投影教學中幕布標記智能教鞭的制作方法
【專利摘要】投影教學中幕布標記智能教鞭。本發明實現一種現有投影幕布條件下在授課過程中教師在幕布前做記錄的智能教鞭，就如同在黑板上用粉筆寫字般方便，便于老師授課。將現有的鼠標各個模塊整合到一根類似教鞭的圓筒中，再加上無線通訊功能，其中最重要的是解決在投影幕布表面勾畫過程中精確控制光標的對應移動，和利用PowerPoint中提供的“熒光筆”和“橡皮擦”功能實現實時標記和擦除的目的，本發明解決了現有的多媒體教學過程中教師被“捆綁”在計算機屏幕前面的尷尬情景，使得授課教師們能像板書那樣更加靈活和積極的授課，使得老師可以在同學中間走動，提高了授課效率。
【專利說明】
投影教學中幕布標記智能教鞭
技術領域
[0001]本發明涉及對現有多媒體教學中投影幕布條件下在授課過程中教師方便標記的智能教鞭，便于老師授課。
【背景技術】
[0002]在我國教育部倡導的多媒體教育的影響下，我國各個層次的學校迅速的裝備了多媒體的教育工具，其中最為常見的無疑是計算機-投影儀-幕布設備，運行簡單、易操作、接受程度高的微軟辦公軟件PowerPoint代替以前的“黑板-粉筆”的板書模式，節約了教學時間，提高了教學效率、實現了傳遞信息的多樣性，例如，視頻，動態圖畫等等。作為一名學生我發現這種“計算機-投影儀-幕布”的教學模式時常限制授課教師的主觀能動性，以我的了解大部分授課教師并不喜歡被束縛在計算機屏幕前，而是希望走到學生中間實現與學生的互動，活躍課堂氣氛，并且多年“黑板-粉筆”教學模式老師們習慣在黑板上勾勾畫畫，由于投影的緣故他們不得不回到計算機前面，這打破了授課的連貫性，其實上課的目的不僅僅是傳遞知識，更加重要的是使同學適應人與人之間的交流以及精神、情緒上師生之間的人文主義情懷的傳承，這種不連貫的教學模式嚴重影響到以上這兩點。當然還有的老師會找一些細竹竿等堅硬物體用力的刻畫，或者直接拿粉筆在幕布上標記，這樣的結果必然是幕布傷痕累累，我發現幾乎所有教室里的幕布都出現不同程度的損壞情況，嚴重的都影響后續使用。為了解決授課過程中無法直接在幕布中做記錄這一問題，本發明提供了一種智能的教鞭，使教師在授課過程如同手握粉筆在黑板上勾勾畫畫一般輕松，讓教師們從計算機旁邊解放出來，走到同學們中間來。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是在現有教學設備就出上提供一種便于在投影幕布上直接標記的教學用教鞭，由普通計算機、投影儀、投影幕布、智能教鞭構成完整的工作系統，解決教鞭技術問題采用的技術方案是:首先為了捕捉智能教鞭的在幕布上的移動軌跡，在智能教鞭的頂部設計一個軌跡追蹤頭，其軌跡追蹤頭中安裝有一個發光二極管，通過該發光二極管發出的光線，照亮軌跡追蹤頭底部所在的幕布表面。然后將軌跡追蹤頭底部所在的幕布表面反射回的一部分光線，經過一組光學透鏡，傳輸到一個光感應器件(微成像器)把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。這樣，當軌跡追蹤頭移動時，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用安裝在智能教鞭主體內部的一塊專用圖像分析芯片(DSP芯片，即數字微處理器)對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理，通過對這些圖像上特征點位置的變化進行分析，來判斷移動方向和移動距離，從而完成光標的定位。然后控制芯片將所得位置信息通過無線發射模塊和連接在計算機上的無線適配器，使計算機得到信息進而利用PowerPoint放映時提供的“焚光筆”功能連接教鞭和投影內容，實現在投影幕布上標記的目的。
[0004]其中光接收器需要保證反射光近乎垂直的射入，但是教鞭與幕布的夾角幾乎隨時改變。為了解決這一問題，將軌跡追蹤頭設計為可活動的機構，用一個閉環反饋系統控制與調節，具體設計是在軌跡追蹤頭底部安裝四個光敏感應器探測外界光源的強弱，將所得信號傳輸到控制芯片經處理分析，生成一組動作信號命令，這個命令包含的內容為馬達的轉動方向，轉動時間，將動作信號傳給微型馬達，馬達動作通過一組錐齒輪后用齒鏈傳動的方式控制軌跡追蹤頭底部基本保持與投影幕布平行，為了提高控制、軌跡追蹤的效率和軌跡追蹤頭底部與投影幕布表面的軟貼合，在軌跡追蹤頭底部安裝兩圈橡膠墊圈，這樣既保證了幕布不被劃傷也，提高了軌跡追蹤過程中反射光的采集，提高了軌跡追蹤精度。
[0005]在投影的過程中由于分辨率的緣故時常出現無法全幕布投影或偏移等情況，由于本設計利用了 PowerPoint中的焚光筆功能，這就要求智能教鞭在軌跡移動過程中與計算機屏幕上的軌跡實現對應，才能達到精確標記的目的。為了解決這一問題我們借鑒機床在加工零件初建立加工坐標系時采用的“對刀”原理，“三點確定一個坐標系”。我們在教鞭主體中設置一個按鍵，我們叫它“定位鍵”，并在控制芯片中燒寫一個對比算法，首先在投影儀正常工作后將教鞭軌跡追蹤頭移到投影區域左下角位置，按下“定位鍵”，控制芯片控制計算機光標同時移到計算機屏幕的左下角并控制軌跡只可記錄水平方向的移動軌跡信息，然后移動教鞭軌跡追蹤頭到投影區域的右下角，第二次按下“定位鍵”控制芯片控制計算機光標移到計算機屏幕的右下角，并記錄下所得的移動軌跡數據，同時控制軌跡只可記錄垂直方向的移動軌跡信息，然后移動軌跡追蹤頭到投影區域的右上角，第三次按下“定位鍵”控制芯片控制計算機光標移到計算機屏幕的右上角，記錄下移動所得的垂直數據，控制程序將所得數據與計算機分辨率進行對比計算出移動軌跡對應比率，實現智能教鞭軌跡追蹤頭移動與計算機光標精確對應的控制方式，智能教鞭轉入工作模式。
[0006]緊接著要解決的就是硬件的驅動和與現有設備的兼容問題，考慮到目前教學設備中提供的計算機沒有藍牙功能，設計的智能教鞭分為兩個部分，教鞭主體和無線適配器。在前面我們已經介紹了主體工作原理類，因此智能教鞭只需運行普通鼠標驅動程序即可，其“定位對比程序”和“軌跡追蹤頭控制程序”的運行和計算只需在智能教鞭的控制芯片中進行。其中主體電源采用干電池供電方式。
[0007]為了便于移動中的操作，在智能教鞭邊上設計了兩個類似鼠標的左、右鍵功能的軟觸式按鍵，分別叫它們“功能左鍵”與“功能右鍵”，其硬件與軟件驅動都與鼠標類似。在教學過程中頻繁的出現老師講課中將智能教鞭移開屏幕，出現下次記錄時光標丟失情況，只需控制計算機光標移到計算機左下角，將智能教鞭軌跡追蹤頭從投影區域左下角重新開始記錄即可重新獲得光標。
[0008]本發明設計具有方便、易于操作、便攜等特點，便于教師在授課過程中的互動教學，有很好的推廣和實用價值，潛在較大的市場，例如，學校、公司、展館等。
【附圖說明】
[0009]
圖1智能教鞭結構圖圖2軌跡追蹤頭結構圖圖中1.干電池，2.開關鍵，3.定位鍵，4.功能左鍵，5.控制芯片，6鏈傳動機構，7.圓錐齒輪，8微型馬達，9.光學成像定位引擎，10.處理器，11.功能右鍵，12.復位鍵，13.記錄鍵，14.無線發射模塊，15.后蓋，16.光接收器，17.橡膠墊圈，18.光敏電阻，19.發光二極管，20.透鏡組，21.軌跡追蹤頭支架，22.軸，23.外殼，24.光學傳感器。
【具體實施方式】
[0010]
啟動計算機和投影儀，智能教鞭安裝好圖1中的干電池(1)，關上圖1中的后蓋(15)，將藍牙適配器插到計算機USB口，打開圖1智能教鞭上的“開關鍵(2)”，計算機自動識別并安裝鼠標驅動程序，提示安裝成功后，將教鞭的“軌跡追蹤頭”移到投影區域的左下角，第一次按下圖1中“定位鍵(3)”近似水平的沿著投影區域的下邊緣移到右下角處，第二次按下“定位鍵(3)”，沿著投影區域的左邊緣近似垂直的移動到投影區域的右上角，第三次按下圖1中“定位鍵(3)”，經過內部運算完成智能教鞭的準備工作，在投影區域移動智能教鞭軌跡追蹤頭，發現光標隨之相應的移動。便可進入工作狀態，利用圖1中“功能左鍵(4)”與“功能右鍵
(11)”可實現鼠標的基本功能。打開投影軟件PowerPoint選擇好要放映的內容，這一步也可利用鼠標在計算機上完成，單擊圖1中“記錄鍵(13)”完成內容相當于鼠標單擊右鍵選擇“熒光筆”功能，“熒光筆”功能啟動移動到要標記區域，按住圖1中“功能左鍵(4)”拖動便可在屏幕上出現拖動軌跡的標記，其中“熒光筆”的顏色、粗細等均可通過圖1中“功能左鍵(4)”與“功能右鍵(11)”完成與鼠標操作完全一致。當需要擦除所做標記時雙擊圖1中“記錄鍵
(13)”，完成功能相當于鼠標單擊右鍵選擇啟動“橡皮擦”功能，移到要擦除的位置利用圖1中“功能左鍵(4)”與“功能右鍵(11)”的配合實現擦除標記，其操作與鼠標操作類似。當完成使用后只需將圖1中“開關鍵(2)”擲到關的位置即可，整個操作實現，當然長期不使用還需將電池卸下。當在操作過程中調換分辨率，只需雙擊圖1中“復位鍵(12)”重新操作定位步驟或輸入調整后的分辨率即可。在教學過程中頻繁的出現老師講課中將智能教鞭移開屏幕，只需單擊圖1中“復位鍵(12)”光標移到計算機左下角，記錄的投影區域的左下角點作為坐標原點O，坐標系水平軸過右下角A點，縱軸過點的坐標為右上角B點的橫軸坐標減去A的橫軸坐標，縱軸坐標保留B的數據這個點記為C，這樣建立工作平面坐標系，默認計算機屏幕左下角、下邊界、左邊界所得坐標為物理平面坐標系，記錄前將軌跡追蹤頭移到工作平面坐標系原點0，發出指令通過控制芯片兩坐標系建立對應聯系，便可開始工作。
【主權項】
1.一種投影教學中幕布標記智能教鞭，由圓筒形教鞭主體和無線適配器兩部分構成，教鞭主體中集成了光電軌跡追蹤模塊、機械動作模塊，其中這兩個模塊實現軌跡追蹤頭始終與投影幕布垂直并準確地捕捉運動軌跡，結合PowerPoint軟件的自有的“熒光筆”和“橡皮擦”功能，并按使用者要求做出響應軌跡標記。2.根據權利I所述智能教鞭，其確定光標和軌跡追蹤頭的方法是:將教鞭的“軌跡追蹤頭”移到投影區域的左下角，記錄下數據，然后近似水平的沿著投影區域的下邊緣移到右下角處，記錄下第二個數據點，沿著投影區域的左邊緣近似垂直的移動到投影區域的右上角，記錄下第三個數據點，根據三點確定一個平面和邊緣數據得到投影區域，與計算機固有的分辨率數據作比例，計算出追蹤頭在幕布表面移動和光標在計算機屏幕中移動的比值。3.根據權利I所述智能教鞭，其隨時定位光標的方法是:將2中所述的記錄的投影區域的左下角點作為原點0，坐標系水平軸過右下角A點，縱軸過點的坐標為右上角B點的橫軸坐標減去A的橫軸坐標，縱軸坐標保留B的數據這個點記為C，這樣建立工作平面坐標系，默認計算機屏幕左下角、下邊界、左邊界所得坐標為物理平面坐標系，記錄前將軌跡追蹤頭移到工作平面坐標系原點0，發出指令通過控制芯片兩坐標系建立對應聯系。
【文檔編號】G06F3/0354GK106023720SQ201610314667
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】李建龍
【申請人】李建龍