某激光投影鍵盤的工作原理及制作步驟分析案例1.1工作原理本設(shè)計(jì)采用小功率紅色激光發(fā)生器作為投影光源，用自制的鍵盤字體覆蓋在激光光源表面。激光通過字體將鍵盤圖形投影到平面，實(shí)現(xiàn)虛擬鍵盤的顯示。單片機(jī)的信號采集由攝像機(jī)和單字紅外光源實(shí)現(xiàn)，主要方法是將文字紅外光源放置在投影裝置的底部，所發(fā)射的文字紅外信號用于檢測手指是否被按下。如果按下手指，紅外線會(huì)以一定角度反射。攝像機(jī)置于紅外光源上方，接收反射的紅外信號，當(dāng)手指在鍵盤上按下時(shí)，線性激光發(fā)出的紅外線被反射到攝像機(jī)中，攝像機(jī)的圖像顯示在液晶屏上。相機(jī)采用紅外濾光片，只有紅外線才能進(jìn)入相機(jī)，因此可以避免可見光的干擾，更好的得到手指的反射光斑，即手指反射的紅外點(diǎn)，濾除可見光和投射的鍵盤圖案，使可見光從視野中消失，最后得到光斑，然后進(jìn)行二進(jìn)制和閾值調(diào)整，以此來獲得手指在鍵盤上輸入的信息，實(shí)現(xiàn)鍵盤的功能。圖2-1系統(tǒng)原理框圖1.2關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐難點(diǎn)激光投影虛擬鍵盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是對用戶手指運(yùn)動(dòng)的識(shí)別，即手指位置的定位，鍵盤屏幕可以投影到任何表面，所以我們需要運(yùn)用非接觸的方式來實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入檢測，在市場上現(xiàn)有存在或設(shè)計(jì)的虛擬系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入檢測的方法主要有以下兩種。第一種判斷方法是通過檢測手指落下時(shí)按鍵的聲音，假設(shè)用戶在按鍵過程中會(huì)在鍵盤屏幕上產(chǎn)生一定的敲擊聲，這樣就可以通過確定聲音傳播的時(shí)間和其他信息來判斷鍵盤輸入。第二種判斷方法是利用超聲波雷達(dá)進(jìn)行檢測，通過發(fā)射超聲波并檢測反射波傳播時(shí)間的差異來檢測目標(biāo)的位置，然后判斷鍵盤的輸入內(nèi)容。該方案在充分考慮系統(tǒng)軟硬件要求的基礎(chǔ)上，允許攝像頭捕捉投射到平面上鍵盤區(qū)域的圖像，并通過圖像進(jìn)行識(shí)別和分析，以此判斷鍵盤的輸入。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用一個(gè)攝像頭和一個(gè)紅外激光頭來探測用戶手指的著陸點(diǎn)。由于這種方法使用一臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，成本低，能耗低，采用不可見光作為搜索標(biāo)記，配合室內(nèi)濾光片，可以消除可見光的干擾，消除環(huán)境光變化造成的圖像功能分離的困難。攝像機(jī)采集的數(shù)據(jù)量較低，且單片機(jī)能滿足圖像的采集和處理，便于在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。同時(shí)可以控制設(shè)計(jì)成本，從而降低成本，減少推廣障礙。1.3系統(tǒng)模塊總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊總體大致可分為攝像頭、一字線性激光發(fā)射器、單片機(jī)等，另外，還有外殼部分的硬件選型與研究，例如TNT屏幕等。整體而言選型的原則是測量模塊精度優(yōu)良，易于使用，利于二次開發(fā)。各模塊具體功能如下：（1）主控模塊：控制各個(gè)模塊，特別是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)生成。（2）TFT彩屏顯示模塊：顯示投影光斑，易于后續(xù)數(shù)據(jù)記錄和處理。（3）激光模塊：鍵盤尺寸要求120度，激光器模塊650nm。在實(shí)際使用過程中，激光設(shè)置應(yīng)使鍵盤平整且按鍵尺寸統(tǒng)一，盡量減少系統(tǒng)的誤判。（4）一字線激光發(fā)射器模塊：一字線激光器是紅外波段，波長808nm，主要用于濾除可見光的干擾，為降低其功率，提高鍵盤的可靠性和精確度，激光發(fā)射器采用50W的工作功率，模組直徑12mm，長度40mm，線發(fā)射角為120度、60度和35度。采用線狀的激光類型。（5）攝像頭模塊：攝像頭模塊主要用來采集反射的紅外光信號，然后將圖像傳輸給單片機(jī)。（6）蜂鳴器模塊：發(fā)出電源聲音和按鍵聲音。下圖是對象整體設(shè)計(jì)的仿真圖：攝像頭攝像頭激光鍵盤圖案投射器一字線發(fā)射器人手指鍵盤圖案攝像頭接收圖像圖2-2整體設(shè)計(jì)仿真圖1.4操作步驟設(shè)置好攝像機(jī)角度，使所有激光投射的虛擬鍵盤的位置都位于攝像機(jī)的圖像區(qū)域。用戶點(diǎn)擊任意字符按鈕，攝像機(jī)攝取的圖像經(jīng)過主機(jī)圖像二值化，二值圖像被發(fā)送到TFT彩色屏幕。每個(gè)像素從源交叉，并且原點(diǎn)作為第一像素的坐標(biāo)被確定為像素坐標(biāo)系中反射光斑像素點(diǎn)的坐標(biāo)并存儲(chǔ)在主機(jī)中。重復(fù)上述步驟，得到每個(gè)按鍵的坐標(biāo)并存儲(chǔ)在上位機(jī)中。如果系統(tǒng)工作，用戶點(diǎn)擊激光投影鍵盤字符鍵，重復(fù)這些步驟獲得指尖的坐標(biāo)，并與先前存儲(chǔ)在上位機(jī)中的字符鍵坐標(biāo)進(jìn)行比較和求值，最后獲取相應(yīng)的按鍵輸入信息。1.5項(xiàng)目制作步驟本次畢業(yè)設(shè)計(jì)分為五步來對基于STM32的激光投影鍵盤系統(tǒng)進(jìn)行研究，分別描述如下，重點(diǎn)分析了軟硬件技術(shù)的應(yīng)用。1.熟悉課題和任務(wù)，查閱相關(guān)參考資料，進(jìn)行市場調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，了解激光投影鍵盤行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展現(xiàn)狀，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，論證項(xiàng)目可行性，明確設(shè)計(jì)目的與意義、研究的內(nèi)容、思路和軟硬件技術(shù)路線，完成項(xiàng)目可行性研究報(bào)告和開發(fā)方案。1.完成各功能模塊的工藝設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，硬件焊接和軟件編程的執(zhí)行，對已攝取的圖像進(jìn)行初步處理，問題發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)解決方案。3.與建立的坐標(biāo)系進(jìn)行比較，使其達(dá)到默認(rèn)值，完成功能模塊的檢查和改進(jìn)，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。4.殼體設(shè)計(jì)焊接，完成系統(tǒng)集成和綜合測試，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和