的壓力閾值所對應(yīng)的數(shù)字信號)進(jìn)行比對，若大于設(shè)定的閾值，則點(diǎn)亮紅外發(fā)光二極管，并通過射頻芯片將壓力值發(fā)送出去，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光通過導(dǎo)光筆尖傳導(dǎo)至于交互桌面接觸的點(diǎn)，并被交互桌面所捕獲并傳遞至計(jì)算機(jī)從而完成交互輸入的識別。若交互筆的遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)被使用者按下，則激光二極管發(fā)光，用于指示內(nèi)容，同時(shí)遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的開關(guān)信息被中央處理器所得知，通過射頻芯片發(fā)送出去。在交互筆使用者使用過程中，若交互筆上的普通開關(guān)被按下，中央處理器同樣會(huì)將其工作狀態(tài)發(fā)送出去，與計(jì)算機(jī)相連的接收器接收到所述交互筆的工作狀態(tài)信息后，傳遞給計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件作出相應(yīng)的回應(yīng)。
[0034]在本發(fā)明中，若存在多只所述的交互筆，則每只交互筆與一個(gè)射頻收發(fā)器相匹配并連接至同一臺或多臺計(jì)算機(jī)，不同的交互筆采用不同的收發(fā)頻段，保證互相之間的射頻信號傳輸不受干擾；不同交互筆發(fā)出的紅外光點(diǎn)與所述交互筆的匹配過程在計(jì)算機(jī)端完成。
[0035]本發(fā)明交互筆的一個(gè)實(shí)施例中，所用的是遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)由BX公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為bx4408w，中央處理器由Atmel公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為ATMega 8L，5是紅外發(fā)光二極管由歐司朗公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為SFH487，6是射頻芯片由Nordic半導(dǎo)體公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為nRF24L01，壓變電阻由SparkFun公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為SEN-09375，8是信號放大器由TI公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為LM158，9是激光二極管由日亞公司生產(chǎn)，產(chǎn)品型號為NDB-7875B。
【權(quán)利要求】
1.一種用于計(jì)算機(jī)光學(xué)式交互桌面的壓力敏感型交互筆，其特征在于該交互筆包括:交互筆導(dǎo)光筆尖，用于交互筆使用者施加一個(gè)壓力，將該壓力傳遞給壓變電阻，同時(shí)將紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光傳導(dǎo)到筆尖與交互桌面相接觸的接觸點(diǎn)上，所述的交互筆導(dǎo)光筆尖安裝在交互筆的端部； 紅外發(fā)光二極管，用于根據(jù)中央處理器的控制信號發(fā)出紅外光，紅外發(fā)光二極管置于交互筆導(dǎo)光筆尖內(nèi)，紅外發(fā)光二極管通過信號線與中央處理器相連； 壓變電阻，用于接收來自交互筆筆尖的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)換為電阻，所述的壓變電阻置于交互筆的筆體內(nèi)； 信號放大器，用于接收壓變電阻的電阻信號，并將該電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述的信號放大器的輸入端與壓變電阻相連，信號放大器的輸出端與中央處理器相連； 激光二極管，用于交互筆使用者遠(yuǎn)程指點(diǎn)交互內(nèi)容，所述的激光二極管與中央處理器相連； 遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)，用于交互筆使用者控制遠(yuǎn)程指點(diǎn)操作，所述的遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)與激光二極管相連； 多個(gè)普通開關(guān)，用于為交互筆使用者向交互筆輸入不同的交互操作信號，所述的普通開關(guān)安裝在交互筆的筆體上； 中央處理器，用于接收信號放大器的電壓信號，將該電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，根據(jù)該數(shù)字信號，對與設(shè)定的電壓閾值相對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果對紅外發(fā)光二極管進(jìn)行控制，同時(shí)接收遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)和普通開關(guān)的開關(guān)信號，根據(jù)遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的開關(guān)信號，向射頻芯片發(fā)送遠(yuǎn)程指點(diǎn)開關(guān)的通斷狀態(tài)，將普通開關(guān)的開關(guān)信號發(fā)送到射頻芯片; 射頻芯片，用于發(fā)送來自中央處理器的數(shù)據(jù)信號，并將來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中央處理器，所述的射頻芯片與中央處理器相連。
【文檔編號】G06F3/0354GK103713748SQ201410003990
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】史元春, 秦永強(qiáng), 喻純, 時(shí)岳 申請人:清華大學(xué)