CN100585548C

CN100585548C - 一种显像屏光标遥控指示器

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Publication number: CN100585548C
Application number: CN200810065611A
Authority: CN
Inventors: 杜炎淦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: CN101226448A

Abstract

本发明涉及一种显像屏光标定位方法及装置，包括如下步骤：从不在同一直线上的三点A、B、C上发出声信号，在轴向分布地固定的两点E、F上接收声信号；或从不在同一直线上的三点A、B、C上接收声信号，在轴向分布地固定的两点E、F上发出声信号；根据A、B、C上或E、F上接收到的声信号延迟时间，算出E、F与A、B、C三点的直线距离AE、BE、CE、AF、BF、CF，由AE、BE、CE、AF、BF、CF算出E、F点的空间坐标；由E、F点的空间坐标算出E、F所在轴与显像屏相交的光标坐标。本发明方法及装置能用最直观和最方便的方式实现显像屏的光标定位，能够实现远距离甚至无线的光标定位，且遥控光标定位的设备具有较小的体积和较低的成本。

Description

一种显像屏光标遥控指示器

技术领域

本发明涉及一种显像屏光标定位的方法和设备，更具体地说，本发明涉及一种遥控的显像屏光标定位的方法和设备。

背景技术

现有技术中，显像屏的光标定位原理主要有以下四种：其一是利用鼠标的功能实现，但该方式不直观且鼠标体积较大，不利于携带；其二是利用触摸屏，但该方式容易弄脏显像屏，对于大屏幕手的劳动强度较大，并且成本较高；其三是利用触摸板实现，但不直观和操作不便；其四是利用轨迹球，同样有不直观和操作不便的原因。传统的显像屏的光标定位都是采用在特定硬件上将二维运动直接转换为光电信号的座标定位方法，因为必须依赖该二维光电信号的特定硬件，因此造成对二维硬件依赖的上述问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明的目的是要提供一种显像屏光标定位方法及其光标遥控指示器，其具有如下优点：能用最直观和最方便的方式实现显像屏的光标定位，因此能够实现远距离甚至无线的光标定位，且遥控光标定位的设备具有较小的体积和较低的成本。

为此，本发明的技术解决方案之一是一种显像屏光标定位方法，包括利用三维座标系定位所述显像屏及其周围空间，该定位方法还包括如下步骤：

S1)从不在同一直线上的三点A、B、C上发出声信号，相应地，在轴向分布地固定的两点E、F上接收声信号；或者，从不在同一直线上的三点A、B、C上接收声信号，相应地，在轴向分布地固定的两点E、F上发出声信号；

S2)根据A、B、C上或E、F上接收到的声信号延迟时间，算出E、F与A、B、C三点的直线距离AE、BE、CE、AF、BF、CF；

S3)利用几何定律，由AE、BE、CE、AF、BF、CF算出E、F点的空间座标；

S4)利用几何定律，再由E、F点的空间座标算出E、F所在轴与所述显像屏是否相交，如果相交，则取该相交点的座标为光标座标。

超越传统光标定位采用二维运动转换为光电信号进行座标定位的方法，本发明的方法采用A、B、C三点与E、F二点间的空间座标关系来计算E、F轴是否与显像屏相交、以及算得E、F轴与显像屏的相交点座标，这样一来，理论上E、F轴就可以在立体空间中任意位置上指向显像屏，实现更高维自由度上对光标进行座标定位，因此，本发明的方法就能用最直观和最方便的方式实现显像屏的光标定位，因此也能够容易地实现远距离甚至无线的光标定位；且由于该定位方法计算步骤和原理都非常简单，所以本发明的遥控光标定位方法允许其相应设备在较小的体积和较低的成本下，实现光标定位。

本发明方法还包括如下具体改进：

为获得较好定位计算效果，所述A、B、C三点设在所述显像屏附近的前面或后面。所述E、F两点是轴向分布地设在一个棒状物的两端。

所述步骤S1)中，所述声信号是时间上顺序地发出，或者，所述声信号是以不同频率同时发出。

所述声信号是超声波信号。

所述步骤S1、S2、S3、S4是由安装在所述棒状物和/或三点所在外设中的嵌入式计算机芯片电路进行控制、处理和实施的。

相应地，本发明的另一相关技术解决方案是一种用于如上所述显像屏光标定位方法的显像屏光标遥控指示器，其包括向带有显像屏的计算机发送定位信号的接口装置，而所述光标遥控指示器包括三个声讯发射器或三个声讯接收器，该三个声讯发射器或三个声讯接收器安装在所述显像屏附近不在同一直线的三点A、B、C上，相应地，所述光标遥控指示器还包括两个轴向分布地安装在棒状物两头E、F的两个声讯接收器或两个声讯发射器；

所述接口装置包括对声信号进行控制/运算的控制电路、数据接口电路、接口耦合电路，该控制电路的数据输入端与所述声讯接收器的输出电路相耦连，该控制电路的数据输出端与所述声讯发射器的输入电路相耦连，该控制电路的输出端还连接着所述数据接口电路的输入端；该数据接口电路的数据输出端与所述接口耦合电路相连接。

本发明的装置采用A、B、C三点的声讯号收发器与E、F二点间的声讯号收发器相互收发，然后利用声讯号相互收发的时间差精确地算出E、F二点的空间座标，再利用E、F二点空间座标关系来计算E、F轴是否与显像屏相交、算得E、F轴与显像屏的相交点，这样一来，就可非常简单地实现E、F轴在立体空间任意位置上指向显像屏、并对显像屏上的光标进行定位，因此，本发明的装置就能用最直观和最方便的方式实现显像屏的光标定位，因此也能够容易地实现远距离甚至无线的光标定位；由于该定位方法计算步骤和原理都非常简单，所以本发明的遥控光标定位设备可以在较小的体积和较低的成本下实现光标定位。

本发明装置还包括如下具体改进：

为了简化设备的安装，所述A、B、C三点都设在所述计算机上、或设在所述计算机的周边。

为了操作方便，所述棒状物两头E、F点上的声讯接收器或声讯发射器与所述控制电路(含U3)的数据输出端和/或输入端之间为有线连接或无线耦连。

为了实现各种控制连接，所述接口耦合电路为有线的并口或串口耦合电路，或者红外接口、蓝牙接口、无线发射接收其中之一。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明方法实施例的空间座标定位示意图。

图2为本发明方法中E、F轴在显像屏上交点的座标定位示意图。

图3为本发明装置实施例的原理示意框图。

图4为图3实施例的超声发射器的电路示意图。

图5为图3实施例的超声接收器的电路示意图。

图6为图3实施例的控制电路的示意图。

图7为图3实施例的数据接口电路的示意图。

图8为图3实施例的接口耦合电路的示意图。

具体实施方式

方法实施例：

如图1，所示为本发明方法实施例的空间座标定位示意图。本发明方法包括利用三维座标系定位显像屏及其周围空间，其中：设在所述显像屏附近的前面或后面的A、B、C三点为超声波发射器，它们的空间座标可通过机械固定的方式或软件较正的方式确定作为已知；轴向分布地设在一个棒状物的两端的E点和F点为超声波接收器。该定位方法还包括如下步骤：

开始工作时，A、B、C三点顺序发射超声波，E点和F点接收，通过发射后到接收到时的时间差和超声波在空气中的传输速度，可计算出AE、BE、CE、AF、BF、CF的长度，从而可以计算出棒状物的E点和F点在空间的座标，根据E点和F点的空间座标，则可计算出它是否指向显示屏、或指向在显示屏的M点的座标，从而实现遥控指示器的光标功能。

具体计算过程如下：

已知：A座标(x_a，y_a，z_a)；B座标(x_b，y_b，z_b)；C座标(x_c，y_c，z_c)；

设AE＝a；BE＝b；CE＝c；AF＝d；BF＝e；CF＝f；显像屏幕所在平面方程式为Z＝0；

按如下几何公式求：E点座标(x_e，y_e，z_e)、F点座标(x_f，y_f，z_f)如下：

E点座标方程

(x_e-x_a)²+(y_e-y_a)²+(z_e-z_a)²＝a²；

(x_e-x_b)²+(y_e-y^b)²+(z_e-z_b)²＝b²；

(x_e-x_c)²+(y_e-y_c)²+(z_e-z_c)²＝c²；

以上三元二次方程，未知数为x_e，y_e，z_e；

F点座标方程

(x_f-x_a)²+(y_f-y_a)²+(z_f-z_a)²＝d²；

(x_f-x_b)²+(y_f-y_b)²+(z_f-z_b)²＝e²；

(x_f-x_c)²+(y_f-y_c)²+(z_f-z_c)²＝f₂；

如图2，所示为本发明方法中E、F轴在显像屏上交点M的座标定位示意图。其中：

mb线段为mf线段在XY平面上的投影，

a点为e点在XY平面上的投影，b点为f点在XY平面上的投影。其中，

Xe＝Xa＝Xk，Ye＝Ya＝Yg，Xf＝Xb＝Xp，Yf＝Yb＝Yh，

mk＝Xk-Xm＝Xe-Xm；kp＝Xp-Xk＝Xf-Xe；mg＝Yg-Ym＝Ye-Ym；

gh＝Yh-Yg＝Yf-Ye；mg/gh＝ma/ab＝mk/kp；

根据图2，则可推导EF所在直线和屏幕所在平面交点m在XY平面上的座标(x_m，y_m，z_m)方程如下：

\frac{x_{m} - x_{e}}{x_{f} - x_{e}} = \frac{y_{m} - y_{e}}{y_{f} - y_{e}};

同理可推出m点的如下方程：

\frac{y_{m} - y_{e}}{y_{f} - y_{e}} = \frac{z_{m} - z_{e}}{z_{f} - z_{e}};

换算得到以下2个方程：

\frac{x_{m} - x_{e}}{x_{f} - x_{e}} = \frac{y_{m} - y_{e}}{y_{f} - y_{e}} = \frac{z_{m} - z_{e}}{z_{f} - z_{e}};

Z_m＝0；

将E，F点座标带入上式，可确定E，F二点在显像屏上交点m座标如下：

x_{m} = \frac{- z_{e}}{z_{f} - z_{e}} \times (x_{f} - x_{e}) + x_{e};

y_{m} = \frac{- z_{e}}{z_{f} - z_{e}} \times (y_{f} - y_{e}) {+ y}_{e};

z_m＝0。

光标遥控指示器实施例：

如图3，所示为本发明装置实施例的原理示意框图。本发明的光标遥控指示器实施例，其包括向带有显像屏的计算机发送定位信号的接口装置，而所述光标遥控指示器包括不在同一直线的三点A、B、C上的三个声讯发射器，该三个声讯发射器安装在所述显像屏及计算机附近的一套外部设备上，相应地，所述光标遥控指示器还包括两个轴向分布地安装在棒状物两头E、F的两个声讯接收器；所述棒状物两头E、F点上的声讯接收器与所述控制电路(含U3)的数据端口之间为有线连接。

所述接口装置包括对声信号进行控制/运算的控制电路(包括U3)、数据接口电路(包括U2)、接口耦合电路(包括J1)，该控制电路(含U3)的数据输入端与所述声讯接收器的输出电路相耦连，该控制电路(含U3)的数据输出端与所述声讯发射器的输入电路相耦连，该控制电路(含U3)的输出端还连接着所述数据接口电路(含U2)的输入端；该数据接口电路(含U2)的数据输出端与所述接口耦合电路(含J1)相连接。接口耦合电路为有线的USB串口耦合电路。

如图4，所示为图3实施例的三个超声发射器的电路示意图。超声发射器VC1、VC3、VC5接受到U3的发射指令后，依次发射一串400KHz的超声波信号脉冲群。

如图5、6，所示分别为图3实施例的超声接收器电路和控制电路的示意图。超声接收器VC2，VC4接受超声波信号，信号中断后输出电信号到U3运算处理，并将处理结果信息传递给含U2的数据接口电路。

如图7、8，所示分别为图3实施例的数据接口电路和接口耦合电路的示意图。数据接口电路U2接受U3的运算数据后，通过USB接口耦合电路J1向电脑PC传输出相应的座标信息。

光标遥控指示器具体处理过程实施例：

如图4-7所示，光标遥控指示器的具体电路和处理过程如下：

一、超声信号的发射、接受：

整个电路在睡眠状态时，单片机U2(HT82M9A)的第10脚输出为0(低电平)，USB通讯芯片U3(AT89C2051)第9脚被拉低，U3处于睡眠状态；当U2被唤醒后，U2的第10脚输出为1(高电平)，U3的第9脚被拉高，整个电路开始工作；

首先U3的内部计数器复零，准备开始计数；接下来U3的第2脚控制Q1，使VC1输出一串400KHz的10个脉冲群的超声信号；U3的内部计数器开始计数；这里有个等待时间即：超声波发射与接收之间的距离(m)除以超声的速度(m/s)之间的时间。VC2在棒状物的前面，在超声波到达VC2使之接收到超声波信号，VC2将接收到的超声波信号传递给U1A(LM4558运算放大器)部分，由U1A放大后经D1、D2(1N4148)取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第6脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(a)；U3的内部计数器还在继续计数，当超声波信号到达VC4使之接收到超声波信号，VC4将接收到的超声波信号传递给U1B(LM4558运算放大器)部分，由U1B放大后经D3、D4取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第7脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(d)。

延时2ms后，U3的内部计数器再复零，准备开始计数；接下来U3的第3脚控制Q2，使VC3输出一串400KHz的10个脉冲群的超声信号；U3的内部计数器开始计数；这里有个等待时间(同上)，VC2在棒状物的前面，在超声波到达VC2使之接收到超声波信号，VC2将接收到的超声波信号传递给U1A(LM4558运算放大器)部分，由U1A放大后经D1、D2(1N4148)取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第6脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(b)；U3的内部计数器还在继续计数，当超声波信号到达VC4后使之接收到超声波信号，VC4将接收到的超声波信号传递给U1B(LM4558运算放大器)部分，由U1B放大后经D3、D4取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第7脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(e)。

再延时2ms后，U3的内部计数器再复零，准备开始计数；接下来U3的第8脚控制Q3，使VC5输出一串400KHz的10个脉冲群的超声信号；U3的内部计数器开始计数；这里有个等待时间(同上)，VC2在棒状物的前面，在超声波到达VC2后使之接收到超声波信号，VC2将接收到的超声波信号传递给U1A(LM4558运算放大器)部分，由U1A放大后经D1、D2(1N4148)取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第6脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(c)；U3的内部计数器还在继续计数，当超声波信号到达VC4后使之接收到超声波信号，VC4将接收到的超声波信号传递给U1B(LM4558运算放大器)部分，由U1B放大后经D3、D4取样后，给出一个高电平脉冲，使U3的第7脚检测到高电平脉冲后，U3产生中断，这时读取U3内部计数器的值，并将这值保存为(f)。

这样一个发射、接收周期完成后，进行座标计算：

二、座标计算、传输：

如图1、2所示，U3对a、b、c、d、e、f根据方法部分中的计算公式进行计算，对所计算出来的M点平面座标X、Y传递给U2。

在U3处理完平面座标X、Y后，U3的第11脚输为0(在平常状态时U3的第11脚为1)，U3的P1输出低8位的X座标值，U2接收；延时10us后，U3的第11脚输出为1，再延时10us，U3的第11脚输出为0，U3的P1口输出高8位的X座标值，U2接收；延时10us后，U3的第11脚输出为1，再延时10us，U3的第11脚输出为0，U3的P1口输出低8位的Y座标值，U2接收；延时10us后，U3的第11脚输出为1，再延时10us，U3的第11脚输出为0，U3的P1口输出高8位的Y座标值，U2接收。

三、USB数据输出：

如图8所示，在U2的X、Y座标数据接收完毕后，U2对数据进行处理，转换为PC所需要的数据，U2再将处理的数据通过USB接口耦合电路JI传递给PC，这样完成了一个光标的X、Y座标数据的形成、传输过程。

接下来再开始一个新的光标X、Y座标数据的形成、传输周期。

对本领域的普通技术人员来说，因本发明的方法和遥控指示器中的IC和各部分电路均分别可采用多种替代方案，因此本发明遥控指示器的保护范围并不受本说明书介绍的实施例的限制。

Claims

1、一种显像屏光标遥控指示器，其包括向带有显像屏的计算机发送定位信号的接口装置，其特征在于：所述光标遥控指示器包括三个声讯发射器或三个声讯接收器，该三个声讯发射器或三个声讯接收器安装在所述显像屏附近不在同一直线的三点A、B、C上，相应地，所述光标遥控指示器还包括两个轴向分布地安装在棒状物两头E、F的两个声讯接收器或两个声讯发射器；

2、如权利要求1所述的显像屏光标遥控指示器，其特征在于：所述A、B、C三点都设在所述计算机上、或设在所述计算机的周边。

3、如权利要求1所述的显像屏光标遥控指示器，其特征在于：所述棒状物两头E、F点上的声讯接收器或声讯发射器与所述控制电路的数据输出端和/或输入端之间为有线连接或无线耦连。

4、如权利要求1所述显像屏光标遥控指示器，其特征在于：所述接口耦合电路为有线的并口或串口耦合电路，或者红外接口、蓝牙接口、无线发射接收其中之一。