--圖2-2整體設(shè)計(jì)仿真圖2.4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。2.5項(xiàng)目制作步驟本次畢業(yè)設(shè)計(jì)分為五步來(lái)對(duì)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(chǎng)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。2.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(duì)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(cè)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和材料整理。5.為了驗(yàn)證虛擬鍵盤系統(tǒng)的可行性和可靠性，進(jìn)行了普通鍵盤單鍵測(cè)試、按鍵二義性測(cè)試和多按鍵同時(shí)壓力測(cè)試，并考慮了工程實(shí)踐與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，整理相關(guān)資料，準(zhǔn)備參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。2.6本章小結(jié)本章主要概括了激光投影虛擬鍵盤的系統(tǒng)工作原理和其中的關(guān)鍵技術(shù)以及重難點(diǎn)，各模塊的研究，用戶使用的操作步驟和項(xiàng)目制作的簡(jiǎn)要流程。第3章硬件的設(shè)計(jì)與組裝3.1硬件部分設(shè)計(jì)與研究硬件的設(shè)計(jì)和組裝主要研究了各電路的焊接、攝像頭和激光鍵盤圖案發(fā)射器以及整體的組合，還有外殼孔洞與杜邦線的焊接與整體系統(tǒng)調(diào)試。電路原理圖其中主要包括核心板電路圖、攝像頭原理圖、鍵盤圖案投射器及一字線激光器原理圖等。各原理圖簡(jiǎn)要研究如下：（1）核心板電路模塊：STM32F103RBT6單片機(jī)的工作電壓為3.3V，對(duì)應(yīng)于ov7670和TFT屏幕的電壓，有利于電路設(shè)計(jì)和模塊連接。單片機(jī)的兩端，分別連接復(fù)位引腳，還有3.3V的上拉電阻R3，具有限制電流的功能。設(shè)置單片機(jī)的復(fù)位方式，采用按鍵復(fù)位的方式。按鍵復(fù)位，按下時(shí)，電平變高，使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)S1按鍵按下時(shí)，復(fù)位引腳將會(huì)變?yōu)榈碗娖?，按鍵松開時(shí)，復(fù)位引腳將會(huì)再變?yōu)楦唠娖?，這個(gè)過程復(fù)位引腳由高變低再變高，從而實(shí)現(xiàn)了硬件的復(fù)位；C5電容的作用為，過濾一些雜亂波形防止隨機(jī)復(fù)位，除此之外還可以在單片機(jī)剛剛上電的時(shí)候，電容的充放電過程，電平由低變高，以此實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。一般情況下，我們使用的晶振模式都是如圖所示。作為負(fù)載電容，其功能就是帶通，在某段頻率區(qū)間內(nèi)可以使電信號(hào)通過。圖3-1STM32F103RBT6單片機(jī)電路圖圖3-2核心板實(shí)物圖鍵盤圖案發(fā)射器及一字線激光器原理圖:調(diào)整好的鍵盤圖案發(fā)射器可以在平面上看到平整的激光鍵盤圖案，手指放到鍵盤圖案上，可以檢測(cè)到這些手指上的反射光斑，并確定和計(jì)算這些光斑的位置。通過處理，可以識(shí)別出用戶的“按鍵”操作，實(shí)現(xiàn)鍵盤功能。一字線激光器組裝和使用方便。它可以安裝在垂直的平面或者水平面上，以確保可見的激光標(biāo)記線，從而出現(xiàn)可見和非接觸的定位線，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)操作舒適，提高了生產(chǎn)效率，激光線可以隨意設(shè)置在三維空間中，用來(lái)達(dá)到最佳效果。激光器發(fā)出的光需要盡可能靠近水平面，以確保用戶接觸水平面的事件能夠被準(zhǔn)確識(shí)別。如果發(fā)出的光線與其距離太大，處理軟件會(huì)為沒有按鍵動(dòng)作的手指觸發(fā)黏鍵事件，產(chǎn)生錯(cuò)誤。如果發(fā)出的光線離水平面太近，會(huì)照亮水平面，干擾軟件的正常運(yùn)行。圖3-3鍵盤圖案發(fā)射器原理圖和一字線激光器原理圖圖3-4鍵盤圖案發(fā)射器圖3-5一字線發(fā)射器（3）攝像頭模塊:在設(shè)計(jì)方案初期采用ov5640攝像機(jī)，但它的圖像質(zhì)量太高，圖像數(shù)據(jù)太大，因此傳輸速度很慢，所以采用ov7670攝像機(jī)，ov7670采用FIFO模塊，帶緩沖存儲(chǔ)器的模塊，對(duì)于速度較慢的mcu也可以進(jìn)行圖像采集控制。這種攝像頭具有3M以上的緩沖區(qū)，所收集的數(shù)據(jù)可以臨時(shí)存儲(chǔ)在該緩沖器中，并且在使用時(shí)可以讀取存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)。滿足單片機(jī)圖像數(shù)據(jù)采集和mcu的速度要求。圖3-6攝像頭原理圖圖3-7ov7670攝像頭攝像頭和單片機(jī)接口分別為：GDN接地點(diǎn)SIO_CSCCB接口的控制時(shí)鐘SIO_DSCCB接口的串行數(shù)據(jù)輸入（出）端VSYNC幀同步信號(hào)（輸出信號(hào)）HREF行同步信號(hào)（輸出信號(hào)）PCLK像素時(shí)鐘（輸出信號(hào)）XCLCK時(shí)鐘信號(hào)（輸入信號(hào)）D0-D7數(shù)據(jù)端口（輸出信號(hào)）RESTE復(fù)位端口（正常使用拉高）PWDN功耗選擇模式（正常使用拉低）STROBE—拍照閃光控制端口（正常使用可以不需要）FIFO_RCKFIFO內(nèi)存讀取時(shí)鐘控制端FIFO_WR_CTRFIFO寫控制端(1為允許CMOS寫入到FIFO，0為禁止)FIFO_OEFIFO關(guān)斷控制FIFO_WRST—FIFO寫指針服務(wù)端FIFO_RRST—FIFO讀指針復(fù)位端攝像模塊的主要作用是捕獲反射的紅外信號(hào)，然后將圖像傳輸給單片機(jī)，在安裝攝像模塊時(shí)，必須選擇與投影面的合理角度，因此，在設(shè)計(jì)過程中要進(jìn)行簡(jiǎn)單的角度設(shè)計(jì)。將手指按下位置和水平面之間的角度設(shè)置為θ，用戶通常使用鍵盤時(shí)的θ為60°~75°。將攝像頭和水平面之間的角度設(shè)置為ɑ，通常攝像頭距水平面高度約10厘米能捕捉到手指按下的畫面。激光發(fā)射器與水平面的夾角設(shè)為β，距水平面高度約為15厘米，鍵盤有效范圍與光源的線性距離為[D1~D2]（D2>D1）。當(dāng)攝像機(jī)角度ɑ滿足激光發(fā)射器在攝像頭之間并符合公式的時(shí)候，攝像機(jī)可以正常捕獲鍵盤區(qū)域反射的所有紅外信號(hào)。根據(jù)已知條件可以得出ɑ為40°左右。因此可以得出上述部件的幾何模型如圖所示：圖3-8各部件幾何模型（4）TFT屏幕模塊:TFT屏幕可以“激活”屏幕上任何一個(gè)獨(dú)立的像素，可以顯著提高響應(yīng)時(shí)間，TFT屏幕的響應(yīng)時(shí)間比較快，大約80ms，視角比較大，甚至可以達(dá)到130度，所以可以顯示高速的屏幕信息，TFT是一種采用有源矩陣技術(shù)驅(qū)動(dòng)的有源矩陣液晶顯示器，包括使用薄層晶體管電極和使用掃描方法拉動(dòng)“有源”來(lái)控制任何顯示點(diǎn)的輸入和輸出。光源輻射時(shí)，先透過下偏光板向上穿透，利用液晶分子導(dǎo)光，通過遮光和光線傳遞達(dá)到顯示的目的。在設(shè)計(jì)和連接時(shí)，利用TFT屏幕觀察攝像頭拍攝的圖像，整體設(shè)計(jì)完畢后，TFT可以移除。圖3-9TFT電路圖圖3-10TFT屏幕圖3-11整體電路圖藍(lán)牙模塊集成藍(lán)牙模塊Hc-05有兩種操作模式：命令響應(yīng)模式和自動(dòng)連接模式。在自動(dòng)連接模式下，模塊可分為主、從、環(huán)回三個(gè)工作輪，當(dāng)模塊處于自動(dòng)連接模式時(shí)，將按默認(rèn)模式自動(dòng)連接數(shù)據(jù)傳輸；如果模塊處于命令響應(yīng)模式，它可以執(zhí)行所有命令。用戶可以向模塊發(fā)送不同的AT命令來(lái)設(shè)置控制參數(shù)或發(fā)出控制命令，通過控制模塊外部引腳的輸入電平，實(shí)現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。圖3-12藍(lán)牙組件圖1、配置波特率上電后，Key拉高，進(jìn)入AT指令，此時(shí)波特率為38400。2、配置為主模式AT+ROLE=1回車，成功返回OK3、設(shè)置為主模塊的步驟：=1\*GB3①PIO11置高。=2\*GB3②上電，模塊進(jìn)入AT命令響應(yīng)狀態(tài)。=3\*GB3③超級(jí)終端或其他串口工具，設(shè)置波特率38400，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)位，無(wú)流控制。=4\*GB3④串口發(fā)送字符“AT+ROLE=1\r\n”，成功返回“OK\r\n”，其中\(zhòng)r\n為回車換行。PIO置低，重新上電，模塊為主模塊，自動(dòng)搜索從模塊，建立連接。4、任意地址配置，這樣可自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)連接AT+CMODE=1回車，成功返回OK3.2本章小結(jié)本章主要概述了各硬件部分的電路原理及連接方式，其中主要包括核心板電路模塊、鍵盤圖案發(fā)射器及一字線激光器、攝像頭和藍(lán)牙模塊。下圖為硬件部分核心組件設(shè)計(jì)連接圖。圖3-13硬件部分核心組件連接圖第4章信號(hào)收集與處理第4章程序的編寫程序的編寫主要包括圖像識(shí)別程序和上位機(jī)接口程序，中心點(diǎn)是對(duì)采集到的投影圖像進(jìn)行識(shí)別和處理，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行定位和編碼，最后得到用戶實(shí)際的手指輸入信息，程序的主要部分是利用單片機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像處理，包括信號(hào)定位和灰度圖轉(zhuǎn)換為二值圖等工作。第4章信號(hào)收集與處理圖4-1程序流程圖4.1攝像頭程序圖像處理需要圖像，而圖像是由攝像機(jī)獲取的，因此攝像頭是整個(gè)過程的起點(diǎn)。設(shè)置攝像頭的通信方式為SCCB總線方式，SIDpin的用途是用作輸入或輸出，只需要將其配置為輸入pin或輸出pin就可以。FIFO讀取數(shù)據(jù)復(fù)位。攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)首先是將其存儲(chǔ)在攝像頭的FIFO芯片中。進(jìn)入FIFO后，數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)組CU，每次FIFO復(fù)位后，下一幅圖像將被存儲(chǔ)和傳輸。SCCB啟動(dòng)命令。STM32用這個(gè)命令調(diào)用ov7670，它是數(shù)據(jù)傳輸?shù)那皩?dǎo)信號(hào)。停止命令，SCCB將停止信號(hào)，單片機(jī)通過此命令完成對(duì)ov7670攝像機(jī)的調(diào)用，一組數(shù)據(jù)傳輸過程完成。MCU通過命令符號(hào)查詢數(shù)據(jù)發(fā)送是否成功，1成功，0失敗。從ov7670攝像機(jī)讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。另一行語(yǔ)句用于讀取數(shù)組。數(shù)組的值由后半部分表示，前半部分是地址。此數(shù)組用于保存數(shù)據(jù)。將上述數(shù)組逐個(gè)寫入ov7670寄存器。讀取ov7670寄存器以讀取指定地址的寄存器值。然后，初始化攝像頭芯片，即配置陣列寄存器。成功配置返回1，失敗返回0。4.2信號(hào)收集與處理4.2.1信號(hào)采集從圖像中獲取目標(biāo)的坐標(biāo)是建立在圖像坐標(biāo)系空間的，而投影的鍵盤圖像是建立在世界坐標(biāo)系空間的，需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其映射到投影鍵盤的坐標(biāo)系，才能將“單擊”事件轉(zhuǎn)換成鍵盤輸入指令，變換過程如式(1)所示：(4-1)其中，A為2×2非奇異像素坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣；t為2×1的像素坐標(biāo)平移向量;A與t由原圖像和變換后圖像邊緣角點(diǎn)坐標(biāo)求解；x'為轉(zhuǎn)換后像素坐標(biāo)；x為轉(zhuǎn)換前像素坐標(biāo)。最后通過軟件對(duì)圖像中各鍵盤按鍵位置的坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注。當(dāng)鍵盤區(qū)域發(fā)生“點(diǎn)擊”事件時(shí)，確定“點(diǎn)擊”事件坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的鍵盤區(qū)域坐標(biāo)，然后將按鍵信息傳送給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入。4.2.2位圖轉(zhuǎn)二值圖單片機(jī)接收到圖像后，通過四個(gè)步驟完成對(duì)采集到的圖像的定位：位圖到二值圖、最大閉合區(qū)間定位、鍵盤編碼、上位機(jī)接收。這四步驟的作用分別是進(jìn)行圖像壓縮、按鍵的定位、坐標(biāo)與按鍵代碼交換、上位機(jī)接收與反饋。位圖被轉(zhuǎn)換成二值圖。位圖的四字節(jié)對(duì)齊是位圖每行中像素的對(duì)齊。每行像素占用的字節(jié)數(shù)必須是4字節(jié)的整數(shù)倍。如果不夠，就需要補(bǔ)足。此時(shí)，由于存儲(chǔ)器分配單元是32位，也就是4字節(jié)，所以每行中的讀取像素是連續(xù)的，不能與其他行共享存儲(chǔ)器單元。當(dāng)彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像時(shí)，RGB有256個(gè)灰度分量，即當(dāng)R=G=B時(shí)，顏色是灰色的，因此可以用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示。將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像就是使真彩色圖像的三個(gè)顏色分量相等。計(jì)算準(zhǔn)確值的方法有很多種，如取三個(gè)分量的平均值，取三個(gè)分量的最大值或使其中兩個(gè)分量等于另一個(gè)分量的值。另一種常用的方法是取加權(quán)平均值，Gray=R*0.299+G*0.587+b*0.114。將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像。二值圖像只有兩種顏色，黑色和白色，而灰色有256種顏色。將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像的方法是選擇一個(gè)閾值。如果灰度值大于閾值，則設(shè)置為白色。否則，它將是黑色的。關(guān)于如何選擇閾值及其作用范圍的方法有很多，為了簡(jiǎn)單起見，本文在全局范圍內(nèi)選擇了一個(gè)固定的閾值。二進(jìn)制圖只有兩個(gè)索引，可以用1bit表示。將RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。標(biāo)準(zhǔn)CCD采集的圖像包含R、G、B通道的數(shù)據(jù)，即傳統(tǒng)概念中的彩色圖像。根據(jù)圖像處理和目標(biāo)識(shí)別的需要，將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。Gray(i,j)=0.3R(i,j)+0.59G(i,j)+0.11B(i,j)(4-2)其中，Gray(i,j)表示位置為(i,j)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值，范圍為(0~255),R(i,j),G(i,j),B(i,j)分別表示彩色圖像中R,G,B通道(i,j)位置的像素值。4.2.3單片機(jī)圖像處理根據(jù)以上步驟進(jìn)行處理后，根據(jù)圖像中每個(gè)元素的值是高于還是低于閾值而對(duì)其進(jìn)行如下處理:（4-3）在公式中，Dst(i，j)是閾值化處理后的像素坐標(biāo)，當(dāng)滿足條件src(i，j)≥th，也就是源圖像像素點(diǎn)的值src(i，j)大于等于閾值時(shí)，該點(diǎn)的像素值設(shè)為255。如果不是，就把它設(shè)為0。定義A為圖像矩陣，B為結(jié)構(gòu)元素矩陣，A，B為Z2上的集合，圖像A被結(jié)構(gòu)B腐蝕的定義為:AΘB={x/(B)A}（4-4）其中x是表示集合平移的位移向量;Θ是腐蝕運(yùn)算的運(yùn)算符。設(shè)Φ為空集，那么圖像A被結(jié)構(gòu)元素B膨脹的定義為:AB={x(B^)x∩A≠Φ}（4-5）其中x是表示集合平移的位移向量;Θ是膨脹運(yùn)算的運(yùn)算符。在定義圖像矩陣和結(jié)構(gòu)元素矩陣的腐蝕與膨脹運(yùn)算之后，將結(jié)構(gòu)元素B對(duì)目標(biāo)圖像A的開運(yùn)算定義為:A○B(yǎng)=(AΘB)B（4-6）其中○為開運(yùn)算操作符。將結(jié)構(gòu)元素B對(duì)目標(biāo)圖像A的閉運(yùn)算定義為:AB=(AB)ΘB（4-7）其中為閉運(yùn)算操作符。4.2.4光斑的提取與比對(duì)采用小功率紅色激光發(fā)生器作為投射光源，將鍵盤字模覆蓋于激光光源表面，激光透過字模將鍵盤圖形投射到表面上，從而實(shí)現(xiàn)虛擬鍵盤的呈現(xiàn)工作。單片機(jī)對(duì)信號(hào)的采集擬采用攝像頭和一字紅外光源實(shí)現(xiàn)。主要做法是將一字紅外光源置于投影裝置底部，發(fā)射出的一字紅外信號(hào)用于檢測(cè)是否有手指按下。若有手指按下時(shí)，紅外線就會(huì)以一定角度被反射，如圖4-2所示。而攝像頭則安置于一字紅外光源上方，用于接收被反射的紅外信號(hào)。手指按下的時(shí)候，將一字線激光器發(fā)射出來(lái)的紅外線反射到攝像頭里面，攝像頭的圖像通過液晶顯示屏顯示出來(lái)。帶紅外濾光片的攝像頭，只有紅外線才能進(jìn)入，這樣就有效避免可見光的干擾，清晰的得到手指的反射光斑，即手指反射的紅外光斑，濾除可見光，最后得到手指按鍵信息。沒有加紅外濾光片的圖像如圖4-3所示。圖4-2手指按下圖像 圖4-3未加紅外濾光片的圖像加了紅外濾光片的效果如圖所示：圖4-4加了紅外濾光片的圖像得到了光斑后需要進(jìn)行二值化和閾值調(diào)節(jié)，再把鍵盤上每個(gè)字符的坐標(biāo)用測(cè)試函數(shù)找出來(lái)，然后將每個(gè)字符的坐標(biāo)作為基準(zhǔn)坐標(biāo)并存放到軟件中，系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，當(dāng)有按鍵事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)在通過坐標(biāo)測(cè)試函數(shù)提取坐標(biāo)，提取出來(lái)的坐標(biāo)與坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，在誤差允許的范圍內(nèi)輸出基準(zhǔn)坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)字符。其工作流程圖如圖所示：圖4-5軟件部分工作示意圖第5章程序的編寫4.3閾值調(diào)節(jié)程序閾值調(diào)節(jié)是一個(gè)測(cè)試程序，主要是在前期用作尋找合適的光斑大小，如下圖所示是一個(gè)比較合適的光斑大小，如果想獲得合適的光斑就需要使用此測(cè)試程序來(lái)調(diào)節(jié)閾值。這個(gè)閾值調(diào)節(jié)功能就是一個(gè)輸入的閥門，用這個(gè)閥門來(lái)控制獲取圖像的質(zhì)量。圖4-6調(diào)節(jié)過程圖4.4鍵盤坐標(biāo)程序與閾值測(cè)試程序一樣，它們也是一個(gè)預(yù)先準(zhǔn)備好的程序，將激光投影器固定在一字線性激光發(fā)射器和攝像頭中間后，在投影模型上模擬按鍵。按下時(shí)，相機(jī)捕捉到紅外線反射。二進(jìn)制之后，在TFT上顯示為白點(diǎn)。然后調(diào)用程序檢查光斑的像素坐標(biāo)。多次按下后，取坐標(biāo)的平均值作為按鍵的固定坐標(biāo)，在實(shí)際使用過程中，如果得到的點(diǎn)坐標(biāo)是固定坐標(biāo)，則確定按鍵被按下。每個(gè)按鍵的大體位置基本確定，以鍵盤第三行為例，如下為按鍵位置確定的坐標(biāo)系程序：KeyBoard_SendData(177,10,x,y,detia_x,detia_y,'t');//tabKeyBoard_SendData(178,22,x,y,detia_x,detia_y,'Q');KeyBoard_SendData(178,44,x,y,detia_x,detia_y,'W');KeyBoard_SendData(180,66,x,y,detia_x,detia_y,'E');KeyBoard_SendData(178,94,x,y,detia_x,detia_y,'R');KeyBoard_SendData(179,116,x,y,detia_x,detia_y,'T');KeyBoard_SendData(179,142,x,y,detia_x,detia_y,'Y');KeyBoard_SendData(180,166,x,y,detia_x,detia_y,'U');KeyBoard_SendData(181,190,x,y,detia_x,detia_y,'I');KeyBoard_SendData(182,214,x,y,detia_x,detia_y,'O');KeyBoard_SendData(181,238,x,y,detia_x,detia_y,'P');KeyBoard_SendData(182,260,x,y,detia_x,detia_y,'[');KeyBoard_SendData(182,282,x,y,detia_x,detia_y,']');4.5其他程序（1）一配置一個(gè)單片機(jī)中斷引腳，攝像頭每完成一幀，傳輸數(shù)據(jù)給單片機(jī)，單片機(jī)便利用此中斷引腳判定。（2）一個(gè)差值判定程序，比如一個(gè)按鍵固定坐標(biāo)為（111，222）那么若使用時(shí)有（111±8，222±8）的所有坐標(biāo)都可以被識(shí)別為此按鍵，既不會(huì)導(dǎo)致誤觸，也能增大識(shí)別效率。4.6本章小結(jié)本章主要講述了軟件部分程序的編寫，其中主要包括攝像頭和鍵盤坐標(biāo)程序的設(shè)計(jì)與編寫，圖像信息的攝取與處理和閾值調(diào)節(jié)的程序。第5章連接調(diào)試與成品展示5.1連接調(diào)試與成品展示首先，根據(jù)原理圖將主硬件連接到杜邦導(dǎo)線上，長(zhǎng)方體盒中前中心軸的位置從下到上為0.1厘米；5.5厘米11厘米；在固定好由下到上三個(gè)硬件一字線發(fā)射器、鍵盤圖案發(fā)射器和攝像頭的位置后，選擇適當(dāng)?shù)奈恢眠B接中央面板，然后將藍(lán)牙模塊連接到側(cè)面，再進(jìn)行固定。并將充電USB接口從側(cè)面的孔中分離出來(lái)。用槍膠固定后，合上后蓋，用螺絲固定四個(gè)角，這樣就完成了硬件本體的構(gòu)造，將藍(lán)牙模塊連接到PC機(jī)的USB端口，這樣就可以進(jìn)行無(wú)線通信。此外，PL2303驅(qū)動(dòng)程序必須加載到PC上才能將USB傳輸?shù)酱卸丝凇Ｔ谥衅诘恼{(diào)試階段，設(shè)計(jì)連接一個(gè)TFT屏幕，這樣有利于觀察圖像和調(diào)整角度的位置。設(shè)置完成后，可以去掉TFT屏幕，最大化簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。分別檢查各部件的功能，觀察各部件是否能穩(wěn)定工作，確保各部件整體工作流暢，不相互干擾。合理的進(jìn)行布線校正，正確使用單片機(jī)的輸入輸出。檢查虛擬激光鍵盤的實(shí)用性和可靠性，確保激光投影鍵盤功能穩(wěn)定、輸入和輸出準(zhǔn)確，能夠在多種環(huán)境下正常工作。下面是硬件外殼設(shè)計(jì)和實(shí)物圖。第6章連接調(diào)試圖5-1硬件外殼設(shè)計(jì)圖圖5-2硬件外殼展示圖圖5-3各組件連接實(shí)物圖圖5-4成品展示圖5.2按鍵測(cè)試為了驗(yàn)證激光投影虛擬鍵盤系統(tǒng)的精確度和功能性，在整體設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了（1）正常按鍵測(cè)試，此時(shí)用戶的手指處于按鍵的中心位置；（2）按鍵模糊測(cè)試，此時(shí)用戶手指觸摸兩個(gè)按鍵的交界位置；（3）多鍵同時(shí)按壓測(cè)試，此時(shí)用戶用兩個(gè)手指同時(shí)覆蓋不同的按鍵。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)按下兩個(gè)或多個(gè)按鍵時(shí)，軟件嚴(yán)格定義每個(gè)按鍵范圍的邊界，不會(huì)有交集，以確保用戶手指鍵入識(shí)別的準(zhǔn)確性。三種測(cè)試結(jié)果如下圖所示：序號(hào)測(cè)試條件測(cè)試次數(shù)準(zhǔn)確率1正常按鍵測(cè)試100097.4%2按鍵模糊測(cè)試100095.8%3多鍵同時(shí)按壓測(cè)試100094.2%表5-5按鍵測(cè)試結(jié)果參考文獻(xiàn)5.3本章小結(jié)本章主要展示了硬件外殼的設(shè)計(jì)與焊接過程和整體組件連接，同時(shí)展示了最后的成品實(shí)物圖，進(jìn)行了三種按鍵測(cè)試，證明項(xiàng)目成品準(zhǔn)確性和功能性良好。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要通過硬件連接和軟件程序編寫結(jié)合的工作，完成了激光投影鍵盤的設(shè)計(jì)和制作。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的硬件研究與設(shè)計(jì)方面，主要包括STM32F103核心板、ov7670攝像頭、一字線性發(fā)射器等連接電路部分，和外殼焊接設(shè)計(jì)制作部分。在軟件程序設(shè)計(jì)與編寫方面，包括了基于投影算法的圖像處理程序和攝像頭與鍵盤圖案設(shè)計(jì)部分，該系統(tǒng)具有良好的處理速度，并且可以做到調(diào)節(jié)閾值、調(diào)節(jié)坐標(biāo)的能力，并編寫了組態(tài)程序，使單片機(jī)攝像頭合理工作。經(jīng)過一系列的不斷測(cè)試，硬件電路、軟件程序協(xié)同工作，完成了激光投影虛擬鍵盤的正常運(yùn)行，調(diào)試結(jié)果顯示準(zhǔn)確性能與穩(wěn)定性能良好，能夠正常使用，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研制成功了功能齊全的激光投影鍵盤。以下將從三個(gè)方面簡(jiǎn)要概述本次設(shè)計(jì)激光投影虛擬鍵盤的優(yōu)良性能和對(duì)工程實(shí)踐與可持續(xù)發(fā)展的聯(lián)系思考。1.先進(jìn)性研究激光投影虛擬鍵盤采用不可見激光反射方式讀取輸入指令，突破了傳統(tǒng)鍵盤需要實(shí)體按鍵反饋的局限性，很大程度上縮小了鍵盤的尺寸，解決了按鍵磨損和清洗困難的問題，同時(shí)減少了電路的規(guī)模，節(jié)省了電子元件的數(shù)量，降低了成本，減短了生產(chǎn)周期。除此之外這種激光器對(duì)人體皮膚沒有熱損傷，減小了激光輻射的范圍和距離，在一定程度上降低了激光直射眼睛的可能性，對(duì)人體無(wú)害。2.實(shí)用性研究激光投影虛擬鍵盤具有良好的實(shí)用性。平時(shí)在室內(nèi)環(huán)境中使用時(shí)，它在木地板、金屬地板和塑料地板上都有很好的性能，也可以在深色大理石和不透明玻璃地板上使用，特別是在空間有限或出差時(shí)更能突出它的出色實(shí)用性，在狹窄的辦公學(xué)習(xí)區(qū)和旅途中的列車上，激光投影鍵盤能以最小的空間提供一個(gè)舒適舒適的輸入環(huán)境，易于攜帶和使用。3.經(jīng)濟(jì)性研究隨著虛擬鍵盤技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多廠商已經(jīng)開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的激光投影鍵盤具有相同的性能和精度，很大程度上降低了成本，在中國(guó)購(gòu)買的國(guó)外品牌激光投影鍵盤價(jià)格在2000-5000元之間，而本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的激光投影鍵盤成本更低，因此具有更廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿Γ?jīng)濟(jì)效益明顯。參考文獻(xiàn)[1]PatentIssuedforKeyboardInterfaceForEfficientlySelectingFromASetOfDataItems.RedcritterCorp,2012,2(8):875-878[2]DellProductsL.P.;PatentIssuedforUserIdentificationViaHandDetectionUsingAHoveringKeyboard.NanotechnologyWeekly,2016,40(4):32-37[3]段宗濤,沙愛民,張燕妮.高性能嵌入式圖像處理系統(tǒng)研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2008,5(6):38-41[4]劉國(guó)宏,郭文明.改進(jìn)的中值濾波去噪算法應(yīng)用分析[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2010,46(10):187-189[5]陳瑋君.家電通用遙控技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2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