專利名稱：超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于將傳感器應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與外界交流的技術(shù)，尤其涉及到利用超聲波傳 感器制作的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著互動(dòng)多媒體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，電子觸摸屏在現(xiàn)實(shí)生活中普及化應(yīng)用，人機(jī) 交互方式的多樣化提供給用戶極大的方便，互動(dòng)電子白板系統(tǒng)是將人機(jī)交互應(yīng)用在大屏幕 顯示領(lǐng)域的人機(jī)交互系統(tǒng)，廣泛用于教學(xué)、會(huì)議、辦公，配合互動(dòng)電子白板軟件，可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 塵粉筆、電子化備課、教學(xué)、課堂教學(xué)互動(dòng)等功能，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)質(zhì)量。超聲波是指頻率在20Khz以上，人耳不能激起正常聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)波，超聲 波在空氣中傳播時(shí)能量衰減比較厲害，這樣對(duì)檢測(cè)超聲波是非常不利的。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1595348A公開(kāi)了一種遙控?zé)o線定位電子白板系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枮?200410010955. 1，利用接收的超聲波幅度來(lái)確定超聲波達(dá)到超聲波接收器的時(shí)間，由于超 聲波在不同距離，不同方位，超聲波接收器幅度差異較大，需要采用特殊的PVDF膜來(lái)增強(qiáng) 發(fā)射功率，采用提高放大倍數(shù)、可變?cè)鲆娣糯笃?，使得白板系統(tǒng)在外界噪音干擾下，產(chǎn)生定 位誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1595349A公開(kāi)了一種基于軟件無(wú)線電原理的電子白板系統(tǒng)，申 請(qǐng)?zhí)枮?00410010956. 6，采用基于高階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量的正交解調(diào)算法，對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行處 理，利用正交解調(diào)算法，可以提高時(shí)延提取的準(zhǔn)確性，但是仍然解決不了在同一個(gè)點(diǎn)超聲波 信號(hào)發(fā)射筆傾斜后，由于超聲波兩個(gè)接收部件接收到不一樣超聲波信號(hào)，而產(chǎn)生的時(shí)延誤 差，導(dǎo)致在信號(hào)筆運(yùn)行中出現(xiàn)定位偏差現(xiàn)象。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 1740958A公開(kāi)了一種超聲波定位控制裝置及其方法，申請(qǐng)?zhí)枮?200510076769. 2，采用鑒相器鑒別的調(diào)制信號(hào)，并且根據(jù)信號(hào)的相位特征判斷出觸摸點(diǎn)的 位置，然后利用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)方法可以降低超聲波前置硬件處理的復(fù)雜度，但是 同時(shí)也增加軟件的復(fù)雜程度，引入更多誤差，導(dǎo)致電子筆在運(yùn)行中定位坐標(biāo)在一定范圍內(nèi) 抖動(dòng)現(xiàn)象，無(wú)法精準(zhǔn)定位。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 101029931A公開(kāi)了一種超聲波定位裝置及其定位方法，申請(qǐng)?zhí)?為200710026504.0，采用自動(dòng)增益電路將各個(gè)接收方向上的超聲波信號(hào)放大，并通過(guò)脈沖 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，采用這個(gè)方法其本質(zhì)還是采用幅值鑒定方法，由于超聲波在不 同距離，不同方位，超聲波接收器幅度差異較大，從而提取時(shí)延誤差的產(chǎn)生是不可避免的， 且在外界噪音干擾下，產(chǎn)生定位誤差，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。以上四個(gè)專利都只能支持對(duì)角線80-90時(shí)左右的電子白板有效使用面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述互動(dòng)電子白板系統(tǒng)存在缺點(diǎn)，提供一種不受外界干 擾，能精確定位、接收、判斷信號(hào)筆所發(fā)的信號(hào)的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，包括白板、信號(hào)筆、計(jì)算 機(jī)，其要點(diǎn)在于信號(hào)筆發(fā)射紅外編碼信號(hào)及超聲波信號(hào)，所述的超聲波波形方程為F(x) = x*sin(x) 當(dāng)0 < x < t/2，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間F(x) = (t-x)*sin(t-x) 當(dāng)t/2 < x < t，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間其中Pyl，Py2，Py3，Py4，Py5，Py6為超聲波0 < x < t/2內(nèi)，周期峰值，令超聲波
周期為T(mén)則Pyl = (T/4)*sin(T/4) ---------------------1Py2 = (T/4+T)*sin(T/4+T) -------------------2Py3 = (T/4+2T)*sin(T/4+2T) -----------------3Py4 = (T/4+3T)*sin(T/4+3T) -----------------4Py5 = (T/4+4T)*sin(T/4+4T) -----------------5Py6 = (T/4+5T)*sin(T/4+5T) -----------------6由公式2/l、3/2、'4/3、5/4、6/5 得
S1=Py2,/Pyl =(T/4+T)*sin(T/4+T)/(T/4)/sin(T/4) = 4. 346
S2=Py3,/Py2 =(T/4+2T)*sin(T/4+2T)/(T/4+T)/sin(T/4+T)=1. 7923
S3=Py4,/Py3 =(T/4+3T)*sin(T/4+3T)/(T/4+2T)/sin(T/4+2T)=1.441
S4=Py5,/Py4 =(T/4+4T)*sin(T/4+4T)/(T/4+3T)/sin(T/4+3T)=1.300
S5=Py6,/Py4 =(T/4+5T)*sin(T/4+5T)/(T/4+4T)/sin(T/4+4T)=1.2392同時(shí)在信號(hào)筆中設(shè)定了特定的紅外編碼波形，接收信號(hào)的計(jì)算機(jī)中含有a)超聲信號(hào)前置放大電路；b)紅外信號(hào)前置放大電路；c) A/D采樣電路與數(shù)字濾波電路；d)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算；e)由PDIUSB12芯片組成與PC進(jìn)行USB協(xié)議通信，把超聲波從發(fā)出到接收的時(shí)間 上傳給PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算機(jī)收到信號(hào)筆發(fā)出的信號(hào)后，排除雜波干擾，對(duì)紅外信號(hào)解碼 運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果形成指令給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將結(jié)果顯示到白板 上。對(duì)紅外進(jìn)行編碼時(shí)，可以設(shè)定為有效的編碼為4個(gè)連續(xù)高電平，前2個(gè)高電平與后 兩個(gè)高電平之間寬度作為紅外編碼信號(hào)，即t = Pr2-Prl，根據(jù)t = Pr2-Prl的寬度可以斷 定是否為電子筆發(fā)出的紅外信號(hào)，其中t的時(shí)間范圍為180us < t < 360us。超聲波前置放大與紅外信號(hào)前置放大電路，由LMV822運(yùn)算放大器組成前置放大 電路。A/D采樣電路與數(shù)字濾波電路，由DSP與多通道高速A/D采用芯片組成，其中A/D 采樣芯片采用4通道TLV1562，DSP采用TMS320VC5509進(jìn)行數(shù)字濾波。DSP對(duì)A/D采用的紅外波形，與紅外信號(hào)編碼波形進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果相類似，則 判斷為接收到信號(hào)筆發(fā)出的紅外信號(hào)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并開(kāi)始接收并處理超聲波信號(hào)。要進(jìn)行超聲波波形識(shí)別，并計(jì)算出兩個(gè)超聲波接收頭接收到超聲波信號(hào)的接收時(shí) 間，DSP接收到L路超聲波信號(hào)，R路超聲波信號(hào)，分別計(jì)算出S1、S2、S3、S4、S5，與S1’、S2’、 S3，、S4，、S5，，從 SI、S2、S3、S4、S5，與 S1，、S2，、S3，、S4，、S5，中，選擇兩個(gè)值最為接近的兩個(gè)點(diǎn)，Sx與Sx’，以這兩個(gè)點(diǎn)所對(duì)于的計(jì)時(shí)時(shí)間Tl，Tr作為超聲波從發(fā)出到達(dá)兩路超聲波 接收時(shí)間。本發(fā)明的原理在于信號(hào)筆在白板板面書(shū)寫(xiě)時(shí)，會(huì)先發(fā)出紅外編碼信號(hào)，并同時(shí)發(fā) 送出超聲波波形信號(hào)，由于光線傳送速度極快可以忽略不計(jì)，紅外接收傳感器接收到微弱 的紅外信號(hào)，經(jīng)過(guò)紅外前置放大器放大后，把放大后的信號(hào)給A/D芯片進(jìn)行采樣，得到8位 的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP的濾波算法，消除環(huán)境中紅外干擾之后，再次對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解碼， 判斷是否為超聲波與紅外發(fā)射筆發(fā)出的紅外信號(hào)，如果是超聲波與紅外筆發(fā)出的紅外信 號(hào)，則開(kāi)始接收L、R兩路超聲波信號(hào)，超聲波在空氣中傳輸?shù)竭_(dá)兩個(gè)超聲波接收頭，超聲波 傳感器產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)超聲波前置放大電路放大，把放大后的超聲波給A/D芯片 進(jìn)行采樣，得到L、R兩路超聲波8位的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DSP濾波算法，消除環(huán)境中雜波信號(hào)， 提取40Khz的超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，DSP在記錄超聲波波形幅值同時(shí)也記錄時(shí)間，根據(jù)拉格朗日 中值原理，求取得超聲波正半周各個(gè)波峰，并記錄波峰時(shí)間，這樣子兩路超聲波的波峰值及 其波峰時(shí)間都是已知了，根據(jù)以下公式SI = Py2/Pyl = (T/4+T) *sin (T/4+T) / (T/4)/sin (T/4) = 4. 346S2 = Py3/Py2 = (T/4+2T)*sin(T/4+2T)/(T/4+T)/sin(T/4+T) = 1.7923S3 = Py4/Py3 = (T/4+3T)*sin(T/4+3T)/(T/4+2T)/sin(T/4+2T) = 1. 441S4 = Py5/Py4 = (T/4+4T)*sin (T/4+4T)/(T/4+3T)/sin(T/4+3T) = 1. 300S5 = Py6/Py4 = (T/4+5T)*sin (T/4+5T)/(T/4+4T)/sin(T/4+4T) = 1.2392我們可以進(jìn)行L、R兩路超聲波進(jìn)行比對(duì)，找出相同的S值，并且獲得相同S值的時(shí) 間tl，tr，其中tl，tr就是我們想要得到超聲波時(shí)延。根據(jù)tl、tr利用三角定位公式可以求解出超聲波與紅外發(fā)射筆距離超聲波接收 器的距離。本系統(tǒng)的主要思想就是要突破超聲波幅值限制，因?yàn)槌暡ㄔ诳諝鈧鬏?，在不?距離，不同方位，超聲波與紅外發(fā)射筆與電子白板的傾斜程度不同都將產(chǎn)生L、R兩路超聲 波接收幅值不同，從而導(dǎo)致了超聲波時(shí)延的誤差，本發(fā)明主要是探索了超聲波波形規(guī)律，計(jì) 算出超聲波波形方程為f(x) = x*sin(X)，利用該波形方程進(jìn)行超聲波波峰比對(duì)，突破了超 聲波幅值對(duì)比誤差，達(dá)到了即使L、R兩路超聲波接收的超聲波波形幅值相差較大，也可以 準(zhǔn)確計(jì)算出L、R波峰的時(shí)延。本系統(tǒng)另外一個(gè)突破就是紅外信號(hào)編碼，由于超聲波互動(dòng)電子白板在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中 很容易受到光的干擾，比如日關(guān)燈、太陽(yáng)管、投影儀、顯示器發(fā)出光線的干擾，這種干擾其頻 譜帶很寬，普通的高低電平編碼基本是無(wú)法抵消這種干擾，所以提出連續(xù)兩串高低電平編 碼，通過(guò)計(jì)算這兩串高低電平編碼之間的時(shí)間，來(lái)判斷是否為超聲波與紅外發(fā)射筆發(fā)出的 紅外信號(hào)。本發(fā)明突破了超聲波幅值限定，可以增大超聲波互動(dòng)電子白板有效書(shū)寫(xiě)面積，可 以支持對(duì)角線0-120英寸任意尺寸的電子白板。


圖1為本發(fā)明信號(hào)筆發(fā)送紅外編碼信號(hào)2為本發(fā)明信號(hào)筆發(fā)送超聲波信號(hào)波形圖及其波形方程
圖3為本發(fā)明超聲波與紅外接收信號(hào)處理4為本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)5為本發(fā)明程序流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，包括白板、信號(hào)筆、計(jì) 算機(jī)，信號(hào)筆用于發(fā)射超聲波信號(hào)與紅外編碼信號(hào)。1)信號(hào)筆先發(fā)送紅外編碼信號(hào)如圖1所示2)信號(hào)筆發(fā)送紅外編碼信號(hào)之后，發(fā)送超聲波信號(hào)，如圖2所示。3)超聲波信號(hào)接收電路如圖3，如圖4，接收到超聲波波形圖2，該超聲波波形方程 為F(x) = x*sin(x) 當(dāng)0 < x < t/2，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間F(x) = (t-x)*sin(t-x) 當(dāng)t/2 < x < t，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間其中Pyl，Py2，Py3，Py4，Py5，Py6為超聲波0 < x < t/2內(nèi)，周期峰值，令超聲波
周期為T(mén)則Pyl = (T/4)*sin(T/4) ---------------------1Py2 = (T/4+T)*sin(T/4+T) -------------------2Py3 = (T/4+2T)*sin(T/4+2T) -----------------3Py4 = (T/4+3T)*sin(T/4+3T) -----------------4Py5 = (T/4+4T)*sin(T/4+4T) -----------------5Py6 = (T/4+5T)*sin(T/4+5T) -----------------6由公式2/l、3/2、'4/3、5/4、6/5 得
S1=Py2,/Pyl =(T/4+T)*sin(T/4+T)/(T/4)/sin(T/4) = 4. 346
S2=Py3,/Py2 =(T/4+2T)*sin(T/4+2T)/(T/4+T)/sin(T/4+T)=1. 7923
S3=Py4,/Py3 =(T/4+3T)*sin(T/4+3T)/(T/4+2T)/sin(T/4+2T)=1.441
S4=Py5,/Py4 =(T/4+4T)*sin(T/4+4T)/(T/4+3T)/sin(T/4+3T)=1.300
S5=Py6,/Py4 =(T/4+5T)*sin(T/4+5T)/(T/4+4T)/sin(T/4+4T)=1.2392其波形如圖2所示，超聲波波形有兩個(gè)階段一個(gè)階段為振幅不斷上升的階段，另 外一個(gè)階段為振幅不斷下降的衰減階段，由于不同超聲波接收傳感器，其余振不同，其衰弱 階段會(huì)不一樣，所以采用超聲波上升階段作為特征階段，進(jìn)行波形識(shí)別。4)超聲波接收與信號(hào)處理中含有a)超聲信號(hào)前置放大電路；b)紅外信號(hào)前置放大電路；c) A/D采樣電路與數(shù)字濾波電路；d)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算；e)由PDIUSB12芯片組成與PC進(jìn)行USB協(xié)議通信，把超聲波從發(fā)出到接收的時(shí)間 上傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算機(jī)收到信號(hào)筆發(fā)出的信號(hào)后，排除雜波干擾，對(duì)紅外信號(hào)解碼 運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果形成指令給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將結(jié)果顯示到白板上。5)紅外信號(hào)編碼發(fā)射，如圖1，紅外編碼為持續(xù)的4個(gè)高電平脈沖，前2個(gè)高電平 脈沖與后2個(gè)高電平脈沖的時(shí)間差t = Pr2-Prl，根據(jù)t來(lái)判斷是否為超聲波與紅外發(fā)射筆 發(fā)出的紅外編碼，其中t的時(shí)間范圍為180us < t < 360us。t = 180us表示超聲波與紅外 發(fā)射筆的按下、t = 240表示彈起。6)超聲波前置放大與紅外信號(hào)前置放大電路，一般由LMV822運(yùn)算放大器組成，A/ D采樣電路與數(shù)字濾波電路，由DSP與多通道高速A/D采用芯片組成，其中A/D采樣芯片采 用4通道TLV1562，DSP采用TMS320VC5509進(jìn)行數(shù)字濾波。紅外接收傳感器接收到紅外編碼信號(hào)后，經(jīng)過(guò)前置放大后，把模擬信號(hào)發(fā)送給A/ D采樣芯片TLV1562進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并暫存在TMS320VC5509芯片的RAM中， TMS320VC5509對(duì)采樣的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，提取有效的紅外信號(hào)，屏蔽環(huán)境紅外干擾信號(hào)， 計(jì)算出前2個(gè)高電平脈沖與后兩個(gè)高電平脈沖的時(shí)間差t = Pr2-Prl，判斷t的值，進(jìn)行超 聲波與紅外發(fā)射筆的書(shū)寫(xiě)、彈起、按鍵的識(shí)別及其處理。DSP對(duì)A/D采用的紅外波形，與紅外信號(hào)編碼波形進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果相類似，則 判斷為接收到信號(hào)筆發(fā)出的紅外信號(hào)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并開(kāi)始接收并處理超聲波信號(hào)。7)進(jìn)行超聲波波形識(shí)別方法，并計(jì)算出兩個(gè)超聲波接收頭接收到超聲波信號(hào)的接 收時(shí)間，DSP接收到L路超聲波信號(hào)，R路超聲波信號(hào)，分別計(jì)算出S1、S2、S3、S4、S5，與S1’、 S2，、S3，、S4，、S5，，從 SI、S2、S3、S4、S5，與 S1，、S2，、S3，、S4，、S5，中，選擇兩個(gè)值最為接 近的兩個(gè)點(diǎn)，Sx與Sx’，以這兩個(gè)點(diǎn)所對(duì)于的計(jì)時(shí)時(shí)間Tl，Tr作為超聲波從發(fā)出到達(dá)兩路超 聲波接收時(shí)間。即現(xiàn)在RAM存儲(chǔ)有L、R兩路超聲波正波峰值，L路LPyl，LPy2、LPy3、LPy4、LPy5， 及其對(duì)于時(shí)間點(diǎn) LT1，LT2, LT3, LT4, LT5，求出 LSI，LS2, LS3, LS4, LS5 ；R 路RPyl，RPy2、RPy3、RPy4、RPy5，及其對(duì)于時(shí)間 RT1，RT2, RT3, RT4, RT5，求出 RSI, RS2,，RS3, RS4, RS5 ；從LSI，LS2，LS3，LS4，LS5 與 RS1，RS2，，RS3，RS4，RS5 找出最相近的兩個(gè)值，及其 對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)Tl，Tr，則Tl，Tr則為我們所要求的。由于 LSI，LS2, LS3, LS4, LS5 與 RS1，RS2,，RS3, RS4, RS5 是波峰幅值比，其值與波 形幅值無(wú)直接關(guān)系，所以通過(guò)此算法可以解決超聲波在不同距離、不同方位、及其超聲波與 紅外發(fā)射筆傾斜而產(chǎn)生的L、R兩超聲波接收信號(hào)相差太大的問(wèn)題，這樣子無(wú)需加大筆的發(fā) 射功率，可以把超聲波與紅外發(fā)射筆做到很小巧。當(dāng)DSP識(shí)別到是超聲波與紅外發(fā)射筆發(fā)出的紅外編碼信號(hào)后，會(huì)切換A/D采用芯 片TLV1562對(duì)L、R兩路超聲波信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，獲取L、R超聲波8位的數(shù)字信號(hào)，并把數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)到DSP TMS320VC5509的RAM中，TMS320VC5509對(duì)采樣的兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字 濾波，提取40Khz的超聲波數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在RAM，然后利用中值定理，計(jì)算中兩路數(shù) 字波形中的正峰值，存儲(chǔ)各峰值的時(shí)間點(diǎn)在RAM中。DSP TMS320VC5509計(jì)算出Tl、Tr后通過(guò)USB接口芯片PDIUSB12把這兩個(gè)數(shù)據(jù)上 傳給PC機(jī)，PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行三角定位計(jì)算出超聲波與紅外發(fā)射筆距 離超聲波接收器的位置，其計(jì)算公式如下根據(jù)三角函數(shù)公式
arcA = arccos((1000*1000+Tr*Tr_Tl*Tl)/2000/Tr)；X = Tr*cos(2. 3561944901923-arcA)；Y = Tr*Sin(2. 3561944901923-arcA)；計(jì)算出X，Y即為超聲波與紅外信號(hào)發(fā)射筆的相對(duì)位置計(jì)算得出的X、Y還不是PC機(jī)鼠標(biāo)真實(shí)位置坐標(biāo)，必須經(jīng)過(guò)PC機(jī)屏幕顯示分辨率 的計(jì)算后，才能得到鼠標(biāo)坐標(biāo)位置、超聲波與紅外發(fā)射筆的對(duì)應(yīng)位置，其公式如下要把超聲波與紅外發(fā)射筆位置轉(zhuǎn)換成PC機(jī)的鼠標(biāo)位置，要進(jìn)行定位換算，Mx為x 方向換算比例，My為y方向換算比例，Dx為屏幕x方向分辨率，Dy為屏幕y方向分辨率，則 PC鼠標(biāo)的位置為x’，y’x，= X*Mx/Dxf = Y*My/Dy本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例，凡與本發(fā)明的技術(shù)方案相同或者等同的 技術(shù)內(nèi)容落入其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，包括白板、信號(hào)筆、計(jì)算機(jī)，其特征在于信號(hào)筆發(fā)射紅外編碼信號(hào)及超聲波信號(hào)，所述的超聲波波形方程為F(x)＝x*s i n(x)當(dāng)0＜x＜t/2，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間F(x)＝(t-x)*s i n(t-x)當(dāng)t/2＜x＜t，其中t為超聲波波形延續(xù)時(shí)間其中Py1，Py2，Py 3，Py4，Py5，Py6為超聲波0＜x＜t/2內(nèi)，周期峰值，令超聲波周期為T(mén)則Py1＝(T/4)*s in(T/4)---------------------1Py2＝(T/4+T)*s in(T/4+T)-------------------2Py3＝(T/4+2T)*s in(T/4+2T)-----------------3Py4＝(T/4+3T)*s in(T/4+3T)-----------------4Py5＝(T/4+4T)*s in(T/4+4T)-----------------5Py6＝(T/4+5T)*s in(T/4+5T)-----------------6由公式2/1、3/2、4/3、5/4、6/5得S1＝Py2/Py1＝(T/4+T)*s in (T/4+T)/(T/4)/s in(T/4)＝4.346S2＝Py 3/Py2＝(T/4+2T)*s i n(T/4+2T)/(T/4+T)/s i n(T/4+T)＝1.7923S3＝Py4/Py3＝(T/4+3T)*s in (T/4+3T)/(T/4+2T)/s in (T/4+2T)＝1.441S4＝Py5/Py4＝(T/4+4T)*s in (T/4+4T)/(T/4+3T)/s in (T/4+3T)＝1.300S5＝Py6/Py4＝(T/4+5T)*s in(T/4+5T)/(T/4+4T)/s in(T/4+4T)＝1.2392同時(shí)在信號(hào)筆中設(shè)定了特定的紅外編碼波形，接收信號(hào)的計(jì)算機(jī)中含有a)超聲信號(hào)前置放大電路；b)紅外信號(hào)前置放大電路；c)A/D采樣電路與數(shù)字濾波電路；d)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算；e)由PDIUSB12芯片組成與PC進(jìn)行USB協(xié)議通信，把超聲波從發(fā)出到接收的時(shí)間上傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算機(jī)收到信號(hào)筆發(fā)出的信號(hào)后，排除雜波干擾，對(duì)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果形成指令給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將結(jié)果顯示到白板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)紅外進(jìn)行編碼時(shí)， 可以設(shè)定為有效的編碼為4個(gè)連續(xù)高電平，前2個(gè)高電平與后兩個(gè)高電平之間寬度作為紅 外編碼信號(hào)，即t = Pr2-Prl，根據(jù)t = Pr2-Prl的寬度可以斷定是否為電子筆發(fā)出的紅外 信號(hào)，其中t的時(shí)間范圍為180us < t < 360us。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，超聲波前置放大與 紅外信號(hào)前置放大電路，由LMV822運(yùn)算放大器組成前置放大電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，A/D采樣電路與數(shù)字 濾波電路，由DSP與多通道高速A/D采用芯片組成，其中A/D采樣芯片采用4通道TLV1562， DSP采用TMS 320VC5509進(jìn)行數(shù)字濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，DSP對(duì)A/D采用的紅 外波形，與紅外信號(hào)編碼波形進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果相類似，則判斷為接收到信號(hào)筆發(fā)出的紅 外信號(hào)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并開(kāi)始接收并處理超聲波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，要進(jìn)行超聲波波形識(shí)別，并計(jì)算出兩個(gè)超聲波接收頭接收到超聲波信號(hào)的接收時(shí)間，DSP接收到L路超聲波信 號(hào)，R 路超聲波信號(hào)，分別計(jì)算出 SI、S2、S3、S4、S5，與 SI’、S2’、S3’、S4’、S5’，從 SI、S2、 S3、S4、S5，與SI，、S2，、S3，、S4，、S5，中，選擇兩個(gè)值最為接近的兩個(gè)點(diǎn)，Sx與Sx，，以這兩 個(gè)點(diǎn)所對(duì)于的計(jì)時(shí)時(shí)間Tl，Tr作為超聲波從發(fā)出到達(dá)兩路超聲波接收時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，信號(hào)筆，用于發(fā)射超 聲波信號(hào)與紅外編碼信號(hào)，且先發(fā)送紅外編碼信號(hào)，延時(shí)一定時(shí)間后，再進(jìn)行超聲波信號(hào)發(fā) 射。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，其特征在于，所述的延時(shí)一定時(shí) 間為延時(shí)600us。
全文摘要
本發(fā)明屬于將傳感器應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與外界交流的技術(shù)，尤其涉及到利用超聲波傳感器制作的超聲波互動(dòng)電子白板系統(tǒng)。本發(fā)明包括白板、信號(hào)筆、計(jì)算機(jī)，其要點(diǎn)在于信號(hào)筆發(fā)射紅外編碼信號(hào)及超聲波信號(hào)，接收信號(hào)的計(jì)算機(jī)中含有a)超聲信號(hào)前置放大電路；b)紅外信號(hào)前置放大電路；c)A/D采樣電路與數(shù)字濾波電路；d)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算；e)由PDIUSB12芯片組成與PC進(jìn)行USB協(xié)議通信，把超聲波從發(fā)出到接收的時(shí)間上傳給PC機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)紅外信號(hào)解碼運(yùn)算、超聲波波形識(shí)別運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果形成指令給計(jì)算機(jī)，將結(jié)果顯示到白板上。本發(fā)明突破了超聲波幅值限定，增大超聲波互動(dòng)電子白板有效書(shū)寫(xiě)面積，支持對(duì)角線0-120時(shí)的電子白板。
文檔編號(hào)G06F3/043GK101853111SQ20101017984
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者丁萬(wàn)年, 陳日良 申請(qǐng)人:福州銳達(dá)數(shù)碼科技有限公司