CN105929982B - 一种应用于互交式电子白板的空中鼠标 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多媒体教学设备中应用于互交式电子白板的空中鼠标，壳体内设有激光头、功率控制模块、光电旋转编码器、无线信号发送模块和电源，电源经电源开关分别连接激光头、光电旋转编码器和无线信号发送模块，功率控制模块输出端分别连接激光头和无线信号发送模块，光电旋转编码器的输出端连接无线信号发送模块；滑轮有部分位于壳体内、另位部分伸出到壳体外部，旋转滑轮，功率控制模块的电阻值变大或变小，激光头有弱光和强光两种工作状态，滑轮的运动状态由光电旋转编码器检测及编码，检测及编码后的信号由无线信号发送模块以无线信号形式发送，仅有一个滑轮作为功能键，操作灵活，可以在远距离无接触的情况下完成书写绘图等功能。

Description

一种应用于互交式电子白板的空中鼠标

技术领域

本发明涉及多媒体教学设备中的电子白板（投影仪系统），具体是用于互交式电子白板的空中鼠标。

背景技术

教学设备从粉笔与黑板的组合逐渐转变为激光笔与电子白板（投影系统）的组合，激光笔与电子白板已得到广泛使用，但是在多媒体教学过程中，激光笔与电子白板并不能灵活使用，主要表现为功能匮乏，不能充分实现人机互交，不能完全实现实时操作。

现在对白板系统的改进有两个方向，第一个方向是改进白板，一般称为触控白板，第二个方向是改进激光笔，一般称为空中鼠标。

现在常用的触控白板有压力感应式、电磁感应式。这些触控白板完全继承了传统粉笔与黑板组合的优点，定位准确，响应度好，有压感，符合手写习惯，并较好的实现了人机交互。但存在一定缺点：例如造价高；不能与现有的电子白板兼容；感应器损坏不易换；只能近距离操作，造成屏幕遮挡；并且触控白板无法完全实现鼠标的功能，这样就不能完全与现有的电脑操作系统兼容。

现在常用的空中鼠标有光学影像感应式、体感感应式。其中，体感感应式空中鼠标大多采用陀螺仪，陀螺仪的缺陷是难以准确定位，而且操作不直观，不适用于互交式白板中。

中国专利号公开号为CN102419646A提出了一种具有空中鼠标功能的无线激光笔，属于光学影像感应式空中鼠标，其表述为激光笔的激光头出射的激光起到指示的作用；激光笔上安装的摄像器件采集图像信号，然后计算出坐标偏移量，起到控制鼠标的作用。解决了操作距离的问题，并实现了鼠标的功能。但其相当于在激光笔上加了一个无线鼠标，是激光笔与无线鼠标的简单捆绑，出射的激光的光点与摄像器件采集标偏移量是相互孤立的，并不是激光笔指哪里光标就在哪里，这会造成定位不便；将摄像器件与激光笔安装在一起，会使得笔的体积过大，使用不便，不能满足中远距离操作的要求，并且在使用过程中激光笔会由于身体遮挡而无法被摄像机检测到，不能完全实现鼠标的功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有激光笔与无线鼠标技术存在的问题，提出一种定位准确、操作直观方便、可以在远距离无接触的情况下应用于互交式电子白板的空中鼠标。

本发明一种应用于互交式电子白板的空中鼠标采用的技术方案是：本发明的外部是壳体，壳体内设有激光头、功率控制模块、光电旋转编码器、无线信号发送模块和电源，电源经电源开关分别连接激光头、光电旋转编码器和无线信号发送模块，功率控制模块输出端分别连接激光头和无线信号发送模块，光电旋转编码器的输出端连接无线信号发送模块；滑轮有部分位于壳体内、另位部分伸出到壳体外部，旋转滑轮，功率控制模块的电阻值变大或变小，激光头有弱光和强光两种工作状态，滑轮的运动状态由光电旋转编码器检测及编码，检测及编码后的信号由无线信号发送模块以无线信号形式发送。

功率控制模块包括轻触开关，轻触开关与电阻R1一端串接后与电阻R2一端并接，轻触开关与电阻R2并接后连接激光头，电阻R1和电阻R2另一端连接电源开关，滑轮控制轻触开关的闭合和断开。

光电旋转编码器3包括光电二极管、光敏电阻、D触发器、同或门电路和异或门电路，光电二极管通过电阻连接电源开关，光敏电阻有两路输入，均通过电阻R3连接电源开关，光敏电阻有两路输出，其中第一路输出通过分别连接第一D触发器的输入端、第一同或门电路的一个输入端以及第一异或门电路的一个输入端，第二路输出分别连接第二D触发器的输入端、第二同或门电路的一个输入端以及第二异或门电路的一个输入端，第一D触发器的输出端分别连接第一异或门电路的另一个输入端以及第二同或门电路的另一个输入端，第二D触发器的输出端分别连接第二异或门电路的另一个输入端以及第一同或门电路的另一个输入端，第一同或门电路的输出端连接第一与门电路的一个输入端，第一异或门电路的输出端分别连接第一与门电路的另一个输入端以及第一D触发器的控制输入端，第二同或门电路的输出端连接第二与门电路的一个输入端，第二异或门电路的输出端分别连接第二与门电路的另一个输入端以及第二D触发器的控制输入端，第二与门电路的输出端是光电旋转编码器的输出端，分别连接无线信号发送模块。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、本发明采用光学影像感应的基本原理，设计了笔状的空中鼠标，符合手写习惯，仅有一个滑轮作为功能键，操作灵活，可以在远距离无接触的情况下完成书写绘图等功能。

2、本发明在使用时，摄像器件与鼠标本体是分离的，摄像器件位置固定，用于检测整个屏幕，坐标由电脑通过摄像器件检测，可以将激光在屏幕上的光点与电脑光标的位置相统一，使本发明空中鼠标指到哪里电脑光标就在哪里，操作更加直观；并且摄像器件与鼠标本体分离可以减小本发明空中鼠标的体积，易于携带，便于使用。

3、本发明采用光电旋转编码的方式，其与普通机械旋转编码器相比占用空间更小，可以进一步减少空中鼠标的体积。

4、本发明结合相应的软件可以实现鼠标的所有功能，并能在软件支持下实现鼠标不易实现的功能，例如在电子白板上书写、绘图等。

5、本发明只需添加一个无线信号接收器和一个摄像机，就可以对现有的电子白板进行改造，降低了成本。

附图说明

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一种应用于互交式电子白板的空中鼠标的构造框图；

图2是图1中各部件的电路连接图；

图3是图1中滑轮7的俯视结构放大图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图1中滑轮7及关联部件的连接结构放大示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是图5中第一支架17的左视图；

图8是图2中光敏电阻10的机械结构示意图；

图9是图1所示的本发明空中鼠标使用时的外部连接示意图。

图中的附图标号和名称：1.激光头；2.功率控制模块；3.光电旋转编码器；4.无线信号发送模块；5.电源开关；6.电源；7.滑轮；8.与门电路；9.轻触开关；10.发光二极管；11.光敏电阻；12.D触发器；13.同或门电路；14.异或门电路；15.编码芯片；16.射频电路；17.第一支架；18.第二支架；19.辐条；20.外轮；21轴承；24.限位孔；25.空位槽；26.引脚；29.感光部件；30.引脚。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种应用于互交式电子白板的空中鼠标外部是圆筒状的壳体，壳体的前端是锥形，整个壳体外形似笔状。在壳体内装有激光头1、功率控制模块2、光电旋转编码器3、无线信号发送模块4和电源6。激光头1设在壳体的前端，位于锥形内部，功率控制模块2的输出分别连接激光头1和无线信号发送模块4。激光头1具有弱光和强光两种稳定的工作状态，由功率控制模块2控制其工作状态。

电源6连接电源开关5，电源开关5伸出壳体外。激光头1、光电旋转编码器3和无线信号发送模块4分别经电源开关5连接电源6，使电源6在电源开关5的控制下向激光头1、 光电旋转编码器3、无线信号发送模块4供电。电源6使用纽扣电池，电源开关5为普通双态按键开关，下按一次时开和关的状态转换一次。

滑轮7有部分位于壳体内、另位部分伸出到壳体外部，滑轮7分别控制功率控制模块2和光电旋转编码器3，光电旋转编码器3的输出端连接无线信号发送模块4。旋转滑轮7，使功率控制模块2的电阻值变大或变小，从而使激光头1 有弱光和强光两种工作状态。滑轮7的运动状态由光电旋转编码器3检测及编码，检测及编码之后的信号由无线信号发送模块4以无线信号的形式发送。

如图2所示，功率控制模块2包括轻触开关9、电阻R1和电阻R2。轻触开关9与电阻R1一端串接后与电阻R2一端并接，轻触开关9与电阻R2并接后连接激光头1。电阻R1和电阻R2另一端连接电源开关5。轻触开关9的开合由滑轮7控制，滑轮7控制轻触开关9闭合时，功率控制模块2的总电阻减小，反之，轻触开关9断开，功率控制模块2的总电阻变大，从而实现控制激光头1的功率，使激光头1具有弱光和强光。

光电旋转编码器3包括光电二极管10、光敏电阻11、D触发器12（边沿触发器）、同或门电路13、异或门电路14。本发明共有两个D触发器12、两个同或门电路13、两个异或门电路14。光电二极管10和光敏电阻11构成光电传感器，光电传感器用于检测滑轮7的运动状态。光电二极管10通过电阻R4连接电源开关5。光敏电阻11有两路输入和两路输出，光敏电阻11的两路输入通过电阻R3连接电源开关5，光敏电阻11的两路输出，其中第一路输出通过并接的方式分别连接第一D触发器12的输入端ID端、第一同或门电路13的一个输入端以及第一异或门电路14的一个输入端，其中第二路输出通过并接的方式分别连接第二D触发器12的输入端ID端、第二同或门电路13的一个输入端以及第二异或门电路14的一个输入端。第一D触发器12的输出端Q并接后分别连接第一异或门电路14的另一个输入端以及第二同或门电路13的另一个输入端，第二D触发器12的输出端Q并接后分别连接第二异或门电路14的另一个输入端以及第一同或门电路13的另一个输入端。第一同或门电路13的输出端连接第一与门电路8的一个输入端，第一异或门电路14的输出端分别连接第一与门电路8的另一个输入端以及第一D触发器12的控制输入端C1。第二同或门电路13的输出端连接第二与门电路8的一个输入端，第二异或门电路14的输出端分别连接第二与门电路8的另一个输入端以及第二D触发器12的控制输入端C1。第二与门电路8的输出端也是光电旋转编码器3的输出端，分别连接无线信号发送模块4。

光电旋转编码器3工作时，光电二极管10发出的光经过滑轮7的调制，由光敏电阻11检测，产生两组信号，理想情况下这两组信号都为矩形脉冲信号，这两组信号分别传输到第一、第二这两个D触发器12的ID端、两个同或门电路13的输入端及两个异或门电路14的输入端，此时，两个D沿触发器12的信号控制端C1输入不为上升沿，两个D沿触发器12的输入端ID端为高阻态，信号传输受阻。同时，同或门电路13对其中一个D触发器12的输入端ID和另一个D触发器12的输出端Q的信号进行比较，并输出相位比较结果到与门电路8。同时异或门电路14对同一个D触发器12的输入端ID和输出端Q之间的信号进行比较，并产生相应脉冲控制信号，传输到同一个D触发器12的信号控制端C1和与门电路8。然后，异或门电路14产生的脉冲控制信号和同或门电路13产生的相位比较信号经过与门电路8形成一个有效信号，该有效信号传输到无线信号发送模块4。同时，异或门电路14产生的脉冲控制信号控制D触发器12读入输入端ID的输入信号并保存，准备下一次的相位比较。

在理想状态下，两个与门电路8的输出端输出并行信号，并行信号是：10、01和00，分别表示光敏电阻11产生的信号一组比另一组滞后、超前和同相。对应于滑轮7，表示滑轮7向上转、向下转和不转动。滑轮7的转速则和与门电路8输出信号的频率有关。

无线信号发送模块4包括编码芯片15和射频电路16， 编码芯片15的输出端连接射频电路16。射频电路16采用f05r射频电路，编码芯片15采用 EV1527编码芯片，编码芯片15的OSC1引脚通过电阻R9连接电源开关5，Vcc引脚通过电阻R10连接电源开关5。编码芯片15的震荡频率根据电阻R9和电阻R10的匹配情况来确定, 其振荡频率要大于光电旋转编码器3的信号控制端C1信号的最大频率的2倍以上。编码芯片15的四个输入端K1、K2、K3、K4为信号输入端，功率控制模块2的输出端通过电阻R6连接编码芯片15的一个输入端K2。光电旋转编码器3的两个输出端即两个与门电路8的输出端分别通过电阻R7、电阻R8连接编码芯片15的不同端，即编码芯片15的K3、K4端，编码芯片15的K1端接地或悬空，作为较验信号。编码芯片15的四个输入端K1、K2、K3、K4可能接收到的并行信号的形式及其含义如下表：

，

在理想状态下不会出现的信号为无效信号，例如1111或0111等。编码芯片15的四个输入端K1、K2、K3、K4输入的并行信号通过编码芯片15的的处理，由编码芯片15的TXD端口以串行信号输出，并传输到射频电路16，最后以无线信号的形式发射出去。

如图3和图4所示，滑轮7由外轮20、辐条19和轴承21组成，在外轮20的中心处安装轴承21，外轮20从壳体内部有部分伸出到壳体外部，方便手动转动外轮20，使外轮20沿轴承19转动。有8个辐条19按圆周方向均布于滑轮7的轮盘面上，滑轮7的轮盘面被8个辐条19分为8个透光扇区和8个不透光扇区，如图3交替排列，透光区与不透光区起到对光电二极管10发出的光线的调制作用。

如图5和图6所示，滑轮7通过中心处的轴承21连接第一支架17和第二支架18，第一支架17和第二支架18分别位于滑轮7的两侧，滑轮7通过第一支架17和第二支架18与壳体活动连接，由第一支架17和第二支架18支撑，当下按滑轮7时，滑轮7带动第一支架17和第二支架18同时向下运动。在第一支架17向下运动的方向上，安装轻触开关9，下按滑轮7时，滑轮7带动第一支架17向下运动接触轻触开关9，闭合轻触开关9。

光电旋转编码器3中的发光二极管10和光敏电阻11分别安装在滑轮7的两侧，相对于滑轮7面对面地布置。并且发光二极管10、光敏电阻11与第一支架17、第二支架18不发生干涉。光敏电阻11的感光部件和辐条19的参数设计，要满足光电旋转编码器设计的一般要求，要通过光敏电阻11检测滑轮7的运动状态。

如图7所示，第一支架17的底部两端是引脚26，第一支架17的中间开有用于安装轻触开关9的空位槽25，空位槽25的上方连通限位孔24，限位孔24用于安装滑轮7中间的轴承21，为轴承21提供支撑和限位，轴承21空套在限位孔24处。安装轻触开关9时，使轻触开关9顶部的行程键略微伸入限位孔24中，当下按滑轮7时，带动第一支架17向下移动，轴承21和行程键27相接触，从而通过滑轮7控制轻触开关9。

如图8所示，光敏电阻10包括两个感光部件29和四个引脚30，两个感光部件29用于产生两组信号，相对于引脚30，将感光部件29设计为凸台状，凸于引脚30外，使感光部件29尽量靠近滑轮7，可以提高光敏电阻10检测信号的可靠性。

如图9所示：本发明使用时，需要与电脑、显示屏、摄像机、投影仪共同配合工作，本发明激光头1照射在显示屏上，显示屏上的图像被摄像机获取，然后传输到电脑检测出激光头1发出的光点的坐标，电脑结合发送的无线信号，最终控制电脑光标，并通过投影仪显示在屏幕上。本发明工作时，首先下按电源开关5接通电源6，此时各部件处于预工作状态，其中激光头1在功率控制模块2的控制下工作在低功率，这时激光头1发出弱光，使用者在显示屏上指示出内容的位置。这时如果下按或旋转滑轮7，下按滑轮7对应于一般鼠标实现的是单击或双击鼠标左键的功能，轻触开关9闭合，控制功率控制模块2和无线信号发送模块4，这时激光头1会在功率控制模块2的控制下工作在高功率，激光头1发出强光；同时无线信号发送模块4会向电脑发送无线信号，电脑收到信号后通过外置的摄像机获取激光头1照射到显示屏上激光光点的坐标，电脑收到无线信号的内容和采集到的激光光点的坐标，控制鼠标光标并实现相应的功能。如果滑动滑轮7，对应于一般鼠标实现的是滑动鼠标中间滚轮的功能，其工作原理与下按滑轮7相似，不同的是滑动滑轮7不会控制功率控制模块2，并且无线信号发送模块4发送的信号内容不同，但最终都要通过电脑结合收到的无线信号的内容和采集到的激光光点的坐标用于控制电脑的鼠标光标，并实现相应的功能。如若下按并滑动滑轮7，对应于一般鼠标实现的是鼠标左击的功能，其功能是下按滑轮7与滑动滑轮7两种功能的结合，不同的是无线信号发送模块4发送的信号内容不同。

Claims (6)

1.一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，外部是壳体，壳体内设有激光头（1）、功率控制模块（2）、光电旋转编码器（3）、无线信号发送模块（4）和电源（6），电源（6）经电源开关（5）分别连接激光头（1）、光电旋转编码器（3）和无线信号发送模块（4），功率控制模块（2）输出端分别连接激光头（1）和无线信号发送模块（4），光电旋转编码器（3）的输出端连接无线信号发送模块（4）；滑轮（7）有部分位于壳体内、另位部分伸出到壳体外部，旋转滑轮（7），功率控制模块（2）的电阻值变大或变小，激光头（1） 有弱光和强光两种工作状态，滑轮（7）的运动状态由光电旋转编码器（3）检测及编码，检测及编码后的信号由无线信号发送模块（4）以无线信号形式发送，其特征是：功率控制模块（2）包括轻触开关（9），轻触开关（9）与电阻R1一端串接后与电阻R2一端并接，轻触开关（9）与电阻R2并接后连接激光头（1），电阻R1和电阻R2另一端连接电源开关（5），滑轮（7）控制轻触开关（9）的闭合和断开。

2.根据权利要求1所述一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，其特征是：光电旋转编码器（3）包括光电二极管（10）、光敏电阻（11）、D触发器（12）、同或门电路（13）和异或门电路（14），光电二极管（10）通过电阻R4连接电源开关（5），光敏电阻（11）有两路输入，均通过电阻R3连接电源开关（5），光敏电阻（11）有两路输出，其中第一路输出通过分别连接第一D触发器（12）的输入端、第一同或门电路（13）的一个输入端以及第一异或门电路（14）的一个输入端，第二路输出分别连接第二D触发器（12）的输入端、第二同或门电路（13）的一个输入端以及第二异或门电路（14）的一个输入端，第一D触发器（12）的输出端分别连接第一异或门电路（14）的另一个输入端以及第二同或门电路（13）的另一个输入端，第二D触发器（12）的输出端分别连接第二异或门电路（14）的另一个输入端以及第一同或门电路（13）的另一个输入端，第一同或门电路（13）的输出端连接第一与门电路（8）的一个输入端，第一异或门电路（14）的输出端分别连接第一与门电路（8）的另一个输入端以及第一D触发器（12）的控制输入端，第二同或门电路（13）的输出端连接第二与门电路（8）的一个输入端，第二异或门电路（14）的输出端分别连接第二与门电路（8）的另一个输入端以及第二D触发器（12）的控制输入端，第二与门电路（8）的输出端是光电旋转编码器（3）的输出端，分别连接无线信号发送模块（4）。

3.根据权利要求2所述一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，其特征是：滑轮（7）由外轮（20）、辐条（19）和轴承（21）组成，外轮（20）的中心处装有轴承（21），外轮（20）从壳体内部有部分伸出到壳体外部，有8个辐条（19）按圆周方向均布于滑轮（7）的轮盘面上，滑轮（7）的轮盘面被8个辐条（19）分为8个透光扇区和8个不透光扇区，对光电二极管（10）发出的光线调制。

4.根据权利要求3所述一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，其特征是：滑轮（7）通过中心处的轴承（21）连接位于滑轮（7）两侧的第一支架（17）和第二支架（18），第一支架（17）和第二支架（18）与壳体活动连接，发光二极管（10）和光敏电阻（11）设在滑轮（7）的两侧，相对于滑轮（7）面对面地布置，第一支架（17）的中间开有用于安装轻触开关（9）的空位槽（25），空位槽（25）的上方连通安装轴承（21）的限位孔（24），下按滑轮（7）带动第一支架（17）和第二支架（18）向下运动，第一支架17接触轻触开关（9）。

5.根据权利要求2所述一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，其特征是：无线信号发送模块（4）包括编码芯片（15）和射频电路（16），编码芯片（15）的输出端连接射频电路（16），功率控制模块（2）的输出端通过电阻R6连接编码芯片（15）的一个输入端，光电旋转编码器（3）的两个输出端分别连接编码芯片（15）。

6.根据权利要求1所述一种应用于互交式电子白板的空中鼠标，其特征是：所述壳体是圆筒状，前端是锥形，激光头（1）设在壳体前端锥形内部。