虚拟键盘装置的制作方法

本实用新型涉及键盘技术领域，尤其是涉及一种虚拟键盘装置。

背景技术：

近年来，随着现代科技的不断发展，智能手机、平板电脑等电子产品的功能也越来越强大。因其具有便携性、体积小、功能多等优点，越来越受到人们的喜爱。体积小、便携性是此类电子产品的一大特点，因此在为其设计合适的用户输入方式时也需要考虑这些方面。目前，市面上的设计方案主要有：手写体识别、触摸屏软键盘、语音识别、激光虚拟键盘。下面对这几种方案作简单介绍：

手写体识别：用户能像使用笔和纸一样地向移动智能设备输入数据，但是输入速度较慢，一般每分钟只有15-25字，且错误率相对较高。这种方式适合于数据输入量少的用户。

触摸屏软键盘：在屏幕上提供一个可视化的键盘，用户通过点击屏幕上的按键位置即可实现输入。但由于受屏幕尺寸制约，软键盘不太符合人体工学，输入速度不高，且经常出现误触发。当键盘占据一定的屏幕面积时，字符的显示效果也不太理想。

语音识别：语音识别只需要麦克风、相应的软件即可实现，具有很不错的便携性。但在输入正确率方面则不尽如人意，且在输入私人的或保密信息时，或在会议等不宜发出声音的场合，以及在太过嘈杂的环境时，语音识别就不适合了。

激光虚拟键盘：目前市场上已经有投影式虚拟键盘。其基于图像处理技术，可在任意平面上投影出键盘，键盘的图案可以设计为用户比较熟悉的QWERTY键盘。其主要特点是方便携带，键盘敲不坏，防水，外观绚丽，时代感强。不过因售价高，目前尚未普及。

随着手机等智能移动设备的功能不断丰富，人们使用移动设备的时间越来越长，在移动设备上的信息输入也越来越多。QWERTY键盘，也称全键盘，是现在普遍使用的电脑键盘布局，也是不少人使用起来比较熟练的一种键盘布局。不少用户希望能够在移动设备上拥有QWERTY键盘以满足快速文本输入的需求。而通过前面对多种用户输入方案的比较可看出，激光虚拟键盘既可拥有QWERTY键盘的布局大小，又具有一定的便携性，是一种理想的移动设备信息输入方式。在智能设备日益普及的今天，激光虚拟键盘作为一种方便的人机交互工具，确实值得好好研究。

技术实现要素：

本实用新型提出一种虚拟键盘装置，不仅稳定性和准确性高，而且低成本以及携带方便，适合推广使用。

本实用新型的技术方案是这样实现的：虚拟键盘装置，包括安装架，所述安装架与桌面之间设有夹角且所述夹角小于90度，所述安装架的正面自上而下依次安装有摄像头、键盘图案激光发射器和红外激光器，所述摄像头、键盘图案激光发射器和红外激光器共同电连接有处理器，所述摄像头上安装有与所述红外激光器相适配的红外滤光片，所述摄像头和键盘图案激光发射器的发射轨迹均与桌面之间设有夹角且所述夹角小于90度，所述红外激光器的发射轨迹与桌面平行设置。

作为一种优选的技术方案，所述处理器与摄像头之间连接有存储芯片。

作为一种优选的技术方案，所述处理器采用基于ARM Cortex-M3内核的32位STM32F103RCT6微控制器，所述STM32F103RCT6微控制器包括外部时钟产生电路和USB供电与通信电路。

作为一种优选的技术方案，所述摄像头采用OV7670摄像头。

作为一种优选的技术方案，所述红外激光器为一字线红外激光器。

采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：本实用新型的键盘图案激光发射器向桌面投射QWERTY键盘图案，用红外激光器发射一条线型红外激光，该激光形成的扇面与桌面平行，并覆盖前面提到的整个键盘图案。在装置的最上方固定有一摄像头，摄像头上加装有一红外滤光片，只允许红外光通过。摄像头对键盘区域进行图像采集，并将采集到的图像数据传送给控制端处理。通过在摄像头前加装滤光片，可以有效滤除环境光中可见光的干扰，这既提高装置的可靠性，也简化后续图像处理工作。当没有键按下时，一字线红外激光平行掠过桌面，从摄像头将看不到任何东西。当有键按下时，指尖将被红外激光照射，从摄像头将看到一光斑。最后向处理器发送相应的按键命令便可实现按键功能。因此，虚拟键盘装置，不仅稳定性和准确性高，而且低成本以及携带方便，适合推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路连接示意图；

图3为本实用新型摄像头与存储芯片的连接电路图；

其中：1、安装架；2、摄像头；3、键盘图案激光发射器；4、红外激光器；5、处理器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，虚拟键盘装置，包括安装架1，安装架1与桌面之间设有夹角且所述夹角小于90度，安装架1的正面自上而下依次安装有摄像头2、键盘图案激光发射器3和红外激光器4，摄像头2、键盘图案激光发射器3和红外激光器4共同电连接有处理器5，摄像头2上安装有与所述红外激光器4相适配的红外滤光片(图中未标出)，摄像头2和键盘图案激光发射器3的发射轨迹均与桌面之间设有夹角且所述夹角小于90度，红外激光器4的发射轨迹与桌面平行设置。

如图3所示，处理器5与摄像头2之间连接有存储芯片。存储芯片为FIFO存储芯片，OV7670摄像头的COMS芯片的8位数据数据口直接与FIFO存储芯片AL422B的数据输入口相连，并将PCLK(像素时钟)与FIFO的WCLK相连，这样OV7670每输出8位数据便会控制FIFO芯片将其存储。此外OV7670的VSYNC(帧同步信号)则与单片机相连。OV7670每输出一帧图像数据前，便会在VSYNC上产生一个下降沿，单片机通过该信号便可知道上一帧数据已经存入了FIFO中，可以去读取了。OV7670上的SIO_C、SIO_D也要与单片机相连，通过它们，单片机才能对OV7670的工作模式、数据格式等多种参数进行修改控制。单片机从FIFO读取数据，则主要是通过控制FIFO的/OE、/WRST、/RRST、/RCLK实现。

本实施例中，处理器5采用基于ARM Cortex-M3内核的32位STM32F103RCT6微控制器，所述STM32F103RCT6微控制器包括外部时钟产生电路和USB供电与通信电路。该芯片由意法半导体(ST)公司出品，其内核是Cortex-M3。最高工作频率可达72MHz，具备单周期乘法和硬件除法。拥有256K字节的flash、48K字节的SRAM。芯片集成了定时器、CAN、SPI、ADC、I2C、USB、UART多种功能。

摄像头2采用OV7670摄像头。OV7670是OV(OmniVision)公司生产的一种1/6寸的CMOS VGA图像传感器，内含30W像素、像素面积3.6μm x 3.6μm的CMOS图像感光芯片。有多种数据输出格式可供选择：YUV/YCbCr4:2:2、RGB565/555/444、GRB4:2:2、Raw RGB Data。通过SCCB总线进行控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种8位分辨率图像数据。它的VGA图像最大帧率达30帧每秒。

红外激光器4为一字线红外激光器。的工作波长为980nm，5V直流供电，工作电流小于100mA，输出功率30mW(后期实验发现30mW的功率对本装置而言过高，需串接150欧姆左右的限流电阻)。该红外激光器输出的光斑形状为一字线型，线角度为120度。红外滤光片的选择应与一字线红外激光器相匹配。上面的激光器的工作波长为980nm，则这里选择800nm-1100nm高透，400-760nm截止的滤光片，其直径为18mm，厚度为2mm。

本实用新型的工作过程如下：

键盘图案激光发射器3向桌面投射QWERTY键盘图案，用红外激光器4发射一条线型红外激光，该激光形成的扇面与桌面平行，并覆盖前面提到的整个键盘图案。在装置的最上方固定有一摄像头2，摄像头2上加装有一红外滤光片，只允许红外光通过。摄像头2对键盘区域进行图像采集，并将采集到的图像数据传送给控制端处理。通过在摄像头2前加装滤光片，可以有效滤除环境光中可见光的干扰，这既提高装置的可靠性，也简化后续图像处理工作。当没有键按下时，一字线红外激光平行掠过桌面，从摄像头2将看不到任何东西。当有键按下时，指尖将被红外激光照射，从摄像头2将看到一光斑。最后向处理器5发送相应的按键命令便可实现按键功能。

本实用新型以STM32单片机作为控制核心，以OV7670摄像头作为视觉采集设备，红外激光作为辅助光源，通过红外滤光片滤除环境光干扰，通过检测指尖光斑来识别按键动作。从实验结果看，该方案具有较好的稳定性、可行性。因此，虚拟键盘装置，不仅稳定性和准确性高，而且低成本以及携带方便，适合推广使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。