[实用新型]一种基于主机处理的电子白板系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于超声定位原理的电子白板系统，具体涉及到基于超声定位的电子白板系统的实现架构/结构和软硬件实现。

背景技术

基于超声波定位原理的电子白板系统(包括复印式电子白板和交互式电子白板)的基本组成(如附图1和2所示)：超声波和红外信号发射笔、两个超声波和红外信号接收器及其测距模块和电子白板软件所在的计算机，接收器之间以及接收器与计算机之间的连接线，以及白板。其中，本领域技术人员知道，接收器之间以及接收器与计算机之间可以通过连接线连接也可以通过无线连接。定位的原理是：超声波信号和红外信号从发射笔发出，超声信号以声速在空气中的传播，并被两个超声波和红外信号接收器所接收到，红外信号以光速从发射笔的位置传播到接收器上的红外接收二极管。相对于超声信号的传播时间，红外信号在空中的传播时间可以忽略不计，所以红外信号相当于笔和接收器之间的同步信号，也就是从红外信号接收器能知道超声波的发射时刻。所以根据红外信号提供的超声波发射时刻，和两个超声波和红外信号接收器所接收到超声信号，就能得到发射笔到两个超声波和红外信号接收器的距离d1和d2。再利用两个超声波和红外信号接收器之间的已知间距d3，根据三角定位就能确定笔的精确位置。

现有的接收器是一种“硬接收器”。具体的实现方式如图3所示：接收器电路板上有一个专门用来做测距和定位计算的DSP处理器，接收器向主机发送的是笔尖所在的位置坐标，接收器硬件被主机识别成一个标准的人机交互接口(HID--Human Interface Device)设备，主机上的电子白板软件主要就是处理和响应这个HID设备发给应用程序的各种消息。这种“硬接收器”的系统架构决定了它具有以下特点：

1.专门用来做测距和定位计算的DSP处理器大大地增加了整个接收器的硬件成本；

2.接收器上有限的硬件资源(计算能力和存储单元)限制了算法的实现复杂度。为了能在接收器硬件上实现超声定位算法，有时不得不牺牲算法的性能，对算法进行必要的简化。

3.因为超声定位算法是固化在接收器的硬件电路中的，为了提高系统定位精度，要升级或者更新硬件上的算法，是非常困难的。一般必须扔掉旧的接收器硬件，而购买全新的接收器硬件。

超声测距和定位是一个不断发展和完善的技术。特别是最近几年，高精度的定位算法(时频，相关定位)层出不穷。但是这些新算法的共同特点是计算复杂度越来越大，需要的计算量和存储空间也越来越多。“硬接收器”的系统架构就阻碍了先进的定位算法在电子白板系统中的应用进程。

发明内容

为了使先进的信号处理算法能迅速应用到电子白板产品中，并且算法的升级换代又能最大程度地利用原有的硬件资源，减小电子垃圾，本实用新型基于接收器必须和计算机一起工作的这个特点，提出了一种“软接收器”的系统架构。设计了一种基于主机处理的电子白板系统，其包括：超声波和红外信号发射笔，超声波和红外信号接收器，主机，白板；其特征在于：超声波和红外信号接收器采集2路超声信号和1路红外信号、对这3路信号进行模拟放大，采样/量化，缓存/同步，形成同步数据流，主机对接收到的同步数据流进行解包，恢复出2路超声信号和1路红外信号，从而计算确定出笔尖的当前位置。该电子白板系统还包括ADC，用于对2路超声信号进行幅度采样和量化，和一个红外信号的上升沿检测器。此外，该电子白板系统还包括软接收器，该软接收器的软件架构有两种方式，一种是：接收器硬件被主机识别成一个标准的USB设备，该设备必须工作在ISO模式；另一种是定位算法被集成到了接收器设备驱动中。

如图4所示，在“软接收器”中，原来在接收器硬件上完成的定位计算被挪到了和接收器相连的计算机/主机上用软件实现，软接收器只是把两路超声信号和一路红外信号同步地以某种数据流格式传送给主机，这样接收器就只是一个简单的数据采集设备，不再具有任何计算能力，在“硬接收器”中占很大一块硬件成本的信号处理器也就不需要了，所以整个接收器的硬件成本也就极大地降下来了，是一个真正的“瘦(thin)”接收器。

随着USB接口带宽的不断扩大和USB2.0在电脑上的普及，通过USB2.0接口把两路超声信号和一路红外信号(带宽为：96kHz*3*16bits)从接收器实时地传送给应用程序已经不存在任何问题。随着半导体加工工艺的改进(45nm)和CPU新架构(超线程，双核)的推出，现有计算机的CPU处理能力也越来越大，完全超越了现有应用程序的需求，形成了很大MIPS富裕和浪费。我们完全可以利用这部分被闲置的计算资源来对连接在计算机上“硬接收器”进行瘦身。