[發明專利]一種二維平面坐標快速數字輸入系統及實現方法

在審

• 申請號: 202211446670.7
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115756218A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 劉汝芳;陳代云
• 申請（專利權）人: 深圳市興華臺手寫科技有限公司
• 主分類號: G06F3/046
• 分類號: G06F3/046;G06F3/041;G06F3/038
• 代理公司: 北京哌智科創知識產權代理事務所(普通合伙) 11745
• 代理人: 孫東

本發明涉及計算機外圍數字二維坐標輸入技術領域，具體是一種二維平面坐標快速數字輸入系統及實現方法，包括電磁筆和手寫輸入裝置，手寫輸入裝置設置有輸入系統，輸入系統包括主處理MCU芯片、接收電路、輸出電路以及X，Y陣列天線單元，主處理MCU芯片內部設置有時鐘信號產生單元和時鐘信號輸出腳，接收電路設置有鑒相器；輸出電路中設置有信號匹配放大單元和三態門，采用X，Y天線同時發射，并且主處理MCU芯片具備至少兩路硬件的ADC，分別用于同時接收X，Y天線回波信號并計算電磁筆位于二維坐標平面內的坐標值及傾斜角度，采用鑒相器的原理，通過硬件相位差積分并由主處理MCU芯片采樣計算而實時的得到筆的壓力變化。

技術領域

本發明涉及計算機外圍數字二維坐標輸入技術領域，具體是一種二維平面坐標快速數字輸入系統及實現方法。

背景技術

隨著計算機技術的快速發展，計算機周邊坐標輸入類設備及系統也得到飛速發展。尤其是以書寫、繪畫、簽字、二維平面坐標輸入類游戲等領域對于數字坐標系統的輸入需要愈發強烈，并且對坐標輸入的實時性準確性的要求也越來越高。手寫輸入裝置例如電磁板、電磁屏等的輸入方式包含有電磁感應式、薄膜電阻等，而電磁感應式在使用上主要是搭配一支專用的電磁筆。

被動式電磁感應筆和電磁板或電磁屏組成的系統原理是由電磁板或電磁屏分別逐次以X，Y方向排布的若干金屬線圈發射電磁波，并接收位于感應區域內的電磁筆的回波信號，從而通過相鄰幾根天線的信號強度差計算得到電磁筆位于電磁板或電磁屏表面的位置。

主動式電磁筆和電磁板或電磁屏組成的系統原理是由電磁筆主動發射電磁波，電磁板和電磁屏以X，Y方向排布的若干線圈同樣是以分別逐次掃描X，Y的方式得到電磁筆發射的信號，并通過相鄰幾根天線的電壓差計算得到電磁筆位于電磁板或電磁屏表面的位置及傾斜角度；

其中有中國專利公布號為CN100377047C的名為“數字板指針系統及其信號傳送方法”的專利，公開了“本發明的另一目的，是設計一無電池指針設備(筆、鼠標、定位盤、等等)配合本發明電磁感應天線回路編排設計的方式，包括利用可變電感與電容所構成的共振電路來感應接收電磁能、加以共振儲能后再發射回數字板，以達成提供無電池指針設備電源的效果，且本發明的該可變電感的設計是當使用者操作指針設備筆尖接觸，壓迫數位板時，將會使指針設備的共振頻率‘變高或變低’，相對地，當按壓指針設各上的按鍵時，則將促使指針設備的共振頻率‘降低’。由于本發明的指針設備于進行筆尖壓迫接觸數位板與按壓按鍵操作時，將造成頻率變化的不同(一為增加頻率、另一則為降低頻率)，所以本發明不僅更容易判斷使用者對于指針設備的操作，發生誤判的機率降低，且對于頻率感應偵測的精密度的要求亦相對較低，所以電路設計亦相對簡單，成本更可進一步減少者。并且，本發明藉由‘可變電感，連動于指針設備的筆尖，所以當壓迫筆尖時所能產生的‘頻率’變化量較大，所以，本發明可直接籍由感測‘頻率交化量’來判定筆尖的壓迫壓力，所需使用到的電路設計相對簡單許多、亦較不需精密地感測技術、成本亦相對較低。”

以上兩種方式在接收電磁筆的信號時均采用先掃描X或Y方向，后掃描Y或X方向天線線圈的方式實現。該方式類似傳統CRT電視機的逐行掃描方式，掃描效率低，并且對任意一個位置的回波采樣均存在X,Y方向的先后順序，而采樣的同時筆又是在實時移動，這樣利用實際采樣的ADC值計算出來的坐標值一定會與理論值存在一定的差異，尤其是在電磁筆快速移動的情況下，此現象更為明顯，形成類似于攝像、拍照延時形成的拖影現象。

對于電磁筆，目前市面上主流的方案有模擬筆(主動式(帶電池能主動發射電磁波)、被動式(被動產生電磁諧振))，以及數字筆。模擬筆計算筆壓的方式多是改變筆上電感或電容的值，從而導致諧振頻率變化，而電磁板或電磁屏通過軟件算法判斷頻率的變化來換算成壓力值。數字筆則是通過改變筆上的壓感器件，再通過筆上ADC采樣，MCU計算并以數字調制的方式反饋給電磁板或電磁屏，以上兩種方式均需要較長的時間。