基于软件无线电原理的电子白板系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于软件无线电原理的电子白板系统，属于可有效抑制噪声的干扰，保证时延提取的准确性的电子白板。包括信号发射装置、笔划感应器、普通电子白板和ＰＣ机，其中信号发射装置包括信号笔、板擦，笔划感应器包括两个接收处理器，信号处理模块包括ＣＰＬＤ芯片、ＦＬＡＳＨ存储器、数字信号处理器ＤＳＰ和串并转换芯片。本发明专利技术的有益效果主要体现在采用软件无线电的思想，剔除了利用幅度提取时延的电路，并可使前端放大电路简化，降低硬件成本，提高系统的可靠性。采用了基于高阶循环统计量的正交解调算法，有效抑制噪声的干扰，保证了时延提取的准确性。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用超声红外进行定位的电子白板。尤其涉及可有效抑制噪声的干扰，保证时延提取的准确性的电子白板。
技术介绍
电子白板系统广泛应用于教学、办公、会议、远程教育的场合中。根据其工作原理可分为扫描式电子白板、触摸式电子白板、激光电子白板和无线定位电子白板。其中基于超声波和红外信号进行定位的无线定位电子白板具有体积小，重量轻，搬运安装方便，同时具有较高的分辨率的优点。无线定位电子白板系统一般包括信号笔、板擦、普通白板、笔划感应器、计算机和投影仪等。无线定位电子白板的基本原理是应用超声波和红外信号的联合定位来确定信号笔或板擦在白板上的位置。信号笔或板擦工作时发出超声波和红外信号，笔划感应器接收到红外信号和超声波，由于红外信号在空气中的传播速度远远高于超声波的传播速度，因此在白板区域内，可以忽略红外信号的传播时间，以红外信号作为系统时间基准，确定超声波在白板区域内的传播时间，进而确定信号笔或板擦与笔划感应器的距离，最终得到信号笔或板擦在白板上的坐标。电子白板的信号笔用于书写功能，板擦用于擦除白板和系统软件记录的笔迹。Yonald Chery等的专利《Stylus for Use with Transcription System》，美国专利，专利号为6,111,565，利用接收的超声波的幅度来确定超声波到达笔划感应器的时间。当用信号笔书写时，因为信号笔与系统的超声接收传感器的距离不断变化，所以系统接收的超声信号的幅度也不断变化。从而导致接收到的超声波的幅度具有随机性，系统仅通过超声波幅度确定的时延的随机性也大，因而这种系统的精确性较差。Holtzman的专利《Marking Device for Electronic Presentation Board》，美国专利，专利号为5,866,856，对电子白板的信号笔的模具进行了改进，相比美国专利6,111,565种的信号笔，它的体积小，更加轻便。Robert P.Wood等的专利《Transducer Signal Waveshaping System》，美国专利，专利号为6,118,205，设计一种特殊的信号笔驱动电路，信号笔发出具有特殊波形特征的超声波。Robert P.Wood等的专利《Transmitter Pen Location System》，美国专利，专利号为6,335,723，利用信号笔产生的超声波的特殊波形特征，通过处理器提取出波形特征，从而准确提取出超声波的传播时延。该方法避免了利用超声波幅度提取时延的困难，但是使信号笔的结构变得复杂。Robert P.Wood等的专利《Transmitter Pen Location System》，美国专利，专利号为6,414,673，在专利6,335,723的基础上对笔划感应器进行了改进，笔划感应器包括如下三种形式。第一种，笔划感应器有两个接收器，每个接收器分别包括两个超声波接收传感器，通过测量超声波信号在两个传感器上的相位差确定信号笔在白板上的坐标。第二种，笔划感应器有三个接收器，每个接收器为一个超声波接收传感器，以某一传感器为参考，通过确定超声波信号分别到达另两个传感器与参考传感器的时延差来确定信号笔在白板系统上位置。第三种，笔划感应器只有一个接收器，接收器包含两个超声波接收传感器和一个红外传感器，系统通过确定超声波到达两个超声接收传感器的相位差和超声波到达接收器的时延来确定信号笔的坐标。专利6,335,723和专利6,414,673精确确定信号笔位置坐标的处理方法上是一致的，即无论确定相位还是时延，对它们的精确测定都通过提取信号笔所发出的超声波的波形性特征来保证的。上述专利在没有外界噪声或者较弱的噪声干扰情况下具有较高的精度。但当环境噪声干扰较强的情况下，则定位精度较差甚至系统不能正常工作。采用上述技术的无线定位电子白板存在如下主要问题第一，当信号传输环境恶劣，存在强噪声干扰时，提取的时延的误差较大，笔迹质量差；第二，只能记录笔的笔迹，而不能体现笔峰和笔意，记录笔迹的自然度较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于软件无线电原理的电子白板系统，以解决现有的超声红外联合定位的电子白板在较强环境噪声下的分辨率下降的问题。目的是在强噪声中保持良好的性能，同时在不增加信号笔复杂度的情况下，利用超声波的包络的特征提取时延。本专利技术是通过以下技术方案实现的它包括信号发射装置、笔划感应器、普通电子白板和PC机，其中信号发射装置包括信号笔、板擦，笔划感应器共有两个接收处理器，它们分别在白板系统的两个不同的位置，信号笔或板擦在工作时发出超声和红外信号，其中超声信号作为系统的定位信号，红外信号作为系统的时间基准。笔划感应器的两个接收处理器接收到信号笔或板擦的发射信号后，对红外和超声信号进行信号处理，确定信号笔或板擦分别与两个接收处理器的距离，进而得到信号笔或板擦在白板上的位置坐标。本专利技术的信号笔或板擦的颜色信息通过红外信号编码发射给笔划感应器。本专利技术的笔划感应器完成信号的接收、处理和无线传送三个功能。信号的接收由相应的信号接收处理器完成，信号接收处理器接收到信号笔或板擦发出的红外信号和超声信号后，作简单的放大，笔划感应器的信息处理模块60开始对信号进行处理。信号处理模块60包括CPLD芯片38、FLASH存储器40、数字信号处理器DSP芯片41和串并转换芯片42，信号处理模块60接收两路A/D转换芯片输出的超声信号，在经过CPLD芯片38处理后，由DSP芯片41提取超声信号时延信息。其中，系统的程序放入FLASH存储器40中。DSP芯片41同时接收信号笔发射的红外信号和遥控器发送的无线信号。DSP芯片41提取出信号笔的位置信息和信号笔的颜色后，通过串并转换芯片42将提取的信息发送给无线RS-232模块，最终送给PC机。本系统的信号处理采用软件无线电的设计思想，对硬件部分进行压缩，通过利用软件的方法实现硬件功能。本专利技术的信号处理模块，嵌入了系统的核心算法，实现对信号的处理，减少了硬件部分。信号处理模块的程序流程为信号处理模块60首先和PC机建立通信联系。信号处理模块60对通过接收到红外信号采集提取出信号笔发出的颜色，并通过算法提取超声波的时延信息。信号处理模块60计算出信号笔的位置坐标后，将信号笔的位置信息和颜色信息传给PC机，同时开始重复接收信号笔发出的信息。本系统的算法的主要思想是，对接收信号采用基于高阶循环统计量的信号处理方法进行正交解调，有效抑制噪声和干扰的影响，然后对提取的超声波的包络取出其斜率最大点，并结合超声波的过零点确定系统的时延参考点，进而完成准确的定位坐标计算。笔划感应器从信号笔或板擦发出的红外信号中提取信号笔或板擦的颜色编码。笔划感应器采用无线连接的方式，将处理后的结果传输给PC机，由PC机完成电子白板上的书写内容的存储、打印和传输等功能。本专利技术的有益效果主要体现在以下几点第一，采用软件无线电的思想，剔除了利用幅度提取时延的电路，并可使前端放大电路简化，降低硬件成本，提高系统的可靠性。第二，系统采用了信号处理模块，可以通过改变模块的程序来改变系统对信号的处理方式，进而提高了系统的更新换代的能力。第三，采用了基于高阶循环统计量的正交解调算法，有效抑制噪声的干扰，保证了时延提取的准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软件无线电原理的电子白板系统，包括信号发射装置、笔划感应器、普通电子白板和ＰＣ机，其中信号发射装置包括信号笔、板擦，笔划感应器包括两个接收处理器，其特征在于：笔划感应器的信号处理模块［６０］包括ＣＰＬＤ芯片［３８］、ＦＬＡＳＨ存储器［４０］、数字信号处理器ＤＳＰ［４１］和串并转换芯片［４２］，接收两路Ａ／Ｄ转换芯片输出的超声信号的ＣＰＬＤ芯片［３８］连接ＤＳＰ芯片，由ＤＳＰ芯片［４１］提取超声信号时延信息，放入系统程序的ＦＬＡＳＨ存储器［４０］连接ＤＳＰ芯片，ＤＳＰ芯片［４１］同时接收信号笔发射的红外信号和遥控器发送的无线信号，ＤＳＰ芯片［４１］连接串并转换芯片［４２］，通过其将提取的信息输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树勋，
申请(专利权)人：王树勋，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]