1．系统总体设计方案
系统总体设计如图1所示，激光笔发射到被测画面的光点被CCD摄像器件接收，CCD摄像器件输出视频信号给同步分离电路和整形电路。利用同步分离电路后，可从视频信号中得到行同步信号和场同步信号和奇偶信号，行同步和场同步信号被送到计数电路。视频信号经过整形电路后得到光信号，光信号也被送往计数电路，计数电路处理后输出光点的二维位置信息，此信息经单片机处理后由串口传输到计算机，计算机通过软件编程实现光标的定位并模拟鼠标的单双击功能。
图1 电路总体结构图
2.系统硬件电路设计
2.1整形电路
如图2所示，CCD摄像器件1输出的视频信号被直接传送到运算放大器4放大，运算放大器4输出的信号一路作为电压比较器7的一个输入，另一路被送到最大值保持电路5，最大值保持电路5主要包括电压跟随器5、电容C1、稳压管Dz1 三个器件，当有信号从电压跟随器5A连续输出时，由于二极管D1的存在，电容C1不断充电，电压不断增加，直到信号的最大值到来，这时C1的电压也增加到最大值，之后再有信号到来时由于其电压达不到加在电容两端的电压，因而电容不再充电，电压保持不变。当图中所示的场同步信号到来时，稳压管Dz1反相导通，电容才迅速放电，再有信号从电压跟随器5A 输出，电容又开始重新充电。通过这种设计，便可以从每场视频信号中提取出最强的信号，并将这个值通过电压跟随器6输出到电压比较器7的另一个输入端，电压比较器7输出的信号即为从视频信号中提取出的光信号，并且该光信号存在这样的特点：对于每一场视频信号而言，只有当当前信号值大于以往信号值时，光信号输出为高电平，否则输出为低电平。视频信号最大值过后，光信号输出时刻保持在低电平。在图2中，电压跟随器6相当于一个高输入阻抗元件，可以防止电容C1放电过快。电源VCC提供一个钳位电压。
图2 整形电路详细原理图
2.2同步分离电路
视频信号是反映图像内容的电视信号, 它的电压高低表示图像像素的明暗程度。由于图像是随机性的, 因此视频信号电平也在一定范围内随机起伏。视频信号是在电子扫描作用下, 由摄像头将明暗不同的景象转换为相应的电信号, 然后经信号通道传送出去。目前在传送视频信号时，是把影像信号，消隐信号和复合同步信号三者按一定比例结合在一起发送的。我国采用的电视信号是隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR）,行频为15625Hz,行同步脉宽为4.7μs；场频为50 Hz,场同步脉宽为160μs[1]。
准确分离视频信号对系统的成功至关重要，在该系统中视频信号同步分离可以选用芯片LM1881来实现，输入为满足CCIR标准的视频信号，输出有复合同步信号、场同步信号、奇偶场标志信号。其中，复合同步信号中包含了周期为64μs的行同步信号和场回扫期间的周期为32μs的场均衡信号、场同步信号[2]。
2.3计数电路
2.3.1光信号行计数
选择20MHz的晶振作为行计数器的计数时钟脉冲输入，计数器的时钟频率实际上决定了视频信号每一行的采样点的数量，即每行水平的数字分辨率。行周期64μs,频率15625Hz，每行的采样点为20M/15625=1280，除去行消隐和行同步的时间，每行的有效采样点可达1000点以上。为了保证计数器不会溢出，需用二进制地址10位，因此我们选择采用12位计数器。由光信号和场同步脉冲通过与非门接到计数器的清零引脚，由20MHz时钟信号和行同步脉冲通过与非门接到计数器时钟脉冲输入引脚。当光信号到来时计数器开始计数，下一行同步脉冲到来时，会停止计数，同时触发锁存器，存储计数器中的数值，至此就获得了光点的行坐标。下一场同步脉冲到来时，会将计数器清零，开始新一行的点坐标测量[3]。图4是实现行计数的波形示意图。
图3 行计数的波形示意图
2.3.2 光信号场计数
场计数的工作原理与行计数类似，只是计数器时钟脉冲输入改为行同步脉冲。光信号到来时开始计数，当场同步脉冲到来时停止计数，触发锁存器，存储计数器中的数值，至此就获得了光点的场坐标。同时场同步脉冲会将计数器清零，开始新一场的点坐标测量。
由于摄像头采用隔行扫描方式，两场构成一帧画面，奇数场扫奇数行，偶数场扫偶数行，所以此时得到的场坐标与实际值之间有较大误差。为了提高精度，需要确定当前扫描的是奇数场还是偶数场。如果场计数器中的值为n，LM1881的奇偶场标志脚输出0，则表明当前扫描的是偶数场，光点实际应在第2n行；若输出1，表明扫描的是奇数场，光点实际应在第2n-1行。
3.单片机串口通信流程
在本系统中使用的单片机是陵阳SPCE061A，它的UART模块提供了一个全双工标准的通信口，用于与外设之间的串行通信。在使用SPEC061A的异步串行端口UART实现与PC通信时，由于SPEC061A的I/O电平和PC不一致，要采用一片MAX232进行电平转换，MAX232的RXD和TXD分别接SPCE061A的IOB10（TX）和1OB7（RX）。
根据RS-232的标准，SPCE061A单片机是按字节传输数据的。利用IOB口的特殊功能和UART IRQ中断，可以同时完成UART接口数据的接收和发送。SPCE061A单片机串行通信帧结构为：1位启动位，8位数据位，1位奇偶校验位，1位停止位。使用UART模块进行通信时，必须事先分别将管脚I0B7设置为输入状态，IOB10设置为输出状态。将波特率设置为9600b/s即可满足本系统实时数据传输要求。
初始化的代码为：
＊P_IOB_Dir=0x0400; //IOB0～IOB7初始化为输入，IOB10为输出
＊P_IOB_Attrib=0x0480;
＊P_UART_BaudScalarHigh=0x05; //波特率设置为9600bps
＊P_UART_BaudScalarLow=0x00;
＊P_UART_Command1=0x0000; //允许接收、发送
＊P_UART_Command2=0x00C0;
单片机数据发送程序代码片段为：
Ret=＊P_UART_Command2; //检查标志位，查看上次数据是否发送完毕
Ret="Ret"&0x0040;
while（Ret==0） //若没有等待继续发送
｛
Ret=＊P_UART_Command2;
Ret="Ret"&0x0040;
＊P_Watchdog_Clear=C_WDTCLR;
｝
m1=m&0x000f; //将16进制m1转ASCLL码传送上位机
Hex_ASC（m1）;
＊P_UART_Data=m1;
4．PC机软件设计
在计算机接收端，由串口1接收单片机发来的数据，采用VB 6.0设计软件程序，串行通讯利用MSCOMM控件实现[4]。MSCOMM能十分方便地开发出使用计算机串口的计算机通信程序。在本系统中MSCOMM控件采用事件驱动方式从端口获取数据，软件处理流程为：打开串口开始接收单片机发送来的数据，首先判断数据帧的开始字节，是则关闭OnComm接收事件，然后接收数据字节，判断数据最大最小值，采用坐标转化算法将接收的坐标转化为屏幕坐标，最后打开OnComm接收事件，等待下一次OnComm事件产生。
Windows SDK中函数SetCursorPos（）可以实现将鼠标光标显示在投影大屏幕上的激光点处，该函数带有两个参数x和y,表示鼠标在屏幕上的坐标。函数mouse_event（）可以模拟一次鼠标事件，例如可用如下命令模拟左键单击：mouse_event MOUSEEVENTF_LEFTDOWN Or MOUSEEVENTF_LEFTUP, 0, 0, 0, 0。这样就实现了利用激光笔光点控制目标大屏幕的鼠标指针定位，移动和单双击。
5.结束语
试验表明，装备设计合理，满足设计技术指标要求，工作稳定可靠，且具有较强的可扩充性，只需做少许改动即可适应用户更高的要求，若要求进一步提高光标定位的精度，可选择更高的晶振作为行计数器脉冲的输入，必要时对计数器加以扩展。这相当于将像素点加以细化，因而精度提高。
本装置是配合计算机，投影仪而用于产品演示、电化教学及学术会议等场合的理想演示用工具。经过改装后，还可用于警员、军队枪械的模拟训练，有着广阔的应用前景。
参考文献
[1]. 俞斯乐等编著.电视原理 （第五版）.北京: 国防工业出版社，2000
[2]. LM1881, LM1881-X Video Sync Separator General Description. National Semiconductor, June 2003
[3]. 胡敦辉等. 采用视频方式的点坐标测量方法[J]. 电子技术应用,2003,（3）:33-35
[4]. 李光明等. 用VB实现S7-300 PLC与PC机的普通串口通信[J].微计算机信息,2005, （09）:38-40
