超聲波定位的多功能筆形滑鼠系統的製作方法
2023-10-11 11:02:59 2
專利名稱：超聲波定位的多功能筆形滑鼠系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於計算機等電子產品的人機接口技術領域，特別涉及一種新型多功能筆形滑鼠系統。這種筆形滑鼠系統既可以完成手寫輸入的功能，同時又具備普通滑鼠的功能。
背景技術：
普通滑鼠是依靠摩擦圓球在平面上滾動，將機械滾動動作通過轉換以獲得移動方向和距離的數據，從而控制屏幕上的光標移動，達到光標定位的目的。眾所周知，普通滑鼠不具手寫有錄入功能。如果能夠將手寫錄入功能與滑鼠功能集成到一起，必將大大方便用戶的適用。正是基於這樣的考慮，人們逐漸設計出了具有類似功能的新型滑鼠器。
中國專利文獻CN 2331023Y公開了一種「筆狀滑鼠器」，專利號為98228097。據稱，該筆狀滑鼠器具有筆跡錄入功能，同時還設有一個拾取鍵和一個輔助鍵。該筆狀滑鼠器實現筆跡錄入功能的技術方案完全借鑑了普通滑鼠的定位原理。筆狀滑鼠器的筆桿下端安裝有一個滾動摩擦球。書寫時，滾動摩擦球轉動帶動平衡輪轉動，並通過X、Y軸傳動杆將滾動球的運動方向和距離傳給光電測速器，從而實現滾動摩擦球的位置跟蹤。該筆狀滑鼠器由於採用了這樣一套機械傳動機構，必然會隨著使用時間的增加而逐漸降低定位精度，直至不能使用。該筆狀滑鼠器只有一個拾取鍵和一個未定義的輔助鍵，大大削弱了滑鼠本來的功能。此外，該筆狀滑鼠器的尾部需要一根連接線完成與計算機的連接，這給使用也帶來了不方便。
名稱為「筆形滑鼠」的00219887號中國專利是對前述「筆狀滑鼠器」的一種改進。它主要在筆頭處增設了一個蓋板，以方便清洗由於使用日久帶進筆頭內部的灰塵和汙垢。另一方面，權利人還重新定義了上下鍵，下鍵相當於普通滑鼠的左鍵，上鍵相當於普通滑鼠的右鍵。但是，該筆形滑鼠仍然建立在已有普通機構式滑鼠基本原理之上，仍然需要一套機械傳動機構。也就是說，精度不高、不耐用的缺點仍舊沒有克服。
超聲波是指頻率在20KHz以上，人耳不能激起正常聽覺反應的機械振動波。超聲波在介質中傳播時產生稀疏層交替的彈性波形，沿直線方向傳播。名稱為「平面內特定物體位置參數超聲傳感裝置」的98248471號中國專利公開了一種利用超聲波定位的傳感裝置。這種超聲傳感裝置利用了超聲波直接傳播的屬性，採用同步計時方法，從超聲波發射時刻開始計時同步，對從傳播到接收時間進行直接計時。事實上，高頻超聲波在空氣中傳播時能量衰減比較嚴重，這樣對精度和檢測回波不利。
發明內容
本發明要解決的技術問題是要設計一種新型多功能筆形滑鼠系統。這種筆形滑鼠系統可以完成手寫輸入的功能，同時又具備普通滑鼠的功能，卻不需要現有滑鼠通常採用的機械傳動結構。
為了解決本發明的技術問題，本申請人充分利用了超聲波在介質表面傳播和遇界面反射等基本傳播原理，以參考計時的方式進行筆跡定位和跟蹤。
所謂「參考計時」，其原理在於，不是直接計量超聲波由A點到達B點的時間，而是計量超聲波從A點經過不同路逕到達B點的時間差。比如(1)可以用超聲波由A點經過平面邊緣反射再到達B點的時間，與超聲波由A點直接經平面上表面波激勵傳播到達B點的時間進行參照；(2)可以用超聲波由A點經空氣直接傳播到達B點的時間，與超聲波由A點經平面上表面波激勵傳播到達B點的時間進行參照；(3)還可以用平面上表面波激勵傳播時橫波、縱波分別由A點到達B點的時間相互參照。顯然，在參考計時原理下，有多種具體計時方式，而不限於這裡所述的三種。
本發明設計的多功能筆形滑鼠系統由滑鼠筆和超聲波接收處理器兩部分構成。滑鼠筆用來發射超聲波和「滑鼠」狀態編碼的紅外控制信號；超聲波接收處理器接收滑鼠筆發來的信息，進行數據處理和轉換，按一定的數據格式向計算機發送數據。超聲波接收處理器至少包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器，用以接收滑鼠筆發來的超聲波。固定兩個接收超聲波的超聲波換能器的相對位置，依據參考計時原理，即可建立求解處於超聲波發射點的滑鼠筆筆尖位置坐標的方程，從而實現對筆尖位置的定位和跟蹤。
滑鼠筆具有筆形外殼，在筆尖附近設有超聲波發射孔。此外，筆形外殼上還有紅外發射孔和兩個按鍵，這兩個按鍵用來代替普通滑鼠的左鍵和右鍵。滑鼠筆筆形外殼的內部裝有印刷電路和電源。印刷電路包括微處理器、紅外發射電路、滑鼠狀態電路、超聲波發射電路以及超聲波換能發射。滑鼠狀態電路負責實現兩個按鍵開關狀態；微處理器負責讀出按鍵狀態，並完成此值的紅外發射編碼，控制紅外發射電路發射；紅外發射電路在微處理器控制下發射紅外信號；超聲波發射電路以及超聲波換能發射組成完成超聲波發射功能。工作時，通過筆尖在平面上的下按，接通超聲波發射的電路發射超聲波；在按按鍵時，內部微處理器檢測後，控制紅外發射電路發射紅外信號。
超聲波接收處理器的內部電路模塊包含以下幾個部分(1)超聲波接收模塊；(2)超聲波檢測放大模塊；(3)內部專用運算器模塊；
(4)紅外接收模塊；(5)紅外控制信號處理模塊；(6)內部三字節編碼模塊；(7)滑鼠接口電路模塊。
其中，超聲波接收模塊由超聲波換能器構成，至少包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器。超聲波接收模塊至少兩路接收滑鼠筆發射的超聲波信號，將其轉化為電信號，並將它送給超聲波檢測放大模塊。超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內部控制電路輸出兩個基於參考計時原理得出的參考時間值，內部專用運算器模塊量化參考時間值，快速完成筆尖位置坐標值的計算。紅外接收模塊接收滑鼠筆發射的紅外信號，並將其轉化為電信號，傳給紅外控制信號處理模塊。紅外控制信號處理模塊處理分析紅外接收模塊發來的紅外電信號，識別出紅外編碼信號，並將其送給內部三字節編碼模塊。內部三字節編碼模塊是一個內部微處理器，主要負責將筆尖位置坐標值，以及紅外控制狀態信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，送給滑鼠接口電路模塊。滑鼠接口電路模塊完成USB、RS232串口或6 Pin Mini-DIN(PS/2)物理連接的電平兼容，如果選擇微處理器自帶USB、RS232串口或6 Pin Mini-DIN(PS/2)接口信號引腳，滑鼠接口電路模塊可以併入內部三字節編碼模塊。
超聲波接收處理器也可以不包含內部專用運算器模塊，而將該部分運算交給外部運算裝置來處理，如由計算機完成計算。此時，內部三字節編碼模塊的編碼對象由參考時間值代替原來的筆尖位置坐標值。
滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測滑鼠信號，讀出並解釋數據流使數據為軟體所接受。三字節的驅動程序對於不含計算處理的筆形滑鼠超聲波接收處理和對於含計算處理的筆形滑鼠超聲波接收處理大體上是相同的，只是在解釋數據流的部分略有區別對於含計算處理的情形，超聲波接收處理器接收滑鼠筆發射的超聲波，計算出筆尖坐標值並接收滑鼠筆發射的紅外控制信號，然後按照兩按鈕滑鼠工業標準，即三字節數據傳輸格式生成數據輸出，字節1同步、按鈕狀態以及移動方向信息；字節2橫向X的移動量，累加自上一次傳送之後滑鼠在水平X軸方向的移動位移量；字節3縱向Y的移動量，累加自上一次傳送之後滑鼠在水平Y軸方向的移動位移量。滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流使數據為上層軟體所接受。
對於不含計算處理的情形，超聲波接收處理器接收滑鼠筆發射的超聲波，不計算出筆尖坐標值，只是將兩個參考時間值與接收到的滑鼠筆發射的紅外控制信號一併送出；然後滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流，使CPU通過計算，得到筆尖坐標值，然後由上層滑鼠軟體按照兩按鈕滑鼠工業標準的應用接口進行新的封裝，實現相應功能。
滑鼠筆默認工作模式可以為滑鼠模式，也可以為手寫輸入模式。假設默認工作模式為滑鼠模式，則此時滑鼠筆兩個按鍵替代普通滑鼠左右鍵使用，完全和普通滑鼠一樣。雙擊代替滑鼠右鍵的那個按鍵或者用代替滑鼠左鍵的那個按鍵單擊屏幕上相應圖標，使滑鼠筆從滑鼠工作狀態切換到手寫輸入狀態。此時，驅動程序對滑鼠筆兩個按鍵狀態不再按照左右鍵解釋，而將其一定義為「從手寫輸入模式切換到滑鼠工作模式」，待完成手寫輸入後，按下一個按鍵即完成從手寫模式切換到滑鼠工作模式。反之亦然。
本發明通過超聲波定位手段成功地將滑鼠功能和手寫輸入功能集成到了一起。這種多功能筆形滑鼠系統拋棄了常用的機械傳動機構，結構簡單卻經久耐用，又有別於現有的無線滑鼠。同時，其超聲波定位用參考計時方式取代了同步計時方式，從而提高了多功能筆形滑鼠系統的定位精度和使用穩定性。
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1為利用超聲波定位原理圖。
圖2為滑鼠筆外部結構圖。
圖3為滑鼠筆內部電路示意圖。
圖4為超聲波接收處理器的內部包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。
圖5為超聲波接收處理器的內部不包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。
圖6為包含計算單元時，筆形滑鼠超聲波接收處理驅動軟體的結構圖。
圖7為不含計算單元時，筆形滑鼠超聲波接收處理驅動軟體的結構圖。
圖8為本發明筆形滑鼠系統使用示意圖。
圖9為滑鼠筆在LCD上書寫，筆跡筆尖和LCD上筆跡同位連動示意圖。
具體實施例方式
圖1為利用超聲波定位原理圖。圖中O和S點是超聲波接收點；P點是發射超聲波並被測試定位的滑鼠筆筆尖位置。坐標原點0和O點是關於左邊緣的對稱點，此對稱點之間長度為2a；Q點和S點是關於右邊緣的對稱點，此對稱點之間長度為2b；O點和S點之間長度為1。
基於參考計時原理，利用平面上被激勵表面波傳播計時，和同一介質表面波在邊緣反射參考計時，可以建立求解滑鼠筆筆尖位置坐標的方程。因為超聲波在固體介質中的吸收係數比較小，這種選擇方法對檢測回波有利，有助於提高定位精度。具體應用參見圖1，滑鼠筆在P點發射超聲波信號，在表面激勵表面超聲波。由超聲波接收處理器記錄P點到O點以及P點到S點的表面超聲波傳播時間to1，ts1，同時記錄此表面超聲波在P點經過紙張或者LCD或者其他測試平面的邊緣邊界反射到O點以及在P點經過紙張或者LCD或者其他測試平面的邊緣邊界反射到S點的傳播時間to2，ts2，這一過程中的時間間隔的測量要發出計時同步才可以做到測量4個時間間隔ts1，ts2，to1，to2，但是用以上4個事件的時間彼此進行參照，例如P點經過邊緣邊界反射到S點的到達時間ts2與P點到S點到達時間ts1相互參照，P點經過邊緣邊界反射到O點的到達時間to2與P點到O點到達時間to1相互參照，可以得到(5)、(6)表達式。(5)、(6)表達式中Δts和Δto是可以測量的，從而可以繞開同步計時問題。而且有了這兩個表達式就可以解出方程，最終確定滑鼠筆的筆尖位置。隨著滑鼠筆筆尖的移動，並在此過程中讓滑鼠筆同時發射超聲波，依舊重複上述過程，求出滑鼠筆筆尖移動中的所有位置。
參見圖1，平面上激勵表面波後，基於超聲波在介質中傳播原理，分別得到P點到O點以及P點到S點的傳播時間 (x、y為變量，a、b、l、c介質為常量，c介質是超聲波在相應介質中的波速)平面上激勵表面波後，基於超聲波在介質邊界反射原理，同一表面超聲波最早到達的O點和S點反射波的傳播時間分別是 利用(3)-(1)和(4)-(2)得到(5)和(6)表達式，Δts和Δto符號為正，因為反射時間大於直射傳播時間。
Δts＝ts2-ts1(5)Δto＝to2-to1(6)將(1)至(4)式代入(5)、(6)式整理得到(7)、(8)式。
令u2＝x2+y2，其中u＞0，Δtsc介質＝β，Δtoc介質＝λ，帶入(8)整理得到u=2-4a22+2ax=+x---(9)]]>
(2-4b22)x2+{2-4a-2l+2b2[4(2a+b+l)b-2]}x+{2+(2a+l)2]]>-142[4(2a+b+l)b-2]2}=0---(10)]]>Ax2+Bx+C＝0................................................(10)其中=2-4a22,=2a]]>A=(2-4b22)]]>B={2-4a-2l+2b2[4(2a+b+l)b-2]}]]>C={2+(2a+l)2-142[4(2a+b+l)b-2]2}]]>最後將小於0的解捨去，得到x=-B+B2-4AC2A---(11)]]>y=(+x)2-x2---(12)]]>上面得到的(11)、(12)表達式完全給出滑鼠筆筆尖的定位運算。
基於參考計時原理，還可以利用平面上被激勵表面波傳播計時，和利用空氣中超聲波傳播為參考，建立求解滑鼠筆筆尖位置坐標的方程。具體應用參見圖1，滑鼠筆在P點發射超聲波信號，在表面激勵表面超聲波，超聲波接收處理器記錄P點到O點以及P點到S點的表面超聲波傳播時間to1，ts1，同時記錄此表面超聲波從P點經過空氣傳播到O點以及S點的傳播時間to2，ts2。這一過程中的時間間隔的測量要發出計時同步才可以做到測量4個時間間隔ts1，ts2，to1，to2，但是用以上4個事件的時間彼此進行參照，例如P點經過空氣傳播到S點的到達時間ts2與P點到S點到達時間ts1相互參照，P點經過空氣傳播到O點的到達時間to2與P點到O點到達時間to1相互參照，可以得到(5)、(6)表達式。(5)、(6)表達式中Δts和Δto是可以測量的，列出方程進行求解，從而確定滑鼠筆的筆尖位置。隨著滑鼠筆筆尖的移動，此過程中滑鼠筆同時發射超聲波，依舊重複上述過程，求出滑鼠筆筆尖移動中的所有位置。
平面上激勵表面波後，基於超聲波在介質中傳播原理，得到P點到O點以及P點到S點的傳播時間
此同一超聲波基於超聲波在空氣介質傳播原理，到達的O點和S點超聲波的傳播時間分別為 利用(13)-(1)和(14)-(2)得到(5)和(6)表達式，Δts和Δto符號為正，因為超聲波在固體介質中的傳播速度比在空氣中傳播快。
Δts＝ts2-ts1(5)Δto＝to2-to1(6)將(1)、(2)、(13)、(14)式代入(5)、(6)式整理得到(15)、(16)式 令 解(15)(16)得到x=l2+2-22l+2a---(17)]]>y=2-(l2+2-22l)2---(18)]]>上面得到的(17)、(18)表達式完全給出滑鼠筆筆尖的定位運算。
如圖2所示，滑鼠筆由筆尖1、筆尖1附近的超聲波發射孔2、滑鼠按鍵3、筆身4、紅外發射孔5和筆帽6構成。本實施例中，兩個滑鼠按鍵沿筆身4上下布置，滑鼠上鍵代替普通滑鼠的右鍵，滑鼠下鍵代替普通滑鼠的左鍵；在另外的實施例中，兩個滑鼠按鍵還可以在筆身大體相同的高度上左右布置。在滑鼠筆外殼內裝有印刷電路和電源。如圖3所示，滑鼠筆內部印刷電路包括微處理器、紅外發射電路、滑鼠狀態電路、超聲波發射電路以及超聲波換能發射。滑鼠狀態電路負責實現上下按鍵開關狀態；微處理器負責讀出上下按鍵狀態，並完成此值的紅外發射編碼，控制紅外發射電路發射；紅外發射電路在微處理器控制下發射紅外信號；超聲波發射電路以及超聲波換能發射組成完成超聲波發射功能。工作時，由筆尖在平面上的下按，接通超聲波發射的電路發射超聲波；在按上下鍵時，內部微處理器檢測後，發射紅外信號。
圖4為超聲波接收處理器的內部包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。可見，超聲波接收處理器的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、內部專用運算器模塊、紅外接收模塊、紅外控制信號處理模塊、內部三字節編碼模塊和滑鼠接口電路模塊等七個內部模塊。其中，超聲波接收模塊由超聲波換能器構成，包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器。超聲波接收模塊接收滑鼠筆發射的超聲波信號，將其轉化為電信號，並將它送給超聲波檢測放大模塊。超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內部控制電路分別輸出Δto值和Δts值，內部專用運算器模塊量化Δto值和Δts值，依照(11)、(12)表達式或者(17)、(18)表達式快速完成筆尖位置坐標X、Y值的計算。紅外接收模塊接收滑鼠筆發射的紅外信號，並將其轉化為電信號，傳給紅外控制信號處理模塊。紅外控制信號處理模塊處理分析紅外接收模塊發來的紅外電信號，識別出紅外編碼信號，並將其送給內部三字節編碼模塊。內部三字節編碼模塊是一個內部微處理器，主要負責將X、Y值，以及紅外控制狀態信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，送給滑鼠接口電路模塊。滑鼠接口電路模塊，完成USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)物理連接的電平兼容。如果選擇微處理器自帶USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)接口信號引腳，滑鼠接口電路模塊可以併入內部三字節編碼模塊。
圖5為超聲波接收處理器的內部不包含X、Y值計算模塊的電路模塊圖。可見，超聲波接收處理器的電路模塊包含超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、紅外接收模塊、紅外控制信號處理模塊、內部三字節編碼模塊和滑鼠接口電路模塊等六個內部模塊。其中，超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、紅外接收模塊、紅外控制信號處理模塊以及滑鼠接口電路模塊與圖4的描述一致，差異在於內部三字節編碼模塊。內部三字節編碼模塊負責將Δto值、Δts值和紅外控制狀態信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，送給滑鼠接口電路模塊。如果選擇微處理器自帶USB、RS232串口或6 pin Mini-DIN(PS/2)接口信號引腳，滑鼠接口電路模塊可以併入內部三字節編碼模塊。
滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測滑鼠信號，讀出並解釋數據流使數據為軟體所接受。三字節的驅動程序對於不含計算處理的筆形滑鼠超聲波接收處理和對於含計算處理的筆形滑鼠超聲波接收處理大體上是相同的，只是在解釋數據流的部分略有區別。
如圖6所示，對於含計算處理的情形，超聲波接收處理器接收滑鼠筆發射的超聲波，計算出筆尖坐標X、Y值並接收滑鼠筆發射的紅外控制信號，然後按照微軟公司的兩按鈕滑鼠工業標準，即三字節數據傳輸格式生成數據輸出，字節1同步、按鈕狀態以及移動方向信息；字節2橫向X的移動量，累加自上一次傳送之後滑鼠在水平X軸方向的移動位移量；字節3縱向Y的移動量，累加自上一次傳送之後滑鼠在水平Y軸方向的移動位移量。滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流使數據為上層軟體所接受。不含計算處理的情形見圖7，超聲波接收處理器接收滑鼠筆發射的超聲波，不計算出筆尖坐標X、Y值，只是將兩個參考時間Δto值和Δts值與接收到的滑鼠筆發射的紅外控制信號一併送出；然後滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流，使CPU通過計算，得到筆尖坐標X、Y值，再由上層滑鼠軟體按照微軟公司的兩按鈕滑鼠工業標準的應用接口進行新的封裝，實現相應功能。
滑鼠筆默認工作模式為滑鼠模式，此時滑鼠筆兩個按鍵替代普通滑鼠左右鍵使用，完全和普通滑鼠一樣。雙擊滑鼠上鍵或者用滑鼠下鍵單擊屏幕上相應圖標，使滑鼠筆從滑鼠工作狀態切換到手寫輸入狀態。此時，驅動程序對滑鼠筆兩個按鍵狀態不再按照左右鍵解釋，而將其一定義為「從手寫輸入模式切換到滑鼠工作模式」，待完成手寫輸入後，按下上鍵或下鍵即完成從手寫模式切換到滑鼠工作模式。
圖7中，滑鼠筆10內安置有超聲波換能器，用於發射超聲波；超聲波接收處理器7中也裝有兩個超聲波換能器，用於探測抵達的超聲波信號。超聲波接收處理器7將兩個超聲波換能器檢測到的超聲波信號分析處理，並將探測接收的紅外控制信號一同通過連線8，例如USB，RS232，PS/2滑鼠線等，送給計算機9，進而完成手寫輸入和普通滑鼠功能。
圖8中，超聲波接收處理器置於LCD頂部，利用軟體可以讓筆尖筆跡和LCD上筆跡同位連動，實現又一種無紙輸入書寫的功能。
權利要求
1.一種超聲波定位的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於包括滑鼠筆和超聲波接收處理器兩部分；滑鼠筆由筆形外殼及安裝在外殼內的印刷電路和電源構成，在筆尖附近的外殼上設有超聲波發射孔，筆形外殼上還有紅外發射孔和代替普通滑鼠左、右鍵的兩個按鍵；滑鼠筆印刷電路包括微處理器、紅外發射電路、滑鼠狀態電路、超聲波發射電路以及超聲波換能發射，滑鼠狀態電路負責實現兩個按鍵開關狀態；微處理器負責讀出按鍵狀態，並完成此值的紅外發射編碼，控制紅外發射電路發射紅外信號，超聲波發射電路以及超聲波換能發射組成完成超聲波發射功能，由按下筆尖接通超聲波發射的電路發射超聲波；超聲波接收處理器的電路模塊包括超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、紅外接收模塊、紅外控制信號處理模塊、內部三字節編碼模塊和滑鼠接口電路模塊；超聲波接收模塊由超聲波換能器構成，至少包含相隔一定距離的兩個超聲波換能器，超聲波接收模塊至少兩路接收滑鼠筆發射的超聲波信號，將其轉化為電信號，並將它送給超聲波檢測放大模塊；超聲波檢測放大模塊接收超聲波接收模塊送來的電信號，將其放大，由內部控制電路輸出兩個基於參考計時原理得出的參考時間值Δts和Δto給內部三字節編碼模塊；紅外接收模塊接收滑鼠筆發射的紅外信號，並將其轉化為電信號，傳給紅外控制信號處理模塊；紅外控制信號處理模塊處理分析紅外接收模塊發來的紅外電信號，識別出紅外編碼信號，並將其送給內部三字節編碼模塊；內部三字節編碼模塊是一個內部微處理器，負責將Δts、Δto以及紅外編碼信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，並送給滑鼠接口電路模塊；滑鼠接口電路模塊完成USB、RS232串口或PS/2物理連接的電平兼容。滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流，通過計算機CPU的計算得到筆尖坐標值，再由上層軟體按照兩按鈕滑鼠工業標準的應用接口進行新的封裝，實現相應功能。
2.根據權利要求1所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於所述Δts為表面超聲波由發射點(P)經邊緣邊界反射到第一接收點(S)的時間與表面超聲波由發射點(P)直接傳播到第一接收點(S)的時間之差，所述Δto為表面超聲波由發射點(P)經邊緣邊界反射到第二接收點(O)的時間與表面超聲波由發射點(P)直接傳播到第二接收點(O)的時間之差。
3.根據權利要求1所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於所述Δts為超聲波由發射點(P)經空氣直接傳播到達第一接收點(S)的時間與超聲波由發射點(P)經激勵平面上表面波傳播到達第一接收點(S)的時間之差，所述Δto為超聲波由發射點(P)經空氣直接傳播到達第二接收點(O)的時間與超聲波由發射點(P)經激勵平面上表面波傳播到達第二接收點(O)的時間之差。
4.根據權利要求1或2所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於超聲波接收處理器的電路模塊還包括內部專用運算器模塊；超聲波檢測放大模塊將參考時間值Δts和Δto輸出給內部專用運算器模塊，內部專用運算器模塊量化參考時間值，快速完成滑鼠筆筆尖位置坐標值的計算，並將計算結果送出給內部三字節編碼模塊；內部三字節編碼模塊負責將筆尖位置坐標值以及紅外編碼信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，並送給滑鼠接口電路模塊；滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流使數據為上層軟體所接受。
5.根據權利要求3所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於超聲波接收處理器的電路模塊還包括內部專用運算器模塊；超聲波檢測放大模塊將參考時間值Δts和Δto輸出給內部專用運算器模塊，內部專用運算器模塊量化參考時間值，快速完成滑鼠筆筆尖位置坐標值的計算，並將計算結果送出給內部三字節編碼模塊；內部三字節編碼模塊負責將筆尖位置坐標值以及紅外編碼信號，按照三字節編碼數據格式進行三字節編碼，並送給滑鼠接口電路模塊；滑鼠的驅動程序在初始化中斷以檢測信號，讀出並解釋數據流使數據為上層軟體所接受。
6.根據權利要求1、2、3和5中任意一項所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於超聲波接收處理器的內部三字節編碼模塊的微處理器自帶有USB、RS232串口和PS/2接口信號引腳，從而省略了超聲波接收處理器的滑鼠接口電路模塊。
7.根據權利要求4所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於超聲波接收處理器的內部三字節編碼模塊的微處理器自帶有USB、RS232串口和PS/2接口信號引腳，從而省略了超聲波接收處理器的滑鼠接口電路模塊。
8.根據權利要求6所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於滑鼠筆默認工作模式為滑鼠模式，此時滑鼠筆兩個按鍵替代普通滑鼠左右鍵使用，雙擊滑鼠上鍵或者用滑鼠下鍵單擊屏幕上相應圖標，滑鼠筆從滑鼠工作狀態切換到手寫輸入狀態；此時，驅動程序將滑鼠筆兩個按鍵解釋為從手寫輸入模式切換到滑鼠工作模式，待完成手寫輸入後，按下一個按鍵即完成從手寫模式切換到滑鼠工作模式。
9.根據權利要求1、2、3、5和7中任意一項所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於滑鼠筆默認工作模式為滑鼠模式，此時滑鼠筆兩個按鍵替代普通滑鼠左右鍵使用，雙擊滑鼠上鍵或者用滑鼠下鍵單擊屏幕上相應圖標，滑鼠筆從滑鼠工作狀態切換到手寫輸入狀態；此時，驅動程序將滑鼠筆兩個按鍵解釋為從手寫輸入模式切換到滑鼠工作模式，待完成手寫輸入後，按下一個按鍵即完成從手寫模式切換到滑鼠工作模式。
10.根據權利要求9所述的多功能筆形滑鼠系統，其特徵在於超聲波接收處理器置於LCD頂部，利用軟體可以讓筆尖筆跡和LCD上筆跡同位連動，實現又一種無紙輸入書寫的功能。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波定位的多功能筆形滑鼠系統，包括滑鼠筆和超聲波接收處理器兩部分。滑鼠筆由筆形外殼及安裝在外殼內的印刷電路和電源構成，筆印刷電路包括微處理器、紅外發射電路、滑鼠狀態電路、超聲波發射電路以及超聲波換能發射；超聲波接收處理器的電路模塊包括超聲波接收模塊、超聲波檢測放大模塊、紅外接收模塊、紅外控制信號處理模塊、內部三字節編碼模塊和滑鼠接口電路模塊。本發明通過超聲波定位手段成功地將滑鼠功能和手寫輸入功能集成到了一起。這種多功能筆形滑鼠系統拋棄了常用的機械傳動機構，結構簡單卻經久耐用。同時，其超聲波定位採用參考計時方式，提高了滑鼠系統的定位精度和使用穩定性。
文檔編號G06F3/033GK1567167SQ03137730
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月20日 優先權日2003年6月20日
發明者劉習傑 申請人:劉習傑