专利名称：采用红外技术辨识页码及页册的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及页册及其页码自动辨识技术的改进，是一种采用红外技术实现页 码及页册自动识别的装置。 背肇技术
本发明是对本发明人已申请的《一种能自动检澜页码的页册装置》、《纸页式 电脑点菜装置》等专利技术的进一步完善和补充。
随着经济和教育的发展，各种各样的电脑产品越来越多地渗透到人们的生活 中。在日常生活中，人们经常接触到各类页册装置，如供小孩识字和认图的电子 书、能录放音的赠言册或留言本、孩子的生日档案，以及电脑菜谱等等，都需要 一种能自动识别页册和页码的技术。
现在国外有一种技术，在页册各纸页内嵌入磁铁片，当把页册置入外壳框架 后，电脑将根据采集到的磁铁片之信息，确定翻到了哪一页。但此方案须将磁铁 片嵌入每一张纸页内，不仅影响外观，也不便于生产。同时，由于磁力的方向和 强度很难限定，所以，磁铁之间必须保持相当距离，这就使每本页册的纸页数量 受到严格限制。
国内市面上也有一类能识别页码的学习机产品，使用一支电子笔与页册箱体 相连，电脑通过检潲电子笔点蝕书本的不同部位产生的电场差异来判断当前到了
哪一页。此类产品的缺点是婴幼儿操作电子笔存在安全隐患，故不适合此类人 群使用；每翻一页都需要用笔点击不同部位，以设定页码，故操作不便；不能自 动辨认书本编号，更换一本书时，必须手工调整语音存储芯片，使语音与本册内 容相符。
发w内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、易于实施和规模化生产的自动测页及自 动辨认页册的装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是页册安装在一箱体上，箱体内
3安装有红外发射管与红外接收器件序列，以及电脑电路；页册中各纸页位于页码 检测区域内的部分，与各红外发射管及红外接收器件序列之排布次序相对应，具 有不同形状的缺口排列，致使各红外接收器件采集到的数据不同，从而完成电脑 对页码及页册的检测。
当存在页册辨识区时，同一本页册上的各页中位于页册辨识区内的部分，其 整体性缺口及非缺口之排布次序与页册辨识区内的红外发射管及红外接收器件 序列相对应，且不同的页册在页册辨识区内具有不同的整体性缺口及非缺口之排 布次序。
上述的红外接收器件可以是红外接收管，也可以是红外接收头。 页册中各纸页的某一区域(包括缺口)，都位于红外发射管与红外接收器件序 列的有效探测区域内，且不同纸页或页册本身在该区域的缺口形状不同，致使各 红外接收器件采集到的数据不同，电脑由此实施对页码以及页册编号的检测。 由于每本页册都含有大量的语音和图形数据，当页册较多时，这些数据不宜
全都存储在机器内，本发明提出一种"页册自载"方案，在每本页册上都有一页
为数据自载页，内有存储语音和图形数据的芯片，它通过有线或无线数据接'口与 机箱箱体内的电路相连接。
本发明的最大优点是成本低廉、易于实施、操作简单方便。 以下结合一个实例，对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一个实例的外形图。
图2为图1所示实例中红外发射管、红外接收器件和纸页顶部三者的位置关 系示意图。
图3为图2中红外发射管A与红外接收器件A'两者关系的示意图。
图4为图1所示实例中栅条与红外发射管、红外接收器件三者关系的示意图。
图5为图1所示实例中"个"字形栅条的示意图。
图6为图1所示实例中平板形栅条的示意图。
图7为图1所示实例的页册辨识区与页码检测区的示意图。
图8为图1所示实例中具页册自载功能的页册示意图。
图9为图8所示实例中具页册自载功能之页册中数据自载页示意图。
图IO为图l所示实例中具页册自载功能的页册与机箱箱体的接合示意图。
图11为图1所示实例的电路和接口框图。图中1.合页箱体，2.页码检测区，3.页册纸页，4.装订环，5.合页轴， 6.红外发射管C, 7.红外发射管B， 8.红外发射管A， 9.红外管底座，10. 滤光片，11.红外接收器件C，， 12.红外接收器件B，， 13.红外接收器件A，， 14.栅条，15.架空垫片，16.红外发射管序列，17.中隔板，18.栅盖板，19. 红外接收器件序列，20.栅缝，21.长方体塑件，22.圆柱形红外发射管，23. 圆柱形红外接收器件，24.页册辨识区，25.页册末页，26.数据自载页，27. 数据插口， 28.集成电路芯片，29.合页箱体，30.箱体数据插槽，31.数据插 口， 32.数据自载页册。 具体实旌^
本发明常用于需要自动识别页码的电子页册中。这类电子页册通常与普通书 本之外形十分相似，打开后的形状如图1所示。左右两个合页箱体(1)通过合 页轴(5)相连，并可实施转动。
本发明由页册和电脑电路两大部件构成。页册是众多学习资料的信息载体。 电脑用于检测页码、供用户输入信息、以及提供其它多媒体信息服务。页册由若 干张页册纸页(3)通过装订环(4)装订而成。每一页均可灵活翻动。装订环(4) 定位在两合页箱体(1)结合部的中轴线上。
在页册上边沿，各纸页依页码次序呈现阶梯形，页码数值越大，则缺口越长。 与页册上边沿相对应，在合页箱体(1)顶端有一个页码检测区(2),区内有由 红外发射管组成的红外发射管序列(16)和由红外接收器件组成的红外接收器件 序列(19)。在图2中，对合页箱体(1)顶端的页码检测区，即图l所示的虛线 框区域中的详细结构进行了描述。这里，红外发射管A (8)、红外发射管B (7)、 红外发射管C (6)、…等构成了红外发射管序列(16);红外接收器件A， (13)、 红外接收器件B， (12)、红外接收器件C， Ul)、…等构成了红外接收器件序列 (19)。它们安装在红外管底座(9)上。红外管底座(9)通常是印刷电路板。 其中，红外发射管A (8)与红外接收器件A' (13),红外发射管B (7)与红外接 收器件B' (12)，红外发射管C (6)与红外接收器件C' (11)分别直接相对应。 序列中的其它红外管也同样两两对应排列。红外发射管与红外接收器件之间有栅 条(14)隔开。在红外发射管序列(16)和红外接收器件序列(19)上面复盖有 滤光片(10)。 一般采用红色滤光片，可防止其它外来光源的干扰，但不影响红 外光的传播。在图3中，以红外发射管A (8)和红外接收器件A， (13)为例，
5更为清楚地描述了红外发射管A (8)、红外接收器件A' (13)、滤光片(10)和 页册纸页(3)、栅条(14)之间的位置、结构关系。每一个红外发射管同与其对 应的红外接收器件之间构成一定的安装角度，由于红外光是直线传播的，且红外 发射管与红外接收器件之间有栅条(14)隔开，所以，当发射管之上方没有纸页 (3)时，红外接收器件不能收到发射管发出的红外光；但当页册纸页(3)遮盖 于发射管上方时，由于红外光不易穿透纸页，从发射管发出的红外光经纸页反射 后，即可被接收器件收到。图3中箭头示出了这种反射关系。
由于红外发射管同与红外接收器件数量较多，且每一对红外发射管与红外接 收器件之间距离较近，为防止误判，必须限制每一对红外发射管与红外接收器件 的反射光路径，让红外光局限在一个窄小的范围内。此功能由栅条(14)实现。 栅条(14)由中隔板(17)和栅盖板(18)构成，两者成"T"形垂直贴合，如 图4所示。
中隔板(17)主要用于将红外发射管与红外接收器件隔离开来，使在无纸页 状态下，红外接收器件无法收到任一红外发射管发射出的红外光。
栅盖板(18)上在每一对红外发射管与红外接收器件的正上方均有一对栅缝 (20)，左右各一条。这样，当任一红外发射管发光时，只能通过其上方的窄小 栅缝(20)射出，而当有反射光时，红外接收器件也只能收到从其正上方窄小栅 ,入的红外光。这一结构，使得任一纸页只有完全遮住或接近遮住其对应的栅 缝时，相应的下方红外接收器件才能收到红外光。这就使每张纸页与每对红外发 射、接收器件之间能可靠对应，不至误判。
当然，栅条(14)也可以简以"L"形，即栅盖板(18)仅存在一半，只复 盖红外发射管序列或只复盖红外接收器件序列，这样，只有红外发射管或红外接 收器件序列的上方才有糖缝。这种结构的抗干扰能力要差一些。
榭条除了可以做成的，还可以做成其它多种形状的，如图5所示的"个"字 形掛条，图6所示的平板形栅条等。但无论成何形状，总有中隔板用以将红外发 射管与红外接收器件隔离开来，也总有栅缝限制每一对红外发射管与红外接收器 件的反射光路径。图6所示的平板形栅条是将圆柱形红外发射管(22)和圆柱形 红外接收器件(23)密封在一条长方体塑件(21)内，此长方体塑件(21)就是 实际意义上的中隔板。
无论是"L"形的、"个"字形的、平板形或其它形状的栅条，均可将红外发 射管序列和红外接收器件序列两者的管芯与栅条材料密封在一起，成为一个集成化部件。
如图3所示，当页册纸页(3)贴紧滤光片(10)时，由于中隔板(17)的 隔离作用，红外发射管A(8)往往很少有光通过纸页反射至红外接收器件A，(13), 所以，可在滤光片(10)与页册纸页(3)之间加一架空垫片(15)，其作用是使 页册纸页(3)不能贴紧滤光片(10)。显然，当不使用滤光片时，架空垫片更显 必要。
页册中各纸页位于页码检测区域内的部分，与红外发射管、红外接收器件序 列之排布次序相对应，具有不同形状的缺口排列。
当页册纸页位于合页箱体(1)内时，它们的上边沿都可以位于红外管的有 效探测区域内，但由于各纸页顶部的缺口因页码顺序而呈现阶梯形，并且上下两 页之间的缺口正好相差一个接收器件的位置，所以，使得页码次序与红外管排列 次序成为一一对应的关系。这样，电脑就可以根据各光接收器件是否收到反射光， 实施对页码的检测。从图l、图2可以看出，当纸页全部合上时，所有反射光路 均存在。当第l张纸页翻过后，A—A'的反射光路消失；当第2张纸页翻过后， A—A' 、 B—B'的反射光路消失，这便形成了如图2所示的状态。此刻，C—C'， 以及以后的反射光路均因第3张纸页的遮盖而被激活。
由于上述红外发射管和接收器件之间的通讯具有特定频率(如38kHz)，还可 以进行编码，所以，本发明在工作时就具有良好的抗干扰能力，不会遭受环境中 日光、灯光或其它亮光的影响。
当然，用于检测页码的阶梯形缺口也不一定位于页册纸页的上部边沿，也可 以在其下方边沿，或其它边沿；与其位置同步，红外发射管序列与红外接收器件 序列也应安装于便于电脑检测的相应位置。
为节省硬件开销，红外发射管与红外接收器件之数目也可以不等，可以一对 —,也可以一对二、 二对一、 一对三等等。比如，可以使用两个红外发射管与一 个红外接收器件相对应，或使用一个红外发射管与两个红外接收器件相对应。在 图4中，可将排列次序为奇数(或偶数)的红外接收器件去除掉，或将排列次序 为奇数(或偶数)的红外发射管去除掉。对于前者，要保证当有纸页把两个红外 发射管都盖住时，这两个红外发射管所对应的红外接收器件能收到这两个红外发 射管发出的红外光，而当纸页不盖住其中一个红外发射管时，红外接收器件就不 能收到它发出的红外光。这样，页册纸页也就与红外发射管序列形成了一一对应 之关系。对于后者，页册纸页则是与红外接收器件序列形成一一对应之关系。在 这一方案中，无论采用几个红外发射管(或红外接收器件)与一个红外接收器件
7(或红外发射管)相对应，总有一个红外发射管(或红外接收器件)与页册纸页 相对应。
在实际应用中，往往几本页册使用同一个合页箱体及电路，如儿童学习机， 几本教材可轮番搁至合页箱体内。利用上述结构原理，本发明不仅能区分一本页 册中的各个页码，还能自动分辨出搁上去的是哪一本书。这只要在纸页和合页箱 体上开辟一个页册辨识区，纸页上的缺口及非缺口之排布次序,对于页册辨识区 内的各对红外发射管与红外接收器件序列形成了一个无反射光和有反射光的信 息排列。这等同于构成了一个页册编号的二进制码。对于同一本页册，无论翻到 那一页，必须保证该信息排列形成的二进制码不变。本说明书称之谓"整体性缺 口及非缺口之排布次序"。
通常可采用页册中最后一张纸来区分页册，在此之前的所有纸页位于页册辨 识区内的部分，可以与末页相同，也可整体为缺口。这样，在页册辨识区内，同 一本页册上的各页就能保证至少有一页始终遮盖住某一对或几对红外发射管和
接收器件，或一对也不遮盖，即整体性缺口及非缺口之排布次序不变，且不同的 页册所遮盖的红外发射管和接收器件对象不完全相同，这样，内部的电脑电路就 能很快辨别出当前页册之编号。显然，采用一对红外发射管和接收器件，能分辨 出两本页册；采用两对红外发射管和接收器件，至多能分辨出四本页册，以此类 推。
图7所示是采用页册辨识区的一个实例。在合页箱体右上角有一个页码检测 区(2)和一个页册辨识区(24)。两区域内共有9对红外发射管和红外接收器件， 其中最右端一对位干页册辨识区内，用于辨认页册编号，其余8对位于页码检测 区内，用于辨认页码。页册末页(25)为页册的最后一张页面，它的右上角有一 凸起，始终复盖在页册辨识区上。如果还有另一本页册，其页册末页(25)的右 上角无此凸起，而为一缺口，那么，机器就很容易将这两本页册区分开来了。
由于每本页册都含有大量的语音和图形数据，当页册较多时，这些数据不宜 全都存储在机器内，本发明提出一种"页册自载"方案，在每本页册上都有一页 为数据自载页(通常采用页册的最后一页)，内有存储语音和图形数据的芯片， 它通过有线或无线数据接口与机箱箱体内的电路相连接。这样，合页箱体的内部 电路中并不包含仅用于各页册单独所需的语音和图形数据，但是，箱体上一旦放 置了页册，且数据接口链接完成，那么，机器就能使用该页册自载的数据了。
数据自载页中数据载体与机箱箱体内电路的接口可以是有线的，也可以是无线的。图8是采用有线接口、具页册自载功能的一个实例的页册示意图。图9 为该实例中数据自载页示意图。图10为图8所示实例之页册与机箱箱体的接合 示意图。
在上述实例中，数据自载页册(32)的最末一页是数据自载页(26)。它通常 采用PVC等塑材，内部封装有集成电路芯片(28)。该集成电路芯片(28)通过 引线与数据插口 (27)相连接。在合页箱体(29)上，安装有箱体数据插槽(30)。 它通过引线与合页箱体(29)内的电路相连接。当把数据自载页册(32)放入合 页箱体(29)内时，同时将数据插口 (31)插入箱体数据插槽(30)中。打开电 源，就能按本页册的内容播放和显示了。
当数据自载页中数据载体与机箱箱体内电路采用无线接口时，在合页箱体 (29)内安装有电源管理电路和信号收发电路。数据自载页(26)内安装有无源 式集成电路芯片(28)。它内部除了存储芯片外，还有电源管理电路和信号收发 电路。电源管理电路通过谐振原理从机箱箱体内的电源管理电路中吸取电能，以 激活存储芯片及信号收发电路的运行。这样，当把数据自载页册(32)放入合页 箱体(29)内后，数据自载页(26)内的数据就会自动发送至合页箱体内，机器
就能按本页册的内容播放和显示了。
由于每本页册上都有属于自己的独立音像数据，这不仅给用户在选购时节省
了投资，还方便了页册的保管和使用。
图U中详细描述了本发明上述实例的电路和接口框图。中央处理器(MPU)
负责该电路模块的管理和控制。
用于检测页码的红外发射管序列和红外接收器件序列，分别与红外发射管选 通电路和红外接收器件选通电路相连接。 一旦开机，38kHz频率发生电路即启动 工作，不停地产生红外频率(38kHz)的脉冲，该频率脉冲经调制编码后，经电 流放大，去驱动红外发射管。为了准确和快速检测页码，MPU不停地循环控制红 外发射管选通电路，使红外发射管序列中的每一个发射管被依次、循环地驱动， 在任一时刻，只有一个发射管被激活。
红外接收管将接收到的红外光信号转换成电信号。与红外接收管选通电路相 连接的红外接收电路，把从红外接收管采集的脉冲电信号进行放大、选频、检波、 整形和解码，并把信号传送给MPU。与红外发射管选通电路一样，MPU采用与控 制红外发射管选通电路完全相同的节奏和次序，也不停地循环控制红外接收管选
9通电路，使红外接收管序列中的每一个接收管被依次、循环地接入红外接收电路。 同样，在每一时刻，只有一个与处于激活状态的发射管相配对的接收管与红外接 收电路相联接。这样，MPU就可以根据哪一个或哪几个红外接收器件未能收到信 号，而判断第几张纸页已被打开。也就是说，MPU是根据红外发射管序列的当前 状态与从光接收管序列所收到的数据相综合，来进行页码判断的。
随着科技发展，红外接收管在许多应用领域已被红外接收头替代，不仅线路 简单，而且更为可靠。红外接收头是把红外接收管与放大、选频、检波、整形电 路集中于一体的红外接收器件。这样，后续的红外接收电路便大为简化，只要将 红外接收头输出的脉冲信号直接进行解码或计数即可。
使用数据自载页册时，中央处理器(MPU)从数据自载页中的集成电路中取 得语音及其它数据。当采用有线通讯方式时，电路中设计有箱体数据插槽，便于 数据自载页上数据插口的插入。中央处理器(MPU)直接从箱体数据插槽读入数 据。当采用无线通讯方式时，电路中设计有射频通讯模块，其内部安装有电源管 理电路和信号收发电路。射频通讯模块在中央处理器(MPU)的控制下，不仅向 数据自载页上的集成电路芯片提供工作电源，还同时从该集成电路芯片中读取数 据。这一切都通过无线工作模式完成。
利用本发明可以开发出很多产品，比如
儿童智力学习机 一种印有图像文字信息的页册与电脑部件的组合，有语音 电路，翻到哪一页就会自动播放该页的内容，特别适合婴幼儿阅读；
有声赠言册、留言册或声像赠言册、留言册学生毕业都有相互书写赠言的 习惯，若把书写赠言的页册与电脑部件相组合，并加上录放音电路，就不仅能书 写赠言，还能把赠言者的语音录入。使用本发明专利后，翻到哪一页，就能马上 自动找到该页所对应的录入或读出语音的地址。如果加上摄像电路，还能同时存 入或播放赠言者的影像数据；
数码签名册产品自带摄录装置，与赠言册类似，用于现场签名，可以同时 保存签名者的影像。使用本发明专利后，翻到哪一页，就能马上自动找到该页所 对应的摄录或播放地址；
生曰档案产品自带摄录装置， 一些父母为自己的孩子建立生日档案，记录 自出生日至成人期间孩子每年生日的健康数据和其它照片、声像资料。使用本发 明专利后，翻到哪一页，就能马上自动找到该页所对应的摄录或播放地址；电子菜谱电子菜谱是纸页式的，外形与普通菜谱差不多，顾客自行翻页浏 览和选菜，不仅习惯，而且直观方便。在每个菜目的相应位置，均有一个菜单操 作键和一个发光管指示灯。菜谱内的电脑自动判断菜谱翻到了哪一页，并根据菜 单操作键是否被按动，来确认该菜目是否被选中或取消。
结婚记念日档案产品自带摄录装置，用于摄录和夹存婚姻史中每一年结婚 记念日的声像、照片资料。使用本发明专利后，翻到哪一页，就能马上自动找到 该页所对应的摄录或播放地址；
除上述产品外，本发明还可用于电子点名册、自动电话号码本、物资自动登 记册等众多方面。它们的外形除了图一所示类似于书本的电子页册外，还可以做 成类似于挂历、台历等各种形状。
权利要求
1. 一种采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征是页册安装在一箱体上，箱体内安装有红外发射管序列与红外接收器件序列，以及电脑电路；页册中各纸页位于页码检测区内的部分，与各红外发射管序列及红外接收器件序列之排布次序相对应，具有不同形状的缺口排列，致使各红外接收器件采集到的数据不同，从而完成电脑对页码及页册的检测。
2. 根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于同一本页册上的各页中位于页册辨识区内的部分，其整体性缺口及非缺口之 排布次序与页册辨识区内的红外发射管序列及红外接收器件序列相对应，且不同 的页册在页册辨识区内具有不同的整体性缺口及非缺口之排布次序。
3. 根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于在页码和页册辨识区内的红外发射管序列及红外接收器件序列间，安装有栅 条。
4. 根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于栅条由中隔板和栅盖板组合而成。
5. 根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于在栅盖板上安装有栅缝。
6. 根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于在栅条与纸页之间安装有架空垫片。
7.根据权利要求1所述的采用红外技术辨识页码及页册的装置，其特征在 于当采用有线工作方式时，箱体上安装有箱体数据插槽，数据自载页册上安装 有数据插口和与之相连接的集成电路芯片；当采用无线工作方式时，箱体内安装 有射频通讯模块，数据自载页上安装有无源式集成电路芯片。
全文摘要
一种采用红外技术辨识页码及页册的装置，是将页册安装在一箱体上，箱体内安装有红外发射管与红外接收器件序列，以及电脑电路。页册中各纸页位于页码检测区内的部分，与各红外发射管与红外接收器件序列之排布次序相对应，具有不同形状的缺口排列。页册中各纸页的某一区域(包括缺口)，都位于红外发射管与红外接收器件序列的有效探测区域内，且不同纸页或页册本身在该区域的缺口形状不同，致使各红外接收器件采集到的数据不同，电脑由此实施对页码的检测。利用这一技术，同样可实现对页册编号的机器辨识。本发明可用于各类儿童智力学习机、各类有声赠言册或声像赠言册、生日档案、餐厅菜谱、电子点名册、自动电话号码本、物资自动登记册等众多方面。
文档编号G06K7/08GK101441277SQ200710188038
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者朱德全 申请人:朱德全