无线场景模式开关键盘及场景模式控制方法

摘要

本发明公开了一种无线场景模式开关键盘及场景模式控制方法，其包括：投影键盘单元、数据处理单元，二者通过有线方式数据连接，投影键盘单元投射出场景开关键盘图像信息，用户点击后，数据处理单元可将点击确定的信息发送至与之无线连接的网关设备，由网关设备进行对无线受控子设备的控制。本发明将图像识别技术与无线ZigBee技术有效地结合，可扩展性好，节能环保，使得无线激光投影键盘真正意义上融入智能控制系统中。

说明书

技术领域

本发明涉及开关控制技术领域，尤其涉及一种采用激光投影技术的无线场景模式开关键 盘及基于该开关键盘实现控制动作的场景模式控制方法。

背景技术

现今开关的使用与人们的生活密切相关，开关的使用无处不在，在日常生活中，人们使 用开关实现照明灯具、部分电器设备的开启/关闭，目前市面上常用的开关面板分为一键、二 键、三键及四键，由于开关的大小受限制，所以一个开关面板仅能实现少量的设备进行控制， 导致开关的使用受限。

随着物联网行业的迅猛发展，市场上对于稳定的远程控制设备需求越来越旺盛尤其是应 用在智能家居、智能工业等控制领域，特别是功耗小、易组网、数据传输稳定、可回传设备 状态的产品，各种类型的智能无线开关不断地涌现于市场中，也受到了广大用户的青睐，然 而同样的问题是：智能家居中的场景开关都是按键式或触屏式的，现有家庭设备越来越多导 致物理按键增多开关面板复杂，而对于触控屏幕的方式由于耗电量大，作为家用设备很难长 时间使用。

目前业界研制了一种激光虚拟键盘，该激光虚拟键盘具有低功耗、多按键数的特点，该 种激光虚拟键盘具体为一个扫描感测装置，包括第一和第二激光发射器，第一激光发射器设 置于该扫描感测装置的高端处，用以发射一可见激光束进行面扫描而产生键盘的图案，并且 于使用者使用该键盘进行输入时，产生一第一反射光束；该第二激光发射器设于下方，以线 扫描的方式平行于键盘图案，且线扫描的角速度相同于该第一激光发射器的线扫描角速度， 从而于使用者利用该键盘进行输入时，产生一第二反射光束；在第一和第二激光发射器之间 设置一激光接收器，在使用者利用该键盘进行输入时，接收反射光束，从而得到使用者动作 发生的位置坐标，然后将上述坐标转换为键盘平面的正交坐标系的位置信息，确定按键命令。

ZigBee是一种新型的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术； 其采取了IEEE802.1.4强有力的无线物理层所规定的全部有限：省点、简单、成本又低的规 格；并且增加了逻辑网络，网络安全和应用层。ZigBee无线传输带宽在20-250KB/s范围， 适合传感器数据采集和控制数据的传输，ZigBee无线可以组建大规模网络，网络节点容量达 到65535个，具有非常强大的组网优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线场景模式开关键盘及场景模式控制方法，以解决现有技 术中无线场景开关面板上的按键设计受限的问题，实现了激光虚拟键盘在开关领域的有效应 用。

为达到上述目的，本发明提供一种无线场景模式开关键盘，其包括：投影键盘单元、数 据处理单元，二者通过有线方式数据连接，其中，

所述的投影键盘单元包括：开关键盘图像投射模块、红外图像采集模块、红外激光定位 模块及第一微控制模块，该开关键盘图像投射模块投射出刻有开关键盘图像的光栅；该红外 图像采集模块用以采集用户点击开关按键区域的图像信息；该红外激光定位模块用以分析点 击区域图像信息的位置坐标；该第一微控制模块内存储有各位置坐标对应的开关按键编号， 根据采集到的位置坐标计算得到相对应的开关按键编号；

所述的数据处理单元包括：第二微控制模块、存储模块及无线数据收发模块，该存储模 块内存储有每个开关按键编号对应的开关控制指令；该第二微控制模块接收上述的第一微控 制模块传输的开关按键编号，分析得出相对应的开关控制指令，并进行编码加密；该无线数 据收发模块采用ZigBee无线通信协议方式与一个网关设备进行开关控制指令的传输，由网关 设备控制各受控子设备执行相应的指令动作；

上述的开关控制指令为控制智能家居生活系统中不同场景模式的开启/关闭指令。

较佳地，上述的网关设备通过互联网络与云端服务器数据连接，该云端服务器内存储有 每个开关按键编号对应的开关控制指令，且连接网关设备后，通过云端服务器对上述存储模 块内存储有每个开关按键编号对应的开关控制指令进行编改；该云端服务器对每次的开关控 制指令进行记录存储。

较佳地，上述的不同场景模式为控制智能家居系统中不同受控子设备的开启或关闭，网 关设备接收到控制场景模式的指令，经解码识别后产生控制场景模式中各受控子设备的动作。

其中，所述的无线场景模式开关键盘的设备壳体上还设有开关按键、功能按键及指示灯， 通过开关按键控制设备的电性导通，功能按键用于设备与网关设备的加网与退网，指示灯用 以显示设备的状态信息。

本发明的无线场景模式开关键盘，用户启动开关按键后，开关键盘图像投射模块投射开 关键盘图像，用户根据需求点击投射的开关按键图像，红外图像采集模块对用户点击开关键 盘区域的图像信息，由红外激光定位模块分析点击区域图像信息的位置坐标，第一微控制模 块根据上述的位置坐标计算出开关按键的编号，并传送给数据处理单元，经数据处理单元分 析得到相对应的场景控制指令，加密转换后以ZigBee传输协议的方式发送至网关设备，由网 关设备控制各受控子设备动作实现需求的场景模式。通过该无线场景模式开关键盘设备可投 射出多个场景开关按键，且根据用户的需求对开关按键进行自定义设置，仅需一个设备即可 实现多数个场景模式的控制，解决了现有技术中场景开关上按键数受限的问题，用户可根据 喜好随意设置多个场景模式。

本发明还提供一种场景模式控制方法，包括步骤如下：

1）开启投影键盘单元，第一微控制模块控制开关键盘图像投射模块投射出刻有开关键盘 图像的光栅；

2）点击开关键盘图像上的其中一个区域开关图像，红外图像采集模块采集该区域的图像 信息；

3）红外激光定位模块分析并计算出点击区域图像信息的位置坐标，并将得到的坐标数据 发送给第一微控制模块；

4）第一微控制模块对接收到的位置坐标进行分析比对，得到该位置坐标对应的按键编号 并传输给数据处理单元，由数据处理单元通过ZigBee网络发送给网关设备；

5）网关设备判断接收到的按键编号对应的场景模式控制指令，并将产生的场景模式控制 指令发送至相对应的受控子设备。

较佳地，上述步骤5）中还包括：网关设备将接收到的按键编号数据或场景开关控制指 令发送至云端服务器，云端服务器对接收到按键编号数据进行解析，得到相对应的场景模式 控制指令，将结果数据传送给网关设备，再由网关设备控制相对应的受控子设备，同时，云 端服务器将控制各受控子设备的状态数据推送至一个授权的智能终端设备。

初始时，将投影键盘单元与网关设备进行组网，用户登录云端服务器对投影键盘单元投 射出的开关按键编号相对应的场景模式控制指令进行设置。

通过上述的场景模式控制方法用户在无线场景模式开关键盘投射出的刻有开关键盘图像 上即可完成场景模式的选择操作，界面清晰，操作简单，实现了运用一种基于图像识别技术 的场景模式按键进行人机交互。

本发明的有益效果：

1、操作界面简洁直观，并可实现一个界面多种场景模式的控制；

2、克服了现有的开关面板按键设计受限的问题，节省空间及能源；

3、解决了现有的机械式场景开关键盘容易损坏的问题及触控屏耗电量大等问题；

4、将图像识别技术与无线ZigBee技术有效地结合，可扩展性好，节能环保，使得无线 激光投影键盘真正意义上融入智能控制系统中。

附图说明

图1绘示本发明无线场景模式开关键盘实施的原理框图。

图2绘示本发明无线场景模式开关键的原理结构框图。

图3绘示本发明场景模式控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实 施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1、图2所示，于本实施例中，本发明的无线场景模式开关键盘，其包括：投影 键盘单元、数据处理单元，二者通过有线UART方式数据连接，设于设备壳体内部，其中，

投影键盘单元用以投射开关键盘图像数据，上面显示有复数个场景开关按键图像，并可 将采集到的点击场景开关按键图像的区域位置坐标信息转换为相对应的开关编号传输给数据 处理单元，其包括：

开关键盘图像投射模块，设于设备壳体上部，通过红色波段（也可以为其他波段）的激 光器透射出刻有场景开关键盘图像的光栅，该场景开关键盘图像具体指代显示智能控制系统 中场景模式控制的数字、汉字、字母或图像等，如：回家模式、离家模式、睡眠模式、阅读 模式、影院模式等，每个开关按键图像对应一个场景模式；

红外图像采集模块采集用户“点击”某一个开关按键区域的图像信息，该红外图像采集 模块即红外激光定位系统，能够发出平行于投影图像表面的激光束，当用户手指触碰到按键 投影表面的时候，手指会阻断激光器发出的激光束，并在指尖位置形成激光束反射；此时指 尖的亮度会高于其他没有形成反射部分的亮度，通过红外摄像机对图像进行采集，作为键盘 “点击”识别的原始数据；

红外激光定位模块，将采集到的图像进行阈值化和形态学处理，并进行目标检测，采用 最小二乘法对每个目标的轮廓以椭圆曲线的形式拟合，计算每个拟合椭圆的质心坐标信息， 在获得每个目标后，对每个目标的运动状态在时间序列上进行标记，实现目标的跟踪；

第一微控制模块将投影的按键图像进行坐标变换，将其映射到投影按键的坐标系，将“点 击”图像的指令转换为按键输入指令，即得到点击的场景开关按键编号数据信息，并将得到 的场景开关按键编号数据传输给数据处理单元，变换过程公式如下：

$x^{\prime }=\left(\begin{array}{cc}A& t\\ 0^T& 1\end{array}\right)x$

其中，A为2*2非奇异像素坐标旋转矩阵；t为2*1的像素坐标平移向量；A与t由原图 像和变换后图像边缘角点坐标求解；x′为转换后像素坐标；x为转换前像素坐标；A为图像矩 阵。

数据处理单元包括：第二微控制模块、存储模块及无线数据收发模块，该存储模块内存 储有每个场景开关按键编号对应的场景开关控制指令；该第二微控制模块接收上述的第一微 控制模块传输的场景开关按键编号，分析得到所述场景开关按键编号对应的场景开关控制指 令，并进行编码加密；该无线数据收发模块采用ZigBee无线通信协议方式与一个网关设备进 行场景开关控制指令的传输，由网关设备控制各受控子设备执行相应的指令动作；于具体实 施例中，所述的数据处理单元采用TI公司的CC2XXX系列，该系列芯片上整合了ZigBee射频 前端、内存和微控制器，它使用1个8位MCU（8051），具有128KB可编程闪存和8KB的RAM， 具备较高的加密性，在休眠模式和转换到主动模式使用超短的时间；上述的场景开关控制指 令具体应用于智能家居系统中，模式分为：回家模式、离家模式、睡眠模式、阅读模式、影 院模式等，每个开关按键图像对应一个场景模式；

其中，上述的网关设备内设有的存储器中可存储有每个场景开关按键编号对应的场景开 关控制指令及各场景控制指令对应的控制受控子设备的编码指令数据，当该网关设备接收到 数据处理单元发送的场景开关控制指令后，分析产生相对应的控制受控子设备的指令数据， 并通过无线ZigBee通信方式控制受控子设备完成指令动作；上述的网关设备还可通过互联网 络与云端服务器数据连接，该云端服务器内存储有每个开关按键编号对应的场景开关控制指 令、各场景控制指令对应的控制受控子设备的编码指令数据、网关设备与各组网受控子设备 的编码数据及授权的智能控制终端编码，用户可登录云端服务器对开关按键编号，对应的场 景开关控制指令进行编改，根据用户的喜欢及需求选择设定，同时该云端服务器还可对每次 进行的场景开关控制指令进行记录存储，方便用户查看具有可溯性。

此外，所述的无线场景模式开关键盘的壳体上还设有开关按键、功能按键及指示灯，通 过开关按键控制设备的电性导通，功能按键用于设备与网关设备的加网与退网，指示灯用以 显示设备的状态信息。

本发明的无线场景模式开关键盘，用户可将无线场景模式开关键盘的壳体固定在墙面上 或放置在桌子上，用户启动开关按键后，开关键盘图像投射模块投射开关键盘图像，用户根 据需求点击投射的开关按键图像，红外图像采集模块对用户点击开关按键区域的图像信息， 由红外激光定位模块分析点击区域图像信息的位置坐标，第一微控制模块根据上述的位置坐 标计算出开关按键的编号，并传送给数据处理单元，经数据处理单元分析得到相对应的场景 控制指令，加密转换后以ZigBee传输协议的方式发送至网关设备，由网关设备控制各受控子 设备动作实现需求的场景模式。通过该无线投影开关设备可投射出多个场景开关按键，且根 据用户的需求对开关按键进行自定义设置，仅需一个设备即可实现多数个场景模式的控制， 解决了现有技术中场景开关上按键数受限的问题，用户可根据喜好随意设置多个场景模式。

参照图3所示，本发明还提供一种场景模式控制方法，基于上述无线场景模式开关键盘 在智能家居系统中的应用，包括步骤如下：

初始时，将投影键盘单元与网关设备进行组网，用户登录云端服务器对投影键盘单元投 射出的开关按键编号相对应的场景模式控制指令进行设置；

步骤11：开启投影键盘单元，第一微控制模块控制开关键盘图像投射模块投射出刻有场 景开关键盘图像的光栅；

用户在智能家居系统使用中，开启投影键盘单元，设备进行供电，投影键盘单元上的开 关键盘图像投射模块通过红色波段的激光器透射出刻有开关键盘图像的光栅，用户根据需求 可对光栅中的场景图像进行选择点击；

步骤12：点击开关键盘图像上的其中一个区域场景开关按键图像，红外图像采集模块采 集该区域的图像信息；

用户点击场景开关键盘图像中一个区域的场景开关按键图像，如离家模式，该场景开关 的图像可以为文字“离家模式”，也可以为英文“Leave Home”，同时，红外图像采集模块能 够发出平行于投影图像表面的激光束，当用户手指触碰到键盘投影表面的时候，手指会阻断 激光器发出的激光束，并在指尖位置形成激光束反射，通过红外摄像机对图像进行采集，作 为键盘“点击”识别的原始数据；

步骤13：红外激光定位模块分析并计算出点击区域图像信息的位置坐标，并将得到的坐 标数据发送给第一微控制模块；

步骤14：第一微控制模块对接收到的位置坐标进行分析比对，得到该位置坐标对应的按 键编号并传输给数据处理单元中的第二微处理模块，控制无线数据收发模块通过ZigBee网络 发送给网关设备；

步骤15：网关设备判断接收到的按键编号对应的场景模式控制指令，并将产生的场景模 式控制指令发送至相对应的受控子设备；该网关设备内内设有的存储器中可存储有每个开关 按键编号对应的场景开关控制指令及各场景控制指令对应的控制受控子设备的编码指令数 据，当该网关设备接收到数据处理单元发送的场景开关控制指令或场景开关按键编号后，分 析产生相对应的控制受控子设备的指令数据，并通过无线ZigBee通信方式控制受控子设备完 成指令动作；

于优选实施例中，上述步骤15中网关设备将接收到的按键编号数据或场景开关控制指令 发送至云端服务器，云端服务器对接收到按键编号数据或场景开关控制指令进行解析，得到 相对应的场景模式控制指令，将结果数据传送给网关设备，再由网关设备控制相对应的受控 子设备，同时，云端服务器将控制各受控子设备的状态数据推送至一个授权的智能终端设备， 方便用户对设备状态的即时了解。本发明将图像识别技术与无线ZigBee技术有效地结合，使 得无线激光投影键盘真正意义上融入智能控制系统中。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改 进也应视为本发明的保护范围。