技术领域
[0001] 本
发明涉及智能书写技术领域，尤其涉及一种基于RFID技术的智能书写装置及方法。
背景技术
[0002] 书写是一种很奇妙的体验，在纸上书写永远有着一种魅
力，即便是在信息化时代，我们总有着一份渴望保存手写笔记的愿望。特别是在智慧教育方面，当电磁书写识别、红外点阵识别、
超声波识别等黑科技融入到书写之中，便有了各式各样的智能书写笔。这类产品不同于手写板、绘图板或是手写触控屏，其既具有可以连接电脑、手机等设备进行书写的功能，同时也具有独立使用记录存储的功能，并且绝大部分使用的是普通纸张和通用笔芯。这种智能书写笔可以实时获取用户在纸上书写的笔迹信息，并将其发送到与之无线连接的智能终端，智能终端再根据该笔迹信息进行还原显示，以实现纸屏同步。
[0004] 一种是
电磁感应识别智能笔，分为有源(主动式)感应和无源(被动式)感应，其原理是通过
电磁笔内线圈切割电磁板发射的
磁力线来
定位笔迹坐标，实现精确、快速、无延迟的书写体验。有源电磁感应是笔作为发射源，而无源电磁感应是书写板作为发射源，对普通书画要求而言，两者都能达到2048级感应效果。
[0005] 另一种是红外点阵识别感应智能笔，其原理是在笔尖上方设置有红外激光灯和红外摄像头，当用户使用智能笔在点阵坐标纸上书写时，红外摄像头通过对红外激光灯照亮区域的
图像采集，可获取到笔芯的笔迹的精准图像，结合点阵坐标纸信息就可以定位笔迹坐标，实现原笔迹的数字化真实再现。
[0006] 以上两种技术的缺点是：电磁感应识别智能笔技术
门槛难度大，成本较高，不易推广；红外点阵感应识别智能笔需要配合专用的点阵坐标纸进行书写，后续的维护成本较高，且智能笔笔身比普通笔重，使用相对不是很灵活，用户体验感不佳。
发明内容
[0007] 为了解决现有技术中智能书写笔成本高、不易推广、用户体验不佳等问题，特提供了一种基于RFID(Radio Frequency Identification，
射频识别)技术智能书写装置及方法。
[0008] 本发明提供一种基于RFID技术的智能书写装置，包括：设置在书写笔上的至少3个RFID标签、RFID感应装置和智能终端，
[0009] 所述RFID感应装置包括至少3个RFID读写器和一
微处理器，所述RFID读写器通过通讯
接口与所述微处理器电连接，所述微处理器通过有线或无线的方式与所述智能终端建立通讯连接；
[0010] 所述RFID感应装置的每个RFID读写器分别获取其与书写笔上每个RFID标签的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给所述微处理器；
[0011] 所述微处理器根据接收到的各个RFID读写器传输的距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID计算出各RFID读写器到每个RFID标签的距离，并根据已知的各个RFID读写器的
位置信息，计算出每个RFID标签的三维空间坐标，再根据已知的每个RFID标签与书写笔笔尖之间的位置信息，计算出书写笔笔尖的三维空间坐标，将所述书写笔笔尖的三维空间坐标传输给所述智能终端；
[0012] 所述智能终端根据所述书写笔笔尖的三维空间坐标实现笔迹同步还原。
[0013] 本发明还提供一种基于RFID技术的智能书写方法，包括：
[0014] RFID感应装置中的至少3个RFID读写器分别获取其与书写笔上至少3个RFID标签的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给微处理器；
[0015] 所述微处理器根据接收到的各个RFID读写器传输的距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID计算出每个RFID读写器到每个RFID标签的距离，并根据已知的各个RFID读写器的位置信息，计算出每个RFID标签的三维空间坐标，再根据已知的每个RFID标签与书写笔笔尖之间的位置信息，计算出书写笔笔尖的三维空间坐标，将所述书写笔笔尖的三维空间坐标传输给所述智能终端；
[0016] 所述智能终端根据所述书写笔笔尖的三维空间坐标实现笔迹同步还原。
[0017] 实施本发明
实施例，将具有如下有益效果：
[0018] 本发明实施例采用基于RFID的测距技术定位出设置在书写笔上的多个RFID标签的位置，并根据多个RFID标签的位置定位出书写笔笔尖的位置，再将书写笔笔尖位置传输给智能终端，实现纸上笔迹在智能终端上进行同步还原。采用本发明的方法，不需要对现有的书写方式进行改变，用户体验佳。此外，本发明还具有
硬件成本低，设计方式简单，易扩展，推广容易的有益效果。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 其中：
[0021] 图1为本发明实施例提供的一种基于RFID技术的智能书写装置的结构示意图；
[0022] 图2为本发明实施例提供的三种RFID感应装置的结构示意图；
[0023] 图3为本发明实施例提供的三种设置在书写笔上的RFID标签的示意图；
[0024] 图4为本发明实施例提供的一种基于RFID技术的智能书写方法
流程图。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 实施例一
[0027] 本如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于RFID技术的智能书写装置的结构示意图，包括：设置在书写笔40上的至少3个RFID标签10、RFID感应装置20和智能终端30，其中，RFID感应装置20包括一微处理器202和至少3个RFID读写器201，RFID读写器201通过通讯接口与微处理器202电连接，微处理器202通过有线或无线的方式与智能终端30建立通讯连接；
[0028] 每个RFID读写器201分别获取其与书写笔40上每个RFID标签10的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给微处理器202；
[0029] 微处理器202根据接收到的各个RFID读写器201传输的距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID计算出每个RFID读写器201到每个RFID标签10的距离，并根据已知的各个RFID读写器201的位置信息，计算出每个RFID标签10的三维空间坐标，再根据已知的每个RFID标签10与书写笔40笔尖(图1中P点处)之间的位置信息，计算出书写笔40笔尖的三维空间坐标，将书写笔40笔尖的三维空间坐标传输给智能终端30；
[0030] 智能终端30根据书写笔40笔尖的三维空间坐标实现笔迹同步还原。
[0031] 具体的，智能终端30根据书写笔40笔尖的三维空间坐标中垂直于书写本50方向上的值来判断当前书写状态为落笔或抬笔；若判断为落笔，再根据书写笔40笔尖的三维空间坐标中另外两个值来确定书写笔40在书写本50上的位置；若判断为抬笔，则不做处理。
[0032] 为了实时获取书写笔笔尖在书写本上的书写位置，本发明在书写笔上设置了至少3个RFID标签来对书写笔笔尖进行定位，而每个RFID标签再通过至少3个RFID读写器作为参考
节点来进行定位。
[0033] 如图2为本发明实施例提供的三种RFID感应装置的结构示意图，图2a中包括3个RFID读写器201和一微处理器202，3个RFID读写器201呈“品”字型设置，并与微处理器201电连接；图2b在图2a的
基础上增加了一控制
开关203，3个RFID读写器201通过控制开关203与微处理器202电连接；图2c包括4个RFID读写器201和一微处理器202，4个RFID读写器201呈矩形设置在RFID感应装置20的四
角，并与微处理器202电连接。
[0034] 如图3为本发明实施例提供的三种设置在书写笔上的RFID标签的示意图，图3a中3个RFID标签10呈“一”字型等距离设置在书写笔上；图3b中的3个RFID标签10呈横向“品”字型设置在书写笔上；图3c中的3个RFID标签10呈竖向“品”字型设置在书写笔上。
[0035] 以上仅列出了RFID标签的设置方式和RFID感应装置中RFID读写器的设置方式的几个较佳实施例，并不对其进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性设置。
[0036] 基于测距的定位方法通常包括三边定位法和多边定位法，以下是三边定位法的原理。
[0037] 假设A、B、C是三个位置坐标已知的参考节点，D是待定位的目标节点，各点坐标为(xa，ya)，(xb，yb)，(xc，yc)，(xd，yd)，根据欧式距离公式有以下等式：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 由上述公式可知，只要能测得节点D分别到节点A，B，C的距离，便可以根据以上等式求出节点D的坐标(xd，yd)。
[0042] 现有技术中，常用的测距技术包括：基于
信号到达时间(Time of Arrival，TOA)、基于往返传播时间(Roundtrip Time Of Flight，RTOF)、基于信号到达时间差(Time Difference of Arrvival,TDOA)、基于到达角度(Angle Of Arrival,AOA)、基于接收信号强度(Received Signal Strength Indictor，RSSI)、基于
相位差等。TOA是使用一台发射机和一台接收机，测出信号的发射时间T0和到达时间T1，根据此信号传播时间进行测距；RTOF是发射机和接收机分别测量无线
射频信号的发送、到达时间，再根据该往返传播时间进行测距；TDOA是使用两种不同传播速度的信号，记录他们的发送到达时间，通过计算他们的到达时间差来进行测距；AOA是通过阵列天线测量待定位目标所发射的无线信号，来检测其所在的方向，从而实现根据小信号到达角度测距的一种方式；RSSI是通过测量无线信号在传播过程中的强度衰减，并根据理论或者经验的信号强度衰减模型将其转换成发射机和接收机之间的距离；基于
相位差测距是通测量读写器所发射的
电磁波的发射相位和接收相位之间的相位差来确定标签与读写器之间的距离。
[0043] 本发明的距离定位参数值可以是TOA、RTOF、TDOA、AOA、RSSI、相位差值中的一种或多种的组合。采用上述测距技术获得RFID读写器与RFID标签的距离定位参数值之后，进一步可采用上述的三边定位法(距离测量比较精准的情况下可以采用此方法)或者通过K临近
算法或质心加权算法来计算RFID标签的位置。
[0044] 当书写笔上所有RFID标签的空间位置都计算出来后，根据已知的各RFID标签与书写笔笔尖的位置关系，进一步根据三边定位法可以计算出书写笔笔尖的空间位置。具体的，可以在RFID感应装置中预设各RFID标签与书写笔笔尖的位置关系。考虑到不同的书写笔上RFID标签的设置方式可能不同，也可以在RFID感应装置中预存各种型号的书写笔所对应的RFID标签与书写笔笔尖的位置关系，用户在书写前通过智能终端获取书写笔的型号，并将书写笔型号发送至RFID感应装置。
[0045] 为了减少信号之间的干扰，尤其是采用基于RSSI技术进行测距时，可采用分时启动RFID读写器的方式获取距离定位参数值。由于信号发射的时间一般为ms级，采用分时启动模式可以近似认为各RFID读写器是同步获取到其与各RFID标签的距离定位参数值。具体的，RFID感应装置20还包括控制开关(如图2b所示)，该控制开关电连接于RFID读写器201与微处理器202之间。工作时，微处理器202发送
控制信号至控制开关，控制开关根据控制信号控制多个RFID读写器202轮流开启，当前开启的RFID读写器202获取其与书写笔40上每个RFID标签10的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给微处理器202。
[0046] 当采用的测距技术受信号干扰影响不大时，微处理器控制所有RFID读写器同步发射信号获取到其与各RFID标签的距离定位参数值。
[0047] 优选地，RFID感应装置20还包括一个指示灯(未在图中示出)，该指示灯用来当微处理器202识别出当前书写笔40上的所有RFID标签时，控制指示灯点亮相应的
颜色，以提示用户可以开始书写。具体的，微处理器202控制其中一个RFID读写器201获取射频场内所有的RFID标签的ID值和标签识别信息，并将获取的RFID标签ID和对应的标签识别信息传输给微处理器202，微处理器202根据标签识别信息识别出当前书写笔40上设置的RFID标签ID，并将识别出的所有RFID标签ID传输给各个RFID读写器201进行存储。
[0048] 本发明实施例采用基于RFID的测距技术定位出设置在书写笔上的多个RFID标签的位置，并根据多个RFID标签的位置定位出书写笔笔尖的位置，再将书写笔笔尖位置传输给智能终端，实现纸上笔迹在智能终端上的同步还原。采用本发明的方法，不需要对现有的书写方式进行改变，携带使用方便、用户体验佳。此外，本发明还具有硬件成本低，设计方式简单，易扩展，推广容易的有益效果。
[0049] 实施例二
[0050] 如图4所示，为本发明实施例提供的一种基于RFID技术的智能书写方法流程图，包括：
[0051] 步骤S401：RFID感应装置中的至少3个RFID读写器分别获取其与书写笔上至少3个RFID标签的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给微处理器；
[0052] 步骤S402：微处理器根据接收到的各个RFID读写器传输的距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID计算出每个RFID读写器到每个RFID标签的距离，并根据已知的各个RFID读写器的位置信息，计算出每个RFID标签的三维空间坐标，再根据已知的每个RFID标签与书写笔笔尖之间的位置信息，计算出书写笔笔尖的三维空间坐标，将书写笔笔尖的三维空间坐标传输给智能终端；
[0053] 步骤S403：智能终端根据书写笔笔尖的三维空间坐标实现笔迹同步还原。
[0054] 为了实时获取书写笔笔尖在书写本上的书写位置，本发明在书写笔上设置了至少3个RFID标签来对书写笔笔尖进行定位，而每个RFID标签再通过至少3个RFID读写器作为参考节点来进行定位。
[0055] 如图2为本发明实施例提供的三种RFID感应装置的结构示意图，图2a中包括3个RFID读写器201和一微处理器202，3个RFID读写器201呈“品”字型设置，并与微处理器201电连接；图2b在图2a的基础上增加了一控制开关203，3个RFID读写器201通过控制开关203与微处理器202电连接；图2c包括4个RFID读写器201和一微处理器202，4个RFID读写器201呈矩形设置在RFID感应装置20的四角，并与微处理器202电连接。
[0056] 如图3为本发明实施例提供的三种设置在书写笔上的RFID标签的示意图，图3a中3个RFID标签10呈“一”字型等距离设置在书写笔上；图3b中的3个RFID标签10呈横向“品”字型设置在书写笔上；图3c中的3个RFID标签10呈竖向“品”字型设置在书写笔上。
[0057] 以上仅列出了RFID标签的设置方式和RFID感应装置中RFID读写器的设置方式的几个较佳实施例，并不对其进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性设置。
[0058] 现有技术中，常用的测距技术包括：基于信号到达时间(Time of Arrival，TOA)、基于往返传播时间(Roundtrip Time Of Flight，RTOF)、基于信号到达时间差(Time Difference of Arrvival,TDOA)、基于到达角度(Angle Of Arrival,AOA)、基于接收信号强度(Received Signal Strength Indictor，RSSI)、基于相位差等。本发明的距离定位参数值可以是TOA、RTOF、TDOA、AOA、RSSI、相位差值中的一种或多种的组合。采用上述测距技术获得RFID读写器与RFID标签的距离定位参数值之后，进一步可采用三边定位法(距离测量比较精准的情况下可以采用此方法)或者通过K临近算法或质心加权算法来计算RFID标签的位置。
[0059] 当书写笔上所有RFID标签的空间位置都计算出来后，根据已知的各RFID标签与书写笔笔尖的位置关系，进一步根据三边定位法可以计算出书写笔笔尖的空间位置。具体的，可以在RFID感应装置中预设各RFID标签与书写笔笔尖的位置关系。考虑到不同的书写笔上RFID标签的设置方式可能不同，也可以在RFID感应装置中预存各种型号的书写笔所对应的RFID标签与书写笔笔尖的位置关系，用户在书写前先通过智能终端获取书写笔的型号，并将书写笔型号发送至RFID感应装置。
[0060] 为了减少信号之间的干扰，尤其是采用基于RSSI技术进行测距时，可采用分时启动RFID读写器的方式获取距离定位参数值。由于信号发射的时间一般为ms级，采用分时启动模式可以近似认为各RFID读写器是同步获取到其与各RFID标签的距离定位参数值。具体的，RFID感应装置20还包括控制开关(如图2b所示)，该控制开关电连接于RFID读写器201与微处理器202之间。优选地，RFID感应装置中的至少3个RFID读写器分别获取其与书写笔上至少3个RFID标签的距离定位参数值包括：
[0061] 微处理器发送控制信号至控制开关；
[0062] 控制开关根据控制信号控制至少3个RFID读写器轮流开启；
[0063] 当前开启的RFID读写器获取其与书写笔上每个RFID标签对应的距离定位参数值，并将距离定位参数值及该距离定位参数值对应的RFID标签ID传输给微处理器。
[0064] 当采用的测距技术受信号干扰影响不大时，优选地，微处理器控制所有RFID读写器同步发射信号获取到其与各RFID标签的距离定位参数值。
[0065] 优选地，RFID感应装置中的至少3个RFID读写器分别获取其与书写笔上至少3个RFID标签的距离定位参数值之前还包括：
[0066] RFID读写器获取射频场内所有的RFID标签的ID值和标签识别信息，并将获取的RFID标签ID和对应的标签识别信息传输给微处理器；
[0067] 微处理器根据标签识别信息识别出当前书写笔上设置的RFID标签ID，并将识别出的所有RFID标签ID传输给每个RFID读写器进行存储。
[0068] 优选地，RFID感应装置还包括一个指示灯，当微处理器识别出当前书写笔上的所有RFID标签时，控制指示灯点亮相应的颜色，以提示用户可以开始书写。
[0069] 本发明实施例采用基于RFID的测距技术定位出设置在书写笔上的多个RFID标签的位置，并根据多个RFID标签的位置定位出书写笔笔尖的位置，再将书写笔笔尖位置传输给智能终端，实现纸上笔迹在智能终端上的同步还原。采用本发明的方法，不需要对现有的书写方式进行改变，携带使用方便、用户体验佳。此外，本发明还具有硬件成本低，设计方式简单，易扩展，推广容易的有益效果。
[0070] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0071] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过
计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
[0072] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明
权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
