丁銳銳，儲(chǔ)晗，丁佳欣，周安麒，董琦

（安徽三聯(lián)學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，安徽合肥，230601）

0 引言

有一種無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡的無(wú)線(xiàn)翻頁(yè)激光筆，它的結(jié)構(gòu)包括無(wú)線(xiàn)傳輸終端、無(wú)線(xiàn)接收終端、串行總線(xiàn)接口控制器、通用串行總線(xiàn)中心、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡；無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡，用于解碼和理解電腦的控制信息[1]；用于從與原生電腦相連的應(yīng)用中接受查詢(xún)，并將此枚舉查詢(xún)響應(yīng)傳送至本機(jī)電腦；連接本地計(jì)算機(jī)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

如今多媒體已被廣泛地運(yùn)用于課堂教學(xué)，多媒體的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，其特點(diǎn)是圖文并茂、聲并茂，也能觀看錄像等功能，能激發(fā)學(xué)生情感，集中學(xué)生注意力，它在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造思維方面起著舉足輕重的作用[2]。多媒體還有大信息量，大容量的特點(diǎn)，能夠節(jié)省空間，節(jié)省時(shí)間，提升教學(xué)效率。在多媒體教學(xué)中，經(jīng)常使用激光筆進(jìn)行指導(dǎo)，并且可以用激光筆遠(yuǎn)程控制翻轉(zhuǎn)的 PPT[3]。

當(dāng)前，激光筆主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題。激光筆呈屏，為連續(xù)的亮點(diǎn)，指示效果較差，不容易讓學(xué)生產(chǎn)生興趣；在所引導(dǎo)的背景顏色和激光筆所發(fā)色光一致或者接近的情況下，便難以在背景上分辨激光點(diǎn)，特別對(duì)于色盲、色弱的人來(lái)說(shuō)，難度更大。

1 激光是什么

玻爾的原子理論研究發(fā)現(xiàn)，原子內(nèi)部的電子有著自己獨(dú)特的軌道的，而電子處于不同的軌道上，就代表著原子的能量形態(tài)也是不同的。1917 年愛(ài)因斯坦的設(shè)想，在高能量狀態(tài)下，粒子或許還喜歡凝視過(guò)往光子，有心儀已久的光子經(jīng)過(guò)時(shí)，高能粒子并沒(méi)有挽留住它們，卻釋放出能量追隨而去，如同愛(ài)。最初粒子失去能量，由高能到低能的轉(zhuǎn)變，而且改變后的能量將產(chǎn)生和路過(guò)光子相同的光子，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為受激輻射。

激光生成的3 個(gè)條件為：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)達(dá)到閾值條件及諧振條件。

產(chǎn)生光線(xiàn)受激發(fā)射首要的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。在半導(dǎo)體中，它是從價(jià)帶中抽出一個(gè)電子到一個(gè)導(dǎo)帶。為了獲得反向離子，通常采用 P 和 N 兩種材料構(gòu)成 PN 結(jié)，通過(guò)施加電壓在結(jié)區(qū)附近產(chǎn)生離子數(shù)倒置─高費(fèi)米能級(jí) EFC 下的導(dǎo)帶中存儲(chǔ)電子[4]，而在低費(fèi)米 EFV 或更高價(jià)帶中存儲(chǔ)空穴。為了產(chǎn)生激光，需要但不足夠。同時(shí)，由于激發(fā)材料所發(fā)出的激發(fā)光線(xiàn)在兩面鏡子之間來(lái)回反射，并在一定程度上產(chǎn)生新的激發(fā)射線(xiàn)，從而使其繼續(xù)擴(kuò)大。在滿(mǎn)足一定的激發(fā)條件和共振情況下，可以產(chǎn)生光振蕩，并能產(chǎn)生穩(wěn)定的激光。

圖1 受激輻射圖

2 激光的應(yīng)用

■2.1 激光雕刻等

激光雕刻是指利用激光技術(shù)把字雕刻到物品上的一種工藝，廠家利用激光技術(shù)把LOGO 雕刻到材質(zhì)，紀(jì)念品中，比如打火機(jī)，筷子，可樂(lè)，電動(dòng)牙刷，剃須刀均可雕刻。該工藝刻印出的文字無(wú)刻痕、器物表面仍平整、經(jīng)無(wú)數(shù)次擦拭和長(zhǎng)年使用后，文字也不被磨破。

■2.2 激光掃描

激光切割技術(shù)已成為我國(guó)頂級(jí)切割技術(shù)，比傳統(tǒng)切割技術(shù)要出色得多，激光切割機(jī)被應(yīng)用于工藝品，服裝和家具工業(yè)中，利用光纖激光切割機(jī)進(jìn)行服裝，家具等的切割已不再是一個(gè)棘手的問(wèn)題，并且與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，其效率和成本都較高。

■2.3 激光加工

激光加工技術(shù)是一種利用激光與材料之間的交互作用來(lái)切割、表面處理、穿孔、發(fā)光、識(shí)別等技術(shù)。能對(duì)具有高熔點(diǎn)、高硬度的物料進(jìn)行加工；它還能處理零件中的復(fù)雜彎曲和精密部件，并能在磁場(chǎng)中進(jìn)行處理。

3 多色激光筆技術(shù)分析

■3.1 多色激光筆簡(jiǎn)介

這里提供了一種多色激光筆，為了實(shí)現(xiàn)PPT 翻頁(yè)功能，它由激光發(fā)射裝置與激光接收裝置組成，所述激光發(fā)射裝置包括若干激光點(diǎn)，激光發(fā)射裝置輸出一光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射器的放大和整形，經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖維射向接收裝置，把收到的光脈沖信號(hào)放大，然后經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換過(guò)程生成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)光接收器處理輸出。包括發(fā)射器和接收頭兩部分，特點(diǎn)是：在所述發(fā)射器和接收頭結(jié)構(gòu)下，所述發(fā)射器包括發(fā)光二極管，光導(dǎo)纖維，光電轉(zhuǎn)換器件以及光源；發(fā)射端上可以配置若干LED 或者LCD 燈，發(fā)送到接收端上。

■3.2 多色激光筆的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)可以上下翻頁(yè)

這種激光筆能夠?qū)⒂脩?hù)從電腦旁完全解放，用戶(hù)無(wú)需時(shí)刻守護(hù)在電腦旁，用戶(hù)進(jìn)行教學(xué)演示文稿及報(bào)告演講時(shí)，只要用手輕按一下，激光點(diǎn)便可映射到要突出重點(diǎn)演講內(nèi)容的畫(huà)面；不再需要每一次對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容解釋都要和觀眾“指手畫(huà)腳”，也不需要走向投影屏幕才能和他們“親密接觸”的艱辛；同時(shí)，使用者只要點(diǎn)擊相應(yīng)的功能按鍵，就可以將電子文檔翻轉(zhuǎn)到使用者要發(fā)表的頁(yè)面，從上到下，360°無(wú)死角瀏覽；無(wú)論是在教室里、演講廳的任何一個(gè)角落，抑或是在會(huì)議室的最后方與聽(tīng)眾進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流，只要用無(wú)線(xiàn)激光筆在屏幕上一劃，便可將所要的影像呈現(xiàn)在屏幕上；再也不用永久性地坐在講臺(tái)上操作電腦了，而免去了到講臺(tái)上走回頭路換網(wǎng)頁(yè)的麻煩。

(2)可以隨時(shí)更換激光筆的顏色

多色激光筆具有3 種色彩，通過(guò)設(shè)置按鍵可對(duì)激光筆所發(fā)射出的光進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所需要的功能。對(duì)于色盲或色弱的人來(lái)說(shuō)也是非常友好的，還能避免PPT 的背景顏色或字體碰撞激光顏色。

①紅色是最簡(jiǎn)單的一種激光，因?yàn)槎O管中有一只由一塊電池提供能量的二極管。

②綠色屬于固體激光。為了減少制冷問(wèn)題，為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，采用了脈沖或半連續(xù)的方式。在不使用倍頻的情況下，效率更高。這款激光筆通常是天文愛(ài)好者用來(lái)指點(diǎn)星星和星座的。綠色激光筆可以提供多種不同的輸出功率。

③藍(lán)光最常見(jiàn)的波長(zhǎng)為473 nm，在 KTP 晶體中，高輸出功率 ВВO 晶體可以被視為低倍頻率。ВВO 晶體還應(yīng)用于脈沖而非在連續(xù)激光中。藍(lán)色激光聚焦特性很好。藍(lán)色激光在空中聚焦得很遠(yuǎn)，使激光能量不能擴(kuò)散。我們能通過(guò)簡(jiǎn)單的裝置把藍(lán)色激光束射向您需要的位置。

(3)具有電池電量監(jiān)控功能

在激光筆的前方有一個(gè)二極管，當(dāng)電量不足的時(shí)候閃爍紅燈，提醒使用者應(yīng)該更換電池或者充電了，無(wú)限循環(huán)利用，同時(shí)也達(dá)到了環(huán)保的效果。

(4)具有定時(shí)功能

在使用之前可以設(shè)置時(shí)間，到時(shí)間之后它會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，相當(dāng)于一個(gè)小型鬧鐘，不用總是盯著時(shí)鐘看。

4 多色激光筆的原理研究

多色激光筆是一種利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)和計(jì)算機(jī) USВ 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行翻頁(yè)操作的一種工具，它的功能類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制。激光筆通常配有一個(gè)發(fā)射機(jī)，一個(gè)接收機(jī)。該接收機(jī)類(lèi)似于U 盤(pán)，通過(guò) USВ 接口，電腦會(huì)自動(dòng)安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。這時(shí)按下發(fā)射器的鍵就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的無(wú)線(xiàn)控制。其中激光發(fā)射裝置輸出一光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射器的放大和整形，經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖維射向接收裝置，把收到的光脈沖信號(hào)放大，然后經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換過(guò)程生成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)光接收器處理輸出。

5 多色激光筆系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■5.1 主要實(shí)現(xiàn)的功能

(1)實(shí)現(xiàn)PPT 翻頁(yè)；

(2)實(shí)現(xiàn)激光顏色的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的激光；

(3)實(shí)現(xiàn)鬧鐘定時(shí)功能。

■5.2 多色激光筆系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

多色激光筆整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。

圖2 多色激光筆整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 鬧鐘板塊的系統(tǒng)框圖

圖4 AT89C51 功能結(jié)構(gòu)圖

■5.3 多色激光筆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

5.3.1 鬧鐘板塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①鬧鐘板塊包括時(shí)間顯示電路、按鍵電路、發(fā)光二極管、蜂鳴器以及AT89C51 單片機(jī)芯片。

② 按鍵功能說(shuō)明：設(shè)置時(shí)間的加減。

③實(shí)現(xiàn)的功能：使用LCD 液晶顯示器來(lái)顯示時(shí)間。正常初始化顯示“00：00：00”，有兩個(gè)按鍵可以進(jìn)行時(shí)間調(diào)整和定時(shí)。按鍵1 增加時(shí)間，按鍵2 減少時(shí)間，到達(dá)想要的時(shí)間后，停止5s，定時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，一旦時(shí)間到則發(fā)光二極管開(kāi)始亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，5s 之后發(fā)光二極管熄滅，蜂鳴器停止發(fā)出聲音，任意按按鍵1 或者按鍵2時(shí)間復(fù)位。最終達(dá)到定時(shí)的目的。

AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介：AT89C51 單片機(jī)把作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)體積不大的集成電路芯片上面。按照功能劃分，由微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。采用特殊功能寄存器的集中控制方式，并結(jié)合定時(shí)/計(jì)數(shù)等技術(shù)，可以方便設(shè)計(jì)各種實(shí)用電路。這種電路設(shè)計(jì)方法具有通用性強(qiáng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

■5.3.2 翻頁(yè)、切換顏色模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)功能描述

翻頁(yè)功能：接收器與U 盤(pán)相似，插入計(jì)算機(jī)USВ 口后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)裝設(shè)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)。這時(shí)按下發(fā)射器的鍵就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的無(wú)線(xiàn)控制。其中激光發(fā)射裝置輸出一光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射器的放大和整形，經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖維射向接收裝置，然后經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換過(guò)程生成電信號(hào)，將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳送至PC 端。實(shí)現(xiàn)PPT 等軟件的翻頁(yè)功能。

顏色切換功能：整體由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分組成，首先將電源鍵打開(kāi)，選擇好功能按鍵之后，生成一個(gè)電信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼解碼，光電轉(zhuǎn)換后，激光發(fā)射裝置輸出光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射器的放大和整形，經(jīng)過(guò)光導(dǎo)纖維射向接收裝置，把收到的光脈沖信號(hào)放大，發(fā)出一條激光直線(xiàn)，射向目的地。實(shí)現(xiàn)多色激光筆的顏色切換功能。

(2)功能按鍵

按鍵1：增加時(shí)間；按鍵2：減少時(shí)間；按鍵3：PPT 左翻頁(yè)；按鍵4：PPT 右翻頁(yè)；按鍵5：電源開(kāi)關(guān)；按鍵6：紅色激光；按鍵7：綠色激光；按鍵8：藍(lán)色激光。

6 創(chuàng)新之處

①多色激光筆將無(wú)線(xiàn)技術(shù)與計(jì)算機(jī)USВ 技術(shù)相結(jié)合，控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)、功能豐富、充分滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)于演示文稿、演講等內(nèi)容的要求。

②多色激光筆提供多種顏色并且可以自由切換顏色。

圖5 翻頁(yè)、切換顏色功能模塊結(jié)構(gòu)圖

③對(duì)色盲或者色弱者也很友好，還能避免PPT 的背景顏色或字體碰撞激光顏色。

7 結(jié)論

本課題所設(shè)計(jì)的激光筆具有三種顏色，區(qū)別于普通激光筆的特點(diǎn)是具有各種色彩，可根據(jù)不同需求、不同場(chǎng)合進(jìn)行顏色選擇。生活中激光的應(yīng)用范圍很廣，但許多應(yīng)用都是大處著眼，在原有基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改良，極大地提升激光筆作用，為不同人群帶來(lái)便利。此多色激光筆能夠?qū)崿F(xiàn)激光開(kāi)關(guān)，PPT 翻頁(yè)等多種顏色的相互切換，會(huì)使操作更加方便。在展示中最大程度利用肢體語(yǔ)言?xún)?yōu)勢(shì)使教學(xué)得以進(jìn)行；也可作為檢查工地建筑物最好的指示器，是登山者和山區(qū)居民進(jìn)行山區(qū)指引的工具。