投影教學(xué)中幕布標(biāo)記智能教鞭的制作方法
【專利摘要】投影教學(xué)中幕布標(biāo)記智能教鞭。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種現(xiàn)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(xiàn)有的鼠標(biāo)各個(gè)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(biāo)的對應(yīng)移動(dòng)，和利用PowerPoint中提供的“熒光筆”和“橡皮擦”功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)標(biāo)記和擦除的目的，本發(fā)明解決了現(xiàn)有的多媒體教學(xué)過程中教師被“捆綁”在計(jì)算機(jī)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(xué)中間走動(dòng)，提高了授課效率。
【專利說明】
投影教學(xué)中幕布標(biāo)記智能教鞭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及對現(xiàn)有多媒體教學(xué)中投影幕布條件下在授課過程中教師方便標(biāo)記的智能教鞭，便于老師授課。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國教育部倡導(dǎo)的多媒體教育的影響下，我國各個(gè)層次的學(xué)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(jì)算機(jī)-投影儀-幕布設(shè)備，運(yùn)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(jié)約了教學(xué)時(shí)間，提高了教學(xué)效率、實(shí)現(xiàn)了傳遞信息的多樣性，例如，視頻，動(dòng)態(tài)圖畫等等。作為一名學(xué)生我發(fā)現(xiàn)這種“計(jì)算機(jī)-投影儀-幕布”的教學(xué)模式時(shí)常限制授課教師的主觀能動(dòng)性，以我的了解大部分授課教師并不喜歡被束縛在計(jì)算機(jī)屏幕前，而是希望走到學(xué)生中間實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的互動(dòng)，活躍課堂氣氛，并且多年“黑板-粉筆”教學(xué)模式老師們習(xí)慣在黑板上勾勾畫畫，由于投影的緣故他們不得不回到計(jì)算機(jī)前面，這打破了授課的連貫性，其實(shí)上課的目的不僅僅是傳遞知識，更加重要的是使同學(xué)適應(yīng)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(xué)模式嚴(yán)重影響到以上這兩點(diǎn)。當(dāng)然還有的老師會找一些細(xì)竹竿等堅(jiān)硬物體用力的刻畫，或者直接拿粉筆在幕布上標(biāo)記，這樣的結(jié)果必然是幕布傷痕累累，我發(fā)現(xiàn)幾乎所有教室里的幕布都出現(xiàn)不同程度的損壞情況，嚴(yán)重的都影響后續(xù)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(fā)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(jì)算機(jī)旁邊解放出來，走到同學(xué)們中間來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備就出上提供一種便于在投影幕布上直接標(biāo)記的教學(xué)用教鞭，由普通計(jì)算機(jī)、投影儀、投影幕布、智能教鞭構(gòu)成完整的工作系統(tǒng)，解決教鞭技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:首先為了捕捉智能教鞭的在幕布上的移動(dòng)軌跡，在智能教鞭的頂部設(shè)計(jì)一個(gè)軌跡追蹤頭，其軌跡追蹤頭中安裝有一個(gè)發(fā)光二極管，通過該發(fā)光二極管發(fā)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(jīng)過一組光學(xué)透鏡，傳輸?shù)揭粋€(gè)光感應(yīng)器件(微成像器)把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。這樣，當(dāng)軌跡追蹤頭移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)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(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片(DSP芯片，即數(shù)字微處理器)對移動(dòng)軌跡上攝取的一系列圖像進(jìn)行分析處理，通過對這些圖像上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來判斷移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，從而完成光標(biāo)的定位。然后控制芯片將所得位置信息通過無線發(fā)射模塊和連接在計(jì)算機(jī)上的無線適配器，使計(jì)算機(jī)得到信息進(jìn)而利用PowerPoint放映時(shí)提供的“焚光筆”功能連接教鞭和投影內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)在投影幕布上標(biāo)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(shí)改變。為了解決這一問題，將軌跡追蹤頭設(shè)計(jì)為可活動(dòng)的機(jī)構(gòu)，用一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)，具體設(shè)計(jì)是在軌跡追蹤頭底部安裝四個(gè)光敏感應(yīng)器探測外界光源的強(qiáng)弱，將所得信號傳輸?shù)娇刂菩酒?jīng)處理分析，生成一組動(dòng)作信號命令，這個(gè)命令包含的內(nèi)容為馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，將動(dòng)作信號傳給微型馬達(dá)，馬達(dá)動(dòng)作通過一組錐齒輪后用齒鏈傳動(dòng)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(shí)常出現(xiàn)無法全幕布投影或偏移等情況，由于本設(shè)計(jì)利用了 PowerPoint中的焚光筆功能，這就要求智能教鞭在軌跡移動(dòng)過程中與計(jì)算機(jī)屏幕上的軌跡實(shí)現(xiàn)對應(yīng)，才能達(dá)到精確標(biāo)記的目的。為了解決這一問題我們借鑒機(jī)床在加工零件初建立加工坐標(biāo)系時(shí)采用的“對刀”原理，“三點(diǎn)確定一個(gè)坐標(biāo)系”。我們在教鞭主體中設(shè)置一個(gè)按鍵，我們叫它“定位鍵”，并在控制芯片中燒寫一個(gè)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(qū)域左下角位置，按下“定位鍵”，控制芯片控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)同時(shí)移到計(jì)算機(jī)屏幕的左下角并控制軌跡只可記錄水平方向的移動(dòng)軌跡信息，然后移動(dòng)教鞭軌跡追蹤頭到投影區(qū)域的右下角，第二次按下“定位鍵”控制芯片控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)移到計(jì)算機(jī)屏幕的右下角，并記錄下所得的移動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，同時(shí)控制軌跡只可記錄垂直方向的移動(dòng)軌跡信息，然后移動(dòng)軌跡追蹤頭到投影區(qū)域的右上角，第三次按下“定位鍵”控制芯片控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)移到計(jì)算機(jī)屏幕的右上角，記錄下移動(dòng)所得的垂直數(shù)據(jù)，控制程序?qū)⑺脭?shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)分辨率進(jìn)行對比計(jì)算出移動(dòng)軌跡對應(yīng)比率，實(shí)現(xiàn)智能教鞭軌跡追蹤頭移動(dòng)與計(jì)算機(jī)光標(biāo)精確對應(yīng)的控制方式，智能教鞭轉(zhuǎn)入工作模式。
[0006]緊接著要解決的就是硬件的驅(qū)動(dòng)和與現(xiàn)有設(shè)備的兼容問題，考慮到目前教學(xué)設(shè)備中提供的計(jì)算機(jī)沒有藍(lán)牙功能，設(shè)計(jì)的智能教鞭分為兩個(gè)部分，教鞭主體和無線適配器。在前面我們已經(jīng)介紹了主體工作原理類，因此智能教鞭只需運(yùn)行普通鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序即可，其“定位對比程序”和“軌跡追蹤頭控制程序”的運(yùn)行和計(jì)算只需在智能教鞭的控制芯片中進(jìn)行。其中主體電源采用干電池供電方式。
[0007]為了便于移動(dòng)中的操作，在智能教鞭邊上設(shè)計(jì)了兩個(gè)類似鼠標(biāo)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(qū)動(dòng)都與鼠標(biāo)類似。在教學(xué)過程中頻繁的出現(xiàn)老師講課中將智能教鞭移開屏幕，出現(xiàn)下次記錄時(shí)光標(biāo)丟失情況，只需控制計(jì)算機(jī)光標(biāo)移到計(jì)算機(jī)左下角，將智能教鞭軌跡追蹤頭從投影區(qū)域左下角重新開始記錄即可重新獲得光標(biāo)。
[0008]本發(fā)明設(shè)計(jì)具有方便、易于操作、便攜等特點(diǎn)，便于教師在授課過程中的互動(dòng)教學(xué)，有很好的推廣和實(shí)用價(jià)值，潛在較大的市場，例如，學(xué)校、公司、展館等。
【附圖說明】
[0009]
圖1智能教鞭結(jié)構(gòu)圖圖2軌跡追蹤頭結(jié)構(gòu)圖圖中1.干電池，2.開關(guān)鍵，3.定位鍵，4.功能左鍵，5.控制芯片，6鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，7.圓錐齒輪，8微型馬達(dá)，9.光學(xué)成像定位引擎，10.處理器，11.功能右鍵，12.復(fù)位鍵，13.記錄鍵，14.無線發(fā)射模塊，15.后蓋，16.光接收器，17.橡膠墊圈，18.光敏電阻，19.發(fā)光二極管，20.透鏡組，21.軌跡追蹤頭支架，22.軸，23.外殼，24.光學(xué)傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0010]
啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和投影儀，智能教鞭安裝好圖1中的干電池(1)，關(guān)上圖1中的后蓋(15)，將藍(lán)牙適配器插到計(jì)算機(jī)USB口，打開圖1智能教鞭上的“開關(guān)鍵(2)”，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識別并安裝鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序，提示安裝成功后，將教鞭的“軌跡追蹤頭”移到投影區(qū)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(qū)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(qū)域的左邊緣近似垂直的移動(dòng)到投影區(qū)域的右上角，第三次按下圖1中“定位鍵(3)”，經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)算完成智能教鞭的準(zhǔn)備工作，在投影區(qū)域移動(dòng)智能教鞭軌跡追蹤頭，發(fā)現(xiàn)光標(biāo)隨之相應(yīng)的移動(dòng)。便可進(jìn)入工作狀態(tài)，利用圖1中“功能左鍵(4)”與“功能右鍵
(11)”可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的基本功能。打開投影軟件PowerPoint選擇好要放映的內(nèi)容，這一步也可利用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)上完成，單擊圖1中“記錄鍵(13)”完成內(nèi)容相當(dāng)于鼠標(biāo)單擊右鍵選擇“熒光筆”功能，“熒光筆”功能啟動(dòng)移動(dòng)到要標(biāo)記區(qū)域，按住圖1中“功能左鍵(4)”拖動(dòng)便可在屏幕上出現(xiàn)拖動(dòng)軌跡的標(biāo)記，其中“熒光筆”的顏色、粗細(xì)等均可通過圖1中“功能左鍵(4)”與“功能右鍵(11)”完成與鼠標(biāo)操作完全一致。當(dāng)需要擦除所做標(biāo)記時(shí)雙擊圖1中“記錄鍵
(13)”，完成功能相當(dāng)于鼠標(biāo)單擊右鍵選擇啟動(dòng)“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(shí)現(xiàn)擦除標(biāo)記，其操作與鼠標(biāo)操作類似。當(dāng)完成使用后只需將圖1中“開關(guān)鍵(2)”擲到關(guān)的位置即可，整個(gè)操作實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然長期不使用還需將電池卸下。當(dāng)在操作過程中調(diào)換分辨率，只需雙擊圖1中“復(fù)位鍵(12)”重新操作定位步驟或輸入調(diào)整后的分辨率即可。在教學(xué)過程中頻繁的出現(xiàn)老師講課中將智能教鞭移開屏幕，只需單擊圖1中“復(fù)位鍵(12)”光標(biāo)移到計(jì)算機(jī)左下角，記錄的投影區(qū)域的左下角點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)O，坐標(biāo)系水平軸過右下角A點(diǎn)，縱軸過點(diǎn)的坐標(biāo)為右上角B點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)減去A的橫軸坐標(biāo)，縱軸坐標(biāo)保留B的數(shù)據(jù)這個(gè)點(diǎn)記為C，這樣建立工作平面坐標(biāo)系，默認(rèn)計(jì)算機(jī)屏幕左下角、下邊界、左邊界所得坐標(biāo)為物理平面坐標(biāo)系，記錄前將軌跡追蹤頭移到工作平面坐標(biāo)系原點(diǎn)0，發(fā)出指令通過控制芯片兩坐標(biāo)系建立對應(yīng)聯(lián)系，便可開始工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種投影教學(xué)中幕布標(biāo)記智能教鞭，由圓筒形教鞭主體和無線適配器兩部分構(gòu)成，教鞭主體中集成了光電軌跡追蹤模塊、機(jī)械動(dòng)作模塊，其中這兩個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)軌跡追蹤頭始終與投影幕布垂直并準(zhǔn)確地捕捉運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)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(yīng)軌跡標(biāo)記。2.根據(jù)權(quán)利I所述智能教鞭，其確定光標(biāo)和軌跡追蹤頭的方法是:將教鞭的“軌跡追蹤頭”移到投影區(qū)域的左下角，記錄下數(shù)據(jù)，然后近似水平的沿著投影區(qū)域的下邊緣移到右下角處，記錄下第二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，沿著投影區(qū)域的左邊緣近似垂直的移動(dòng)到投影區(qū)域的右上角，記錄下第三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面和邊緣數(shù)據(jù)得到投影區(qū)域，與計(jì)算機(jī)固有的分辨率數(shù)據(jù)作比例，計(jì)算出追蹤頭在幕布表面移動(dòng)和光標(biāo)在計(jì)算機(jī)屏幕中移動(dòng)的比值。3.根據(jù)權(quán)利I所述智能教鞭，其隨時(shí)定位光標(biāo)的方法是:將2中所述的記錄的投影區(qū)域的左下角點(diǎn)作為原點(diǎn)0，坐標(biāo)系水平軸過右下角A點(diǎn)，縱軸過點(diǎn)的坐標(biāo)為右上角B點(diǎn)的橫軸坐標(biāo)減去A的橫軸坐標(biāo)，縱軸坐標(biāo)保留B的數(shù)據(jù)這個(gè)點(diǎn)記為C，這樣建立工作平面坐標(biāo)系，默認(rèn)計(jì)算機(jī)屏幕左下角、下邊界、左邊界所得坐標(biāo)為物理平面坐標(biāo)系，記錄前將軌跡追蹤頭移到工作平面坐標(biāo)系原點(diǎn)0，發(fā)出指令通過控制芯片兩坐標(biāo)系建立對應(yīng)聯(lián)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(fā)明人】李建龍
【申請人】李建龍