【《某激光投影键盘的工作原理及制作步骤分析案例》1900字】

某激光投影键盘的工作原理及制作步骤分析案例1.1工作原理本设计采用小功率红色激光发生器作为投影光源，用自制的键盘字体覆盖在激光光源表面。激光通过字体将键盘图形投影到平面，实现虚拟键盘的显示。单片机的信号采集由摄像机和单字红外光源实现，主要方法是将文字红外光源放置在投影装置的底部，所发射的文字红外信号用于检测手指是否被按下。如果按下手指，红外线会以一定角度反射。摄像机置于红外光源上方，接收反射的红外信号，当手指在键盘上按下时，线性激光发出的红外线被反射到摄像机中，摄像机的图像显示在液晶屏上。相机采用红外滤光片，只有红外线才能进入相机，因此可以避免可见光的干扰，更好的得到手指的反射光斑，即手指反射的红外点，滤除可见光和投射的键盘图案，使可见光从视野中消失，最后得到光斑，然后进行二进制和阈值调整，以此来获得手指在键盘上输入的信息，实现键盘的功能。图2-1系统原理框图1.2关键技术与实践难点激光投影虚拟键盘系统设计的关键技术点是对用户手指运动的识别，即手指位置的定位，键盘屏幕可以投影到任何表面，所以我们需要运用非接触的方式来实现键盘输入检测，在市场上现有存在或设计的虚拟系统中，实现键盘输入检测的方法主要有以下两种。第一种判断方法是通过检测手指落下时按键的声音，假设用户在按键过程中会在键盘屏幕上产生一定的敲击声，这样就可以通过确定声音传播的时间和其他信息来判断键盘输入。第二种判断方法是利用超声波雷达进行检测，通过发射超声波并检测反射波传播时间的差异来检测目标的位置，然后判断键盘的输入内容。该方案在充分考虑系统软硬件要求的基础上，允许摄像头捕捉投射到平面上键盘区域的图像，并通过图像进行识别和分析，以此判断键盘的输入。本次毕业设计使用一个摄像头和一个红外激光头来探测用户手指的着陆点。由于这种方法使用一台摄像机进行图像采集，成本低，能耗低，采用不可见光作为搜索标记，配合室内滤光片，可以消除可见光的干扰，消除环境光变化造成的图像功能分离的困难。摄像机采集的数据量较低，且单片机能满足图像的采集和处理，便于在嵌入式系统中实现设计功能。同时可以控制设计成本，从而降低成本，减少推广障碍。1.3系统模块总体设计系统模块总体大致可分为摄像头、一字线性激光发射器、单片机等，另外，还有外壳部分的硬件选型与研究，例如TNT屏幕等。整体而言选型的原则是测量模块精度优良，易于使用，利于二次开发。各模块具体功能如下：（1）主控模块：控制各个模块，特别是数据采集和数据生成。（2）TFT彩屏显示模块：显示投影光斑，易于后续数据记录和处理。（3）激光模块：键盘尺寸要求120度，激光器模块650nm。在实际使用过程中，激光设置应使键盘平整且按键尺寸统一，尽量减少系统的误判。（4）一字线激光发射器模块：一字线激光器是红外波段，波长808nm，主要用于滤除可见光的干扰，为降低其功率，提高键盘的可靠性和精确度，激光发射器采用50W的工作功率，模组直径12mm，长度40mm，线发射角为120度、60度和35度。采用线状的激光类型。（5）摄像头模块：摄像头模块主要用来采集反射的红外光信号，然后将图像传输给单片机。（6）蜂鸣器模块：发出电源声音和按键声音。下图是对象整体设计的仿真图：摄像头摄像头激光键盘图案投射器一字线发射器人手指键盘图案摄像头接收图像图2-2整体设计仿真图1.4操作步骤设置好摄像机角度，使所有激光投射的虚拟键盘的位置都位于摄像机的图像区域。用户点击任意字符按钮，摄像机摄取的图像经过主机图像二值化，二值图像被发送到TFT彩色屏幕。每个像素从源交叉，并且原点作为第一像素的坐标被确定为像素坐标系中反射光斑像素点的坐标并存储在主机中。重复上述步骤，得到每个按键的坐标并存储在上位机中。如果系统工作，用户点击激光投影键盘字符键，重复这些步骤获得指尖的坐标，并与先前存储在上位机中的字符键坐标进行比较和求值，最后获取相应的按键输入信息。1.5项目制作步骤本次毕业设计分为五步来对基于STM32的激光投影键盘系统进行研究，分别描述如下，重点分析了软硬件技术的应用。1.熟悉课题和任务，查阅相关参考资料，进行市场调研和数据收集，了解激光投影键盘行业现状和发展现状，查阅相关文献，论证项目可行性，明确设计目的与意义、研究的内容、思路和软硬件技术路线，完成项目可行性研究报告和开发方案。1.完成各功能模块的工艺设计和实验，硬件焊接和软件编程的执行，对已摄取的图像进行初步处理，问题发现和设计解决方案。3.与建立的坐标系进行比较，使其达到默认值，完成功能模块的检查和改进，并进行相关实验。4.壳体设计焊接，完成系统集成和综合测试，进行数据分析和