投影教学中幕布标记智能教鞭的制作方法
【专利摘要】投影教学中幕布标记智能教鞭。本发明实现一种现有投影幕布条件下在授课过程中教师在幕布前做记录的智能教鞭，就如同在黑板上用粉笔写字般方便，便于老师授课。将现有的鼠标各个模块整合到一根类似教鞭的圆筒中，再加上无线通讯功能，其中最重要的是解决在投影幕布表面勾画过程中精确控制光标的对应移动，和利用PowerPoint中提供的“荧光笔”和“橡皮擦”功能实现实时标记和擦除的目的，本发明解决了现有的多媒体教学过程中教师被“捆绑”在计算机屏幕前面的尴尬情景，使得授课教师们能像板书那样更加灵活和积极的授课，使得老师可以在同学中间走动，提高了授课效率。
【专利说明】
投影教学中幕布标记智能教鞭
技术领域
[0001]本发明涉及对现有多媒体教学中投影幕布条件下在授课过程中教师方便标记的智能教鞭，便于老师授课。
【背景技术】
[0002]在我国教育部倡导的多媒体教育的影响下，我国各个层次的学校迅速的装备了多媒体的教育工具，其中最为常见的无疑是计算机-投影仪-幕布设备，运行简单、易操作、接受程度高的微软办公软件PowerPoint代替以前的“黑板-粉笔”的板书模式，节约了教学时间，提高了教学效率、实现了传递信息的多样性，例如，视频，动态图画等等。作为一名学生我发现这种“计算机-投影仪-幕布”的教学模式时常限制授课教师的主观能动性，以我的了解大部分授课教师并不喜欢被束缚在计算机屏幕前，而是希望走到学生中间实现与学生的互动，活跃课堂气氛，并且多年“黑板-粉笔”教学模式老师们习惯在黑板上勾勾画画，由于投影的缘故他们不得不回到计算机前面，这打破了授课的连贯性，其实上课的目的不仅仅是传递知识，更加重要的是使同学适应人与人之间的交流以及精神、情绪上师生之间的人文主义情怀的传承，这种不连贯的教学模式严重影响到以上这两点。当然还有的老师会找一些细竹竿等坚硬物体用力的刻画，或者直接拿粉笔在幕布上标记，这样的结果必然是幕布伤痕累累，我发现几乎所有教室里的幕布都出现不同程度的损坏情况，严重的都影响后续使用。为了解决授课过程中无法直接在幕布中做记录这一问题，本发明提供了一种智能的教鞭，使教师在授课过程如同手握粉笔在黑板上勾勾画画一般轻松，让教师们从计算机旁边解放出来，走到同学们中间来。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是在现有教学设备就出上提供一种便于在投影幕布上直接标记的教学用教鞭，由普通计算机、投影仪、投影幕布、智能教鞭构成完整的工作系统，解决教鞭技术问题采用的技术方案是:首先为了捕捉智能教鞭的在幕布上的移动轨迹，在智能教鞭的顶部设计一个轨迹追踪头，其轨迹追踪头中安装有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮轨迹追踪头底部所在的幕布表面。然后将轨迹追踪头底部所在的幕布表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件(微成像器)把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。这样，当轨迹追踪头移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用安装在智能教鞭主体内部的一块专用图像分析芯片(DSP芯片，即数字微处理器)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。然后控制芯片将所得位置信息通过无线发射模块和连接在计算机上的无线适配器，使计算机得到信息进而利用PowerPoint放映时提供的“焚光笔”功能连接教鞭和投影内容，实现在投影幕布上标记的目的。
[0004]其中光接收器需要保证反射光近乎垂直的射入，但是教鞭与幕布的夹角几乎随时改变。为了解决这一问题，将轨迹追踪头设计为可活动的机构，用一个闭环反馈系统控制与调节，具体设计是在轨迹追踪头底部安装四个光敏感应器探测外界光源的强弱，将所得信号传输到控制芯片经处理分析，生成一组动作信号命令，这个命令包含的内容为马达的转动方向，转动时间，将动作信号传给微型马达，马达动作通过一组锥齿轮后用齿链传动的方式控制轨迹追踪头底部基本保持与投影幕布平行，为了提高控制、轨迹追踪的效率和轨迹追踪头底部与投影幕布表面的软贴合，在轨迹追踪头底部安装两圈橡胶垫圈，这样既保证了幕布不被划伤也，提高了轨迹追踪过程中反射光的采集，提高了轨迹追踪精度。
[0005]在投影的过程中由于分辨率的缘故时常出现无法全幕布投影或偏移等情况，由于本设计利用了 PowerPoint中的焚光笔功能，这就要求智能教鞭在轨迹移动过程中与计算机屏幕上的轨迹实现对应，才能达到精确标记的目的。为了解决这一问题我们借鉴机床在加工零件初建立加工坐标系时采用的“对刀”原理，“三点确定一个坐标系”。我们在教鞭主体中设置一个按键，我们叫它“定位键”，并在控制芯片中烧写一个对比算法，首先在投影仪正常工作后将教鞭轨迹追踪头移到投影区域左下角位置，按下“定位键”，控制芯片控制计算机光标同时移到计算机屏幕的左下角并控制轨迹只可记录水平方向的移动轨迹信息，然后移动教鞭轨迹追踪头到投影区域的右下角，第二次按下“定位键”控制芯片控制计算机光标移到计算机屏幕的右下角，并记录下所得的移动轨迹数据，同时控制轨迹只可记录垂直方向的移动轨迹信息，然后移动轨迹追踪头到投影区域的右上角，第三次按下“定位键”控制芯片控制计算机光标移到计算机屏幕的右上角，记录下移动所得的垂直数据，控制程序将所得数据与计算机分辨率进行对比计算出移动轨迹对应比率，实现智能教鞭轨迹追踪头移动与计算机光标精确对应的控制方式，智能教鞭转入工作模式。
[0006]紧接着要解决的就是硬件的驱动和与现有设备的兼容问题，考虑到目前教学设备中提供的计算机没有蓝牙功能，设计的智能教鞭分为两个部分，教鞭主体和无线适配器。在前面我们已经介绍了主体工作原理类，因此智能教鞭只需运行普通鼠标驱动程序即可，其“定位对比程序”和“轨迹追踪头控制程序”的运行和计算只需在智能教鞭的控制芯片中进行。其中主体电源采用干电池供电方式。
[0007]为了便于移动中的操作，在智能教鞭边上设计了两个类似鼠标的左、右键功能的软触式按键，分别叫它们“功能左键”与“功能右键”，其硬件与软件驱动都与鼠标类似。在教学过程中频繁的出现老师讲课中将智能教鞭移开屏幕，出现下次记录时光标丢失情况，只需控制计算机光标移到计算机左下角，将智能教鞭轨迹追踪头从投影区域左下角重新开始记录即可重新获得光标。
[0008]本发明设计具有方便、易于操作、便携等特点，便于教师在授课过程中的互动教学，有很好的推广和实用价值，潜在较大的市场，例如，学校、公司、展馆等。
【附图说明】
[0009]
图1智能教鞭结构图图2轨迹追踪头结构图图中1.干电池，2.开关键，3.定位键，4.功能左键，5.控制芯片，6链传动机构，7.圆锥齿轮，8微型马达，9.光学成像定位引擎，10.处理器，11.功能右键，12.复位键，13.记录键，14.无线发射模块，15.后盖，16.光接收器，17.橡胶垫圈，18.光敏电阻，19.发光二极管，20.透镜组，21.轨迹追踪头支架，22.轴，23.外壳，24.光学传感器。
【具体实施方式】
[0010]
启动计算机和投影仪，智能教鞭安装好图1中的干电池(1)，关上图1中的后盖(15)，将蓝牙适配器插到计算机USB口，打开图1智能教鞭上的“开关键(2)”，计算机自动识别并安装鼠标驱动程序，提示安装成功后，将教鞭的“轨迹追踪头”移到投影区域的左下角，第一次按下图1中“定位键(3)”近似水平的沿着投影区域的下边缘移到右下角处，第二次按下“定位键(3)”，沿着投影区域的左边缘近似垂直的移动到投影区域的右上角，第三次按下图1中“定位键(3)”，经过内部运算完成智能教鞭的准备工作，在投影区域移动智能教鞭轨迹追踪头，发现光标随之相应的移动。便可进入工作状态，利用图1中“功能左键(4)”与“功能右键
(11)”可实现鼠标的基本功能。打开投影软件PowerPoint选择好要放映的内容，这一步也可利用鼠标在计算机上完成，单击图1中“记录键(13)”完成内容相当于鼠标单击右键选择“荧光笔”功能，“荧光笔”功能启动移动到要标记区域，按住图1中“功能左键(4)”拖动便可在屏幕上出现拖动轨迹的标记，其中“荧光笔”的颜色、粗细等均可通过图1中“功能左键(4)”与“功能右键(11)”完成与鼠标操作完全一致。当需要擦除所做标记时双击图1中“记录键
(13)”，完成功能相当于鼠标单击右键选择启动“橡皮擦”功能，移到要擦除的位置利用图1中“功能左键(4)”与“功能右键(11)”的配合实现擦除标记，其操作与鼠标操作类似。当完成使用后只需将图1中“开关键(2)”掷到关的位置即可，整个操作实现，当然长期不使用还需将电池卸下。当在操作过程中调换分辨率，只需双击图1中“复位键(12)”重新操作定位步骤或输入调整后的分辨率即可。在教学过程中频繁的出现老师讲课中将智能教鞭移开屏幕，只需单击图1中“复位键(12)”光标移到计算机左下角，记录的投影区域的左下角点作为坐标原点O，坐标系水平轴过右下角A点，纵轴过点的坐标为右上角B点的横轴坐标减去A的横轴坐标，纵轴坐标保留B的数据这个点记为C，这样建立工作平面坐标系，默认计算机屏幕左下角、下边界、左边界所得坐标为物理平面坐标系，记录前将轨迹追踪头移到工作平面坐标系原点0，发出指令通过控制芯片两坐标系建立对应联系，便可开始工作。
【主权项】
1.一种投影教学中幕布标记智能教鞭，由圆筒形教鞭主体和无线适配器两部分构成，教鞭主体中集成了光电轨迹追踪模块、机械动作模块，其中这两个模块实现轨迹追踪头始终与投影幕布垂直并准确地捕捉运动轨迹，结合PowerPoint软件的自有的“荧光笔”和“橡皮擦”功能，并按使用者要求做出响应轨迹标记。2.根据权利I所述智能教鞭，其确定光标和轨迹追踪头的方法是:将教鞭的“轨迹追踪头”移到投影区域的左下角，记录下数据，然后近似水平的沿着投影区域的下边缘移到右下角处，记录下第二个数据点，沿着投影区域的左边缘近似垂直的移动到投影区域的右上角，记录下第三个数据点，根据三点确定一个平面和边缘数据得到投影区域，与计算机固有的分辨率数据作比例，计算出追踪头在幕布表面移动和光标在计算机屏幕中移动的比值。3.根据权利I所述智能教鞭，其随时定位光标的方法是:将2中所述的记录的投影区域的左下角点作为原点0，坐标系水平轴过右下角A点，纵轴过点的坐标为右上角B点的横轴坐标减去A的横轴坐标，纵轴坐标保留B的数据这个点记为C，这样建立工作平面坐标系，默认计算机屏幕左下角、下边界、左边界所得坐标为物理平面坐标系，记录前将轨迹追踪头移到工作平面坐标系原点0，发出指令通过控制芯片两坐标系建立对应联系。
【文档编号】G06F3/0354GK106023720SQ201610314667
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】李建龙
【申请人】李建龙