專利名稱：磁信號書寫筆的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子書寫筆，尤其是一種采用磁信號變化實現書寫功能的磁信號書寫筆。
背景技術：
目前市場上的文字輸出設備主要以觸摸板、手寫板等以壓敏傳感為載體，這種書寫方式由于操作不便、低效率、壽命低、靈敏度低等問題，不能真正替代和融入紙筆書寫交流的傳統書寫方式。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種書寫筆，能夠直接在任何介質上進行書寫，其原始筆跡可傳送給電腦、手機、PDA等電子設備上顯示、存儲和處理。為了解決上述技術問題，本發明提供一種磁信號書寫筆，該磁信號書寫筆主要是由信號采集模塊、信號發射模塊、信號處理模塊和上位機軟件處理顯示模塊組成，所述的信號采集模塊是由帶有磁性釘子的軌跡球和磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊構成，所述磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊安置在軌跡球上方。進一步，所述帶有磁性釘子的軌跡球是由球體被若干方形格子分隔，該若干方形格子間隔安裝有磁性釘子，其他沒有安裝磁性釘子的方格內填充塑料或是其他不導磁材料，所述磁性釘子的磁極同向安裝。進一步，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊由若干磁敏電阻和定值電阻的組合排布在半球形矩陣式信號采集模塊內。進一步，所述的軌跡球安裝書寫筆的筆尖的球座內，該軌跡球可在球座內自由轉動。進一步，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊采用8*8的磁敏矩陣。進一步，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊與64 口 A/D模擬開關連接。進一步，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊上方還有一個三軸加速度傳感器，該三軸加速度傳感器實時檢測筆運動的加速度狀態，實現對中心坐標的確定以及筆書寫斷筆續寫功能。進一步，所述的信號發射模塊采用無線模塊。進一步，所述的信號處理模塊采用ARM處理器或者DSP處理器。進一步，所述的磁信號書寫筆具有電子橡皮擦、書寫鎖閉和電子白板功能鍵。本發明的有益效果在于(一)本發明技術方案最大的創新點就是此筆可以在任意介質上書寫，不需要專門的書寫紙，方便，并且不需要筆芯，可以永久使用。而且顯示出來的均是電子筆跡，便于保存。(二)作為新一代教輔筆，它使教師擺脫了必須在黑板上書寫的限制，使教師即使在教室內走動也可以將自己想要表達的寫在投影屏幕上。雖然利用鼠標也可以在投影屏上寫字，不過鼠標寫字很不方便，不僅費勁，而且顯示出來的字還很不好看，但此筆用起來就很方便了，因為它符合人們的書寫習慣。(三)此筆將現實中的物理書寫跟電子網絡有效的連接在一起，提供了一個更好的人機交互界面，使人機交互更加方便快捷，從而提高了人們的工作效率，同時也促進了信息化時代的向前發展。(四)價格低磁敏電阻價格低廉，穩定性好，或者采用微型磁通門，均是成熟是元器件，且性價比高。(五)單片機和無線模塊性價比都是比較高的，且上位機軟件采用開源方式，用戶可進行二次開發.利于軟件功能的增強和進步。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述。
圖I是本發明磁信號書寫筆外觀結構 圖2是本發明帶有教輔功能的磁信號書寫筆外觀結構 圖3是本發明磁信號書寫筆信號采集模塊結構外觀示意 圖4是本發明磁信號書寫筆的軌跡球結構示意 圖5是本發明磁信號書寫筆的磁敏電阻球形矩陣式信號采集模塊信號輸出模塊立體結構示意 圖6是本發明磁信號書寫筆磁敏電阻矩陣式信號采集模塊示意 圖7是本發明磁信號磁敏電阻矩陣式信號采集模塊上的角度信息計算示意 圖8是本發明磁信號磁敏電阻排列和信息輸出原理圖。圖中
I、掛鉤；2、電子橡皮擦和書寫鎖閉鍵；3、筆身；4、白板功能透明化鍵；5、電子白板功能鍵；6、白板寬度調節滾輪；7、上下翻頁滾輪及白板長度調節鍵；8、方形格子；9、磁性釘子；
10、軌跡球；11、磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊。
具體實施例方式本發明提供一種磁信號書寫筆，該磁信號書寫筆的外觀有筆身3和位于筆身3上端的掛鉤1，在該筆身3內安裝有信號采集模塊、信號發射模塊、信號處理模塊和上位機軟件處理顯示模塊，所述的信號采集模塊是由帶有磁性釘子9的軌跡球10和磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11構成，所述磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11安置在軌跡球10上方；所述帶有磁性釘子的軌跡球10是由球體被若干方形格子8分隔，該若干方形格子8間隔安裝有磁性釘子9，其他沒有安裝磁性釘子的方格內填充塑料或是其他不導磁材料，所述磁性釘子9的磁極同向安裝；所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11由若干磁敏電阻和定值電阻的組合排布在半球形矩陣式信號采集模塊內；所述的軌跡球10安裝書寫筆的筆尖的球座內，該軌跡球10可在球座內自由轉動；所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊采用8*8的磁敏矩陣；所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11與64 口A/D模擬開關連接；所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11上方還有一個三軸加速度傳感器，該三軸加速度傳感器實時檢測筆運動的加速度狀態，實現對中心坐標的確定以及筆書寫斷筆續寫功能；所述的信號發射與接收模塊采用無線模塊；所述的信號處理模塊采用ARM處理器或者DSP處理器；所述的磁信號書寫筆具有電子橡皮擦和書寫鎖閉鍵2、電子白板功能鍵5、白板功能透明化鍵4、白板寬度調節滾輪6和上下翻頁滾輪及白板長度調節鍵7。本發明的工作原理及各模塊功能介紹如下所述
本發明是利用磁敏電阻的作計量和檢測元件(動態測量、位移測量及角度變換)來設計。筆端獲取書寫信號
筆頭獲取信息的部分為帶磁性釘子球體(軌跡球10)和磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊11，如圖6所示，當書寫時，筆頭的球珠滾動，矩陣式信號采集模塊上相應微小的磁敏電阻的電阻值就會發生變化，如圖8所示，電阻變化值通過信息輸出點輸出，圖7為磁敏電阻矩陣式信號采集模塊上角度信息計算示意圖，角度信息計算就可以得出軌跡及每筆的偏轉方向。根據筆頭獲取的信息傳輸的PC機上，再進行軌跡的重組，這個過程即是對筆的書寫的軌跡進行精確的組合再現，再現所需要的參數為每一劃的長度、運動方向(在基準參考方向條件下)，則矩陣式信號采集模塊的點間距離都是一定的，可以用來計量長度，而計量的快慢還可以做為書寫速度快慢的體現；矩陣式信號采集模塊是8*8的矩陣，則取(0，0)和(4，7)作為計算點，便可以計算出這張數據矩陣上的軌跡方向了 ；當采集頻率夠高時，則相當于把書寫的每一劃都進行微分處理，劃分的越細，則精度越高。在此基礎上，便可實現軌跡的精確再現。書寫軌跡的信號通過磁敏矩陣來采集，而模擬開關控制和磁敏矩陣相對應的磁敏電阻與高速AD的接通情況，通過AD后就獲得了相應的數字信號，將采集的各個磁敏信息整合成相應的信號矩陣信息，通過無線模塊將信息矩陣傳送到接收端。在這個過程中作為處理這些信息的處理器采用ARM處理器或者DSP處理器。信號發射模塊采用無線模塊，該無線模塊發送信號到PC機上，PC機通過軟件處理，構建平面矩陣，接著對數據矩陣進行拼接，將矩陣里面的高信號或者低信號提取出來，即構成軌跡的運動圖，這樣就可以提取出軌跡球運動軌跡，也即書寫的軌跡。此筆采用無線發射信息，且信息量由獲取信號的精度的提高，信息量的增大，所以本發明的無線模塊可以采用CCllOO無線模塊，CCllOO收發器集成了一個高度可配置的調制解調器。這個調制解調器支持不同的調制格式，其數據傳輸率可達500kbps。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。而筆的金屬外殼即可作為天線使用。要完整地實現字體的顯示方向規范，以及字體的組合不導致錯亂，就需要在字體信號獲取的過程中，擁有確立的坐標作為參考方向，這樣可以容易實現坐標的任意變換，有利于筆跡輸入的正確顯示，但在筆書寫的過程中，筆是屬于運動的物體，所以采用動態垂直參考坐標系實現書寫軌跡參考方向的確立。定中心坐標的方法將筆在開始書寫之前，點一下，則會把這個信號作為定出中心坐標的信號。采用高靈敏度的三軸加速度傳感器MMA8452Q來實時檢測筆運動的加速度狀態，實現對中心坐標的確定以及筆書寫斷筆續寫的功能。磁敏矩陣是作為信號的采集使用，在拿著筆書寫的時候，沒有任何的觸屏設備支持，所寫的軌跡由軌跡球的滾動導致磁敏矩陣上的矩陣信息變化，通過變化的記錄來繪制、書寫軌跡。圖8是磁敏電阻排列和信息輸出原理圖，可變電阻是磁敏電阻，當長度方向有電流通過時，若在垂直于電流片的寬度方向上施加一個磁場，磁敏電阻長度方向上就會發生電阻率增大的現象，所以，當帶有磁性的球滾動時，這樣在8*8的磁敏電阻的輸出口的電壓就會發生變化，用AD采集到每個信號輸出口的電壓，再與設定的初值對比就可以獲得變化值。矩陣是由0和 I構成的，一個單元就可以表示出兩個狀態，而這個單元的表示出來的是8*8磁敏矩陣信號輸出口的狀態,0表不磁敏電阻下方沒有磁場，I表不的磁敏電阻下方有磁場。通過對所采集的幾張信號矩陣進行重疊比對操作，便可得出軌跡的運動走向，并對運動走向進行時間積分，便可得出整體的運動軌跡。本發明保護范圍不限于上述實施例，凡是依據本發明技術原理所作的顯而易見的技術變形，均落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種磁信號書寫筆，該磁信號書寫筆主要是由信號采集模塊、信號發射模塊、信號處理模塊和上位機軟件處理顯示模塊組成，其特征在于，所述的信號采集模塊是由帶有磁性釘子的軌跡球和磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊構成，所述磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊安置在軌跡球上方。
2.根據權利要求I所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述帶有磁性釘子的軌跡球是由球體被若干方形格子分隔，該若干方形格子間隔安裝有磁性釘子，其他沒有安裝磁性釘子的方格內填充塑料或是其他不導磁材料，所述磁性釘子的磁極同向安裝。
3.根據權利要求I所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊由若干磁敏電阻和定值電阻的組合排布在半球形矩陣式信號采集模塊內。
4.根據權利要求2所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的軌跡球安裝書寫筆的筆尖的球座內，該軌跡球可在球座內自由轉動。
5.根據權利要求3所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊采用8*8的磁敏矩陣。
6.根據權利要求5所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊與64 口 A/D模擬開關連接。
7.根據權利要求6所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊上方還有一個三軸加速度傳感器，該三軸加速度傳感器實時檢測筆運動的加速度狀態，實現對中心坐標的確定以及筆書寫斷筆續寫功能。
8.根據權利要求7所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的信號發射模塊采用無線模塊。
9.根據權利要求8所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的信號處理模塊采用ARM處理器或者DSP處理器。
10.根據權利要求9所述的磁信號書寫筆，其特征在于，所述的磁信號書寫筆具有電子橡皮擦、書寫鎖閉和電子白板功能鍵。
全文摘要
本發明公開一種磁信號書寫筆，該磁信號書寫筆主要是由信號采集模塊、信號發射模塊、信號處理模塊和上位機軟件處理顯示模塊組成，所述的信號采集模塊是由帶有磁性釘子的軌跡球和磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊構成，所述磁敏電阻半球形矩陣式信號采集模塊安置在軌跡球上方；本發明技術方案最大的創新點就是此筆可以在任意介質上書寫，不需要專門的書寫紙，方便，并且不需要筆芯，可以永久使用。而且顯示出來的均是電子筆跡，便于保存。
文檔編號G06F3/033GK102662499SQ20121011415
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者史祥翠, 張英琦, 徐婧欣, 林銘鋒, 熊偉, 羅佑鋒, 袁銀龍 申請人:河南理工大學