基于FPGA的无线激光笔互动系统技术方案

一种嵌入式无线控制技术领域的基于FPGA的无线激光笔互动系统，由发射器和接收控制器组成，发射器包括：按键编码模块、可控激光头模块、无线发射模块和电源模块，接收控制器包括：主处理器模块、摄像头采集模块、无线接收模块、VGA接口模块、存储模块、串口转USB口模块和电源模块。本发明专利技术在提供丰富交互功能的同时将外置设备集成为带无线通信的发射端和接收端两部分，大大方便了安装部署，可以在会议、产品演示、教育培训等场合得到广泛的应用。

Wireless laser pen interaction system based on FPGA

Wireless laser pen interaction system based on FPGA is a technology of embedded wireless control, by the transmitter and receiving controller, the transmitter includes a key encoding module, controllable laser head module, wireless transmitting module and power supply module, the receiving controller comprises a main processor module, camera module, wireless receiving module, VGA interface module storage module, USB serial port module and power module. The present invention provides rich interactive functions and integration of external devices for transmitting and receiving wireless communication with the end of part two, greatly facilitate the installation and deployment, can be widely used in meetings, product demonstrations, education and training etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是嵌入式无线控制
的装置，具体是一种基于FPGA的无线 激光笔互动系统。
技术介绍
近年来，随着多媒体技术的普及，投影仪和计算机取代了黑板和粉笔成为了主流 的授课设备。但传统的计算机控制设备键盘和鼠标是为个人计算机使用设计的，需要在计 算机前进行操作，这样导致教师在进行多媒体教学的时候，往往需要守在计算机前边，一边 操作计算机一边进行讲解，需要重点强调的地方，还要不时地站起身来，指指点点，本来提 供方便的多媒体演示设备，却把教师丰富的课堂语言给束缚了。无线控制激光笔的引入很好地解决了这一问题。例如在中国专利03270412 中，公开了一种带有上下翻页按钮和无线收发装置的激光笔，可以完成对计算机幻灯片的 上下翻页控制，但功能相对而言比较单一，无法实现其他激光笔的互动功能；在中国专利 200810035544. 6中，公开了一种识别激光笔光点轨迹的方法，能成功识别光点的轨迹信息， 形成各种形状、字母、数字等的展示效果，但实施所需设备较多，安装部署不方便；在中国专 利200810M3107. 3中，公开了一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统，能根据红外激光的时间 长短和次数区分包括光点指示、光点移动、点击在内的不同操作，并控制计算机系统在显示 屏的对应位置上产生光点，且完成对应操作，同样实施时所需设备较多，光是摄像头就需要 两个。通过对现有的专利及文献比较发现，一般只带幻灯片翻页功能的激光笔只需要发射 端和接收端两部分，安装部署方便，但功能相对单一；而功能稍微多些的激光笔交互系统往 往需要设备较多，如带图像处理模块的激光笔系统至少要包含摄像头设备，从而造成线缆 较多，安装部署不方便。目前电子技术的发展方向为轻便，可移动性好，但是现有的专利技 术还未实现一种功能丰富而且安装部署方便的激光笔交互系统。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种基于FPGA的无线激光笔互动系统，在 提供丰富交互功能的同时将外置设备集成为带无线通信的发射端和接收端两部分，大大方 便了安装部署，可以在会议、产品演示、教育培训等场合得到广泛的应用。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术由发射器和接收控制器组成，其中发射器包括按键编码模块、可控激光头模块、无线发射模块和电源模块，其中 按键编码模块与无线发射模块相连接并传输按键控制信息，可控激光头模块与无线发射模 块连接并传输激光头按键信息，电源模块分别与按键编码模块、可控激光头模块和无线发 射模块相连接并提供工作电源；接收控制器包括主处理器模块、摄像头采集模块、无线接收模块、VGA接口模块、 存储模块、串口转USB 口模块和电源模块，其中主处理器模块与摄像头采集模块、无线接 收模块、VGA接口模块、存储模块、串口转USB 口模块相连接并传输控制信息，摄像头采集模块与主处理器模块相连连接并传输图像信息，无线接收模块与主处理器模块相连接并传输 接收到的发射器的无线控制信息，VGA接口模块与主处理器模块相连接并传输图像信息，存 储模块与主处理器模块相连接并传输图像信息，串口转USB 口模块与主处理器模块相连接 并传输激光点坐标及无线控制信息，电源模块分别与主处理器模块、摄像头采集模块、无线 接收模块、VGA接口模块、存储模块以及串口转USB 口模块相连接并提供工作电源。所述的发射器的无线发射模块和接收控制器的无线接收解码模块中的编码和解 码相匹配。由于摄像头所采集到的图像信息中无法准确地只包含显示屏幕的信息而不含其 它成分，且显示屏幕在视频图像中往往不是规则的四边形而是带有较小曲率的类似四边 形，因此需要通过屏幕校准模块将图像信息中的坐标转换为显示屏幕对应的坐标。屏幕显示模块的输入为来自屏幕校准模块校准后的激光点坐标信息，输出为轨迹 绘制的显示、鼠标操作的响应或放大镜操作的响应。使用时，首先将接收控制器上电并与授课主机通过USB接口连接，接着开启主机 上相应的控制软件。若是初次使用，需要进行校准，具体为通过接收控制端VGA接口接的显 示器查看摄像头拍摄的位置，确保使拍摄的图像包含整个显示屏幕，接着用激光笔产生的 激光点按顺时针顺序分别标示显示屏幕上的四个顶点，这样就记录下了显示屏幕上四个顶 点的坐标，校准步骤到此结束。演讲时，无线发射器由操作者手持进行控制，按键信息通过 无线模块传送到接收控制器，由接收控制器进行适当处理后，将控制信息及坐标信息通过 USB接口送至授课主机的软件端并进行相应的响应，同时显示在大屏幕上。演讲过程中您可 以通过上下键来切换幻灯片页面，在屏幕上绘制激光点的轨迹，模拟鼠标的移动、左击和右 击功能，以及对需要重点指出或看不清楚地部分进行局部放大。通过上面的描述可以看出，这套装置提供了一种方便实用的无线激光笔辅助教学 和演讲方式，适合各种不同的教学和演讲场合，如礼堂，会议室等。经查询中国专利信息网， 尚未见相同装置报导。本专利技术的优点或积极效果为教学过程中不再需要守在电脑旁边，改变了传统的 多媒体授课方式；激光笔作为一种多功能的无线设备，不再仅仅具有激光指示功能，而且还 能实现轨迹绘制、模拟鼠标操作以及局部放大等功能，而且成本低廉；轻便，可移动性好，整 套设备只由发射器和接收控制器两部分组成，仅有接收控制器与电脑连接采用USB线缆连 接，其他均为无线连接，安装部署方便。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为发射器外形结构图。图3为接收控制器外形结构图。图4为发射器内部硬件结构示意图。图5为接收控制器内部硬件结构示意图。图6为授课主机端软件逻辑流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施方案作详细说明本实施方案在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限 于下述的实施方案。本实施例由发射器1和接收控制器2组成，其中发射器1包括按键编码模块3、可控激光头模块4、无线发射模块5和第一电源模 块6，其中按键编码模块3与无线发射模块5相连接并传输按键控制信息，可控激光头模 块4与无线发射模块5连接并传输激光头按键信息，第一电源模块6分别与按键编码模块 3、可控激光头模块4和无线发射模块5相连接并提供工作电源；接收控制器2包括主处理器模块7、摄像头采集模块8、无线接收模块9、VGA接口 模块10、存储模块11、串口转USB 口模块12和第二电源模块13，其中主处理器模块7与 摄像头采集模块8、无线接收模块9、VGA接口模块10、存储模块11、串口转USB 口模块12 相连接并传输控制信息，摄像头采集模块8与主处理器模块7相连连接并传输图像信息，无 线接收模块9与主处理器模块7相连接并传输接收到的发射器1的无线控制信息，VGA接 口模块10与主处理器模块7相连接并传输图像信息，存储模块11与主处理器模块7相连 接并传输图像信息，串口转USB 口模块12与主处理器模块7相连接并传输激光点坐标及无 线控制信息，第二电源模块13分别与主处理器模块7、摄像头采集模块8、无线接收模块9、 VGA接口模块10、存储模块11以及串口转USB 口模块12相连接并提供工作电源。如图2所示，所述的发射器1上设有激光发射开关14、向上翻页及鼠标左击键 15、向下翻页及鼠标右击键16、清屏键17、切换鼠标模式键18、切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＦＰＧＡ的无线激光笔互动系统，其特征在于，由发射器和接收控制器组成，其中：发射器包括：按键编码模块、可控激光头模块、无线发射模块和电源模块，其中：按键编码模块与无线发射模块相连接并传输按键控制信息，可控激光头模块与无线发射模块连接并传输激光头按键信息，电源模块分别与按键编码模块、可控激光头模块和无线发射模块相连接并提供工作电源；接收控制器包括：主处理器模块、摄像头采集模块、无线接收模块、ＶＧＡ接口模块、存储模块、串口转ＵＳＢ口模块和电源模块，其中：主处理器模块与摄像头采集模块、无线接收模块、ＶＧＡ接口模块、存储模块、串口转ＵＳＢ口模块相连接并传输控制信息，摄像头采集模块与主处理器模块相连连接并传输图像信息，无线接收模块与主处理器模块相连接并传输接收到的发射器的无线控制信息，ＶＧＡ接口模块与主处理器模块相连接并传输图像信息，存储模块与主处理器模块相连接并传输图像信息，串口转ＵＳＢ口模块与主处理器模块相连接并传输激光点坐标及无线控制信息，电源模块分别与主处理器模块、摄像头采集模块、无线接收模块、ＶＧＡ接口模块、存储模块以及串口转ＵＳＢ口模块相连接并提供工作电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钢，陈刚，申瑞民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31