CN106954061B - 基于Arduino的多设备互动展示控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于Arduino的多设备互动展示控制系统及方法；系统包括：控制服务器，所述控制服务器接收控制子系统的数据展示请求指令，所述数据展示请求指令包括卡片数据或旋钮数据；根据数据展示请求指令从数据库中调取相应数据，将调取的数据送入展示子系统，控制服务器控制展示子系统选择相应的设备对数据进行展示；数据库通过后台管理子系统进行维护；本发明的有益效果：该系统可以根据不同的展示内容选择不同的展示设备，以使展示内容以最合适、最完美的方式呈现给用户，增强用户体验。

Description

基于Arduino的多设备互动展示控制系统及方法

技术领域

本发明涉及基于Arduino的多设备互动展示控制系统及方法。

背景技术

21世纪是信息技术时代，计算机多媒体技术与网络技术得到了极其迅猛的发展，伴随着虚拟现实技术的发展，基于虚拟现实技术的展示手段通过创建和表现虚拟物体与虚拟空间，使信息的展示方式有了新的途径和形式，结合虚拟现实技术的3个基本特性——沉浸感、交互性、构想力，使信息更直观、高效的传递。随着人们对这种展示技术的逐渐了解和关注，它的应用与发展也愈加广泛和迅速。

随着网络技术的发展和人机交互方式的多样化，研究三维展示效果和交互手段必将有着重要的意义。比如，现今热门的博物馆展示系统，通过网络藏品展示的方式实现博物馆资源的虚拟展示,让计算机成为博物馆文博信息普及、研究工作的重要助手,将成为今后博物馆数字信息化的发展方向。利用计算机和互联网实现文物展品的虚拟互动展示,开发基于网络环境下的文物多媒体信息展示系统,将会有一个广阔的发展空间。

然而，目前大多数展示系统只存在单一的展示方式，将所有不同格式的展示内容都采用相同的展示方式进行展示，无法满足用户的视觉需求，使展示效果大打则扣。

目前，展示系统中存在的问题主要表现在：

1.鼠标、键盘等传统的人机接口的一些弊端逐渐暴露。主要表现在：

(1)操作繁琐、复杂，一项操作往往需要鼠标的多次移动、点击或通过键盘选择操作多个按键。

(2)外出携带不方便，占用空间大。

2.受3D眼镜的束缚：都需佩戴3D眼镜，才能看到栩栩如生的立体影像。一方面有的3D眼镜需要及时充电，眼镜本身比较脆弱，容易损坏；一方面用户佩戴不适应，长时间会产生眼部疲劳感。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于Arduino的多设备互动展示控制系统及方法，该系统可以根据不同的展示内容选择不同的展示设备，以使展示内容以最合适、最完美的方式呈现给用户，增强用户体验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于Arduino的多设备互动展示控制系统，包括：

控制服务器，所述控制服务器接收控制子系统的数据展示请求指令，根据数据展示请求指令从数据库中调取相应数据，将调取的数据送入展示子系统，控制服务器控制展示子系统对数据进行展示；数据库通过后台管理子系统进行维护；

所述控制子系统，包括：Arduino用户操作识别单元和Arduino数据发送单元；

所述Arduino用户操作识别单元，包括：旋钮控制模块和卡片识别模块；

所述旋钮控制模块，包括：Arduino UNO开发板、编码器和旋钮，编码器将接收到的旋钮控制指令发送给Arduino UNO开发板，然后通过Arduino数据发送单元，发送给控制服务器；

所述卡片识别模块，包括：读卡器，所述读卡器能够识别存储有数据资源信息的若干张卡片；每张卡片存储唯一的数据资源信息；所述卡片识别模块通过读取卡片中存储的数据，将读取的数据通过Arduino数据发送单元，发送给控制服务器；

所述Arduino数据发送单元，包括Arduino WiFi Shield；

所述控制服务器，接收卡片识别模块发送过来的数据信息，和旋钮控制模块发送过来的控制指令；进行分析处理后，从数据库中调取相应数据，通过展示子系统进行展示；

所述控制服务器，包括通信服务单元和数据处理单元，所述通信服务单元包括数据发送模块和数据接收模块，所述数据处理单元包括数据库查询模块、无效数据过滤模块和通信设备判断模块；

所述数据发送模块，用于将数据发送给展示子系统；

所述数据接收模块，用于分别接收来自控制子系统和数据库的数据；

所述数据库查询模块，用于对数据库进行查询；

所述无效数据过滤模块，用于对查询到的数据进行过滤处理，去除无效数据；

所述通信设备判断模块，用于根据控制子系统的数据，来选择不同的展示设备进行展示。

所述数据库，采用MySQL数据库，包括四种数据表，分别是：xndata数据表、qxdata数据表、dsdata数据表和dpdata数据表。

所述xndata数据表，用于存储卡片信息和展示设备信息；所述卡片信息包括卡号，所述设备信息包括展示设备名称；

所述qxdata数据表，用于存储由全息设备进行展示的数据；所述由全息设备进行展示的数据，包括：卡号和数据资源路径；

所述dsdata数据表，用于存储由大屏设备进行展示的数据；所述由大屏设备进行展示的数据，包括：卡号、数据资源类型和数据资源路径；

所述dpdata数据表，用于存储由3D幕布进行内容展示的数据；所述由3D幕布进行展示的数据，包括：卡号、数据资源名称和数据资源路径。

所述展示子系统，包括：全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元；所述全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元均在同一个局域网内；

所述全息展示单元，用于对数据进行全息展示；所述全息展示单元，包括全息展示盒和可升降全息展示桌；所述全息展示模块与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令，则根据旋钮控制指令对展示内容进行放大、缩小、旋转、暂停和模式切换；如果是退出指令，则退回到主界面。

所述3D投影展示单元，用于对数据进行3D展示，所述3D投影展示单元，包括3D幕布、3D投影仪和3D立体眼镜；所述3D投影展示单元与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令，则根据旋钮控制指令对展示内容进行放大、缩小、旋转、暂停和模式切换；如果是退出指令，则退回到主界面。

所述大屏展示单元，包括对数据进行大屏展示，所述大屏展示单元，包括大屏显示器；所述大屏展示单元与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应图片或视频数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令且展示的是图片，则根据旋钮控制指令对展示图片内容进行放大、缩小、旋转和模式切换；如果控制指令是旋钮控制指令且展示的是视频，则根据旋钮控制指令对展示视频内容进行快进、后退进度、提高音量或降低音量；如果是退出指令，则退回到主界面。

所述后台管理子系统，包括：全息管理单元、3D投影管理单元和大屏管理单元；

所述全息管理单元，用于对采用全息展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对qxdata数据表和xndata数据表进行修改；

所述3D投影管理单元，用于对采用大屏展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对dsdata数据表和xndata数据表进行修改；

所述大屏管理单元，用于对采用3D幕布展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对dpdata数据表和xndata数据表进行修改。

所述全息展示单元，包括：展示目录模块、展示模型模块、展示图片模块和展示视频模块；

所述展示目录模块，用于展示数据内容的目录；显示全息数据库中的全部记录，对旋钮进行左旋表示选择上一条记录，对旋钮进行右旋表示选择下一条记录，对旋钮进行单击表示进入显示相应的图片、视频或者模型；

所述展示模型模块，包括旋转、缩放和音频播放三种控制模式；对旋钮进行双击表示切换模式，初始为旋转模式，对旋钮进行单击表示旋转/暂停的切换；对旋钮进行左旋为顺时针旋转，对旋钮进行右旋为逆时针旋转，对旋钮进行单击为持续旋转；在缩放模式下，对旋钮进行左旋表示缩小，对旋钮进行右旋表示放大；在音频播放模式下，对旋钮左旋表示放大音量，对旋钮右旋表示缩小音量；对旋钮进行单击表示音频的播放/暂停的切换；

所述展示图片模块，用于对旋钮进行左旋表示显示上一张图片，对旋钮进行右旋表示显示下一张图片；

所述展示视频模块，用于对旋钮进行单击表示播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示回到视频第一帧的位置。

基于Arduino的多设备互动展示控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)：后台管理子系统接收用户输入指令；根据用户输入指令对数据库进行维护；所述维护包括对数据库的数据内容的增加、删除、修改和查询；

步骤(2)：旋钮控制模块和卡片识别模块均通过Arduino数据发送单元与控制服务器建立连接；展示子系统与控制服务器建立连接；

步骤(3)：判断是否存在刷卡指令，若不存在，则直接进入步骤(4)；

若存在则卡片识别模块中的读卡器读取卡片信息，然后将读取的卡片信息发送给控制服务器，控制服务器接收到卡片信息后，根据卡片信息判断当前设备是否是卡片信息中的设备；

若是，根据卡片信息查询数据库xndata表；读取相应的数据内容，进行展示；进入步骤(4)；

若不是，则切换到新的显示设备，根据卡片信息查询数据库xndata表；读取相应的设备名称和数据内容，再将读取的数据内容发送给相应的设备，从而完成对展示设备的选择；进入步骤(4)；

步骤(4)：旋钮控制模块接收用户操作指令，根据操作指令对处于工作状态的展示设备进行操控。

如需切换展示内容和展示平台，返回步骤(3)，同时，当前展示设备会自动回到主界面；

如需新增展示资源，则返回步骤(1)。

所述步骤(3)中相应的设备名称包括：全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元；

所述步骤(4)的步骤为：

步骤(4-1)在全息展示中，根据展示内容的不同分为以下四种情况：

步骤(4-1-1)展示内容为目录：显示全息数据库中的全部记录，对旋钮进行左旋表示选择上一条记录，对旋钮进行右旋表示选择下一条记录，对旋钮进行单击表示进入显示相应的图片、视频或者模型；

步骤(4-1-2)展示内容为图片：对旋钮进行左旋表示显示上一张图片，对旋钮进行右旋表示显示下一张图片；

步骤(4-1-3)展示内容为视频：对旋钮进行单击表示播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示回到视频第一帧的位置；

步骤(4-1-4)展示内容为.fbx格式的3D模型文件：对旋钮进行双击表示切换模式，初始为旋转模式，对旋钮进行单击表示旋转/暂停的切换；对旋钮进行左旋为顺时针旋转，对旋钮进行右旋为逆时针旋转，对旋钮进行单击为持续旋转；在缩放模式下，对旋钮进行左旋表示缩小，对旋钮进行右旋表示放大；在音频播放模式下，对旋钮左旋表示放大音量，对旋钮右旋表示缩小音量；对旋钮进行单击表示音频的播放/暂停的切换；

步骤(4-2)在大屏展示中，

如果当前展示的内容为图片，则对旋钮进行左旋表示选择上一张图片，对旋钮进行右旋表示选择下一张图片；

如果当前展示内容为视频，

在视频播放模式下，对旋钮进行左旋表示快进，对旋钮进行右旋表示后退，对旋钮进行单击播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示模式切换；

在音量调整模式下，对旋钮进行左旋表示音量增加，对旋钮进行右旋表示音量降低，对旋钮进行单击表示暂停；

步骤(4-3)在3D幕布投影中，对旋钮进行左旋表示场景视角的左移，对旋钮进行右旋表示场景视角的右移，对旋钮进行单击表示前进/暂停的切换。

本发明的有益效果：

1Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。Arduino板价格便宜，体积小巧，且是开源项目，拥有极大的自由度，可拓展性能非常高，开发成本低。基于Arduino的控制系统具有简单、方便、易操作等优点，用户通过该控制系统对要进行展示的内容进行选择和操作，然后该控制系统将相关信息发送给服务器端，控制服务器再根据接收到的信息有选择性的发送给不同的客户端设备，最后客户端设备根据此信息进行内容展示。该系统可以根据不同的展示内容选择不同的展示设备，以使展示内容以最合适、最完美的方式呈现给用户，增强用户体验。以博物馆为例，博物馆的宣传视频和历史人物图片可以通过大屏幕展示，而3D文物模型显然更适合全息展示，而古迹遗址等大型场景可以通过3维建模还原后由幕布投影进行展示。通过不同的展示平台，根据展示内容有选择的分类展示，带给了游客更好的游览体验，激发游客兴趣，同时也增强游客对文物的了解。而且，控制系统采用无线通信，用户可以随身携带，不受地域限制，方便轻巧。内容选择通过读取卡片信息完成，操作简单，一卡一数据，把用户的双眼从庞大的冗余信息中解放出来，不会造成视觉疲劳。

2本发明的工作原理为：用户通过后台管理界面将需要展示的内容上传到远程后台管理服务器，并同时修改远程数据库信息。旋钮通过wifi连接到控制服务器，用户的操作信息和读取到的卡片信息都将通过socket通信发送到控制服务器端，然后控制服务器查询远程数据库信息，将相应的信息转发给连接到控制服务器端的相应的设备客户端，设备客户端再根据接收到的信息，查询远程数据库表，加载相应的资源或者作出相应的动作反馈给用户。

3基于Arduino的移动控制平台，设备成本低，操作简单、方便、高效，通过无线通信控制各展示设备，解决了传统的鼠标键盘受距离空间限制的问题。

4对不同类型的数据进行展示时，可以根据所展示内容的数据特点，选择适宜的一种或多种设备进行展示，解决了传统的单一设备展示全部数据内容，不能突出展示内容，达不到预期的展示效果的问题，确保展示效果最好，提高了用户体验。

5采用卡片的方式存储数据，通过卡片进行展示内容的切换，使用户能方便快捷的寻找到想要的内容，且操作简便，卡片识别灵敏，解决了传统的数据冗余庞大造成的视觉污染问题。

附图说明

图1为多设备互动展示系统总体结构图；

图2为多设备互动展示系统硬件构成图；

图3为后台子系统流程图；

图4为控制服务器功能图；

图5为多设备互动展示系统场景图；

图6为多设备互动展示系统整体流程图；

图7为基于arduino的控制子系统的硬件结构图；

图8为基于Arduino的控制子系统的电气连接图；

图9为基于arduino的控制子系统的流程图；

图10为全息展示模块功能图；

图11为全息模块模型展示流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

所述数据库，采用MySQL数据库。数据库有四张数据表，分别是：

表1xndata：包含了所有卡片信息和设备信息，xndata里主要有两个字段，分别为代表卡号的cardid和卡所对应的设备名字段device；

表1

字段名	数据类型	字段含义	主键	不能为空
					cardid	varchar	卡号	是	是
device	varchar	展示设备名	否	否

表2qxdata：包含所有可以由全息设备进行内容展示的数据，qxdata里主要有两个字段，代表卡号的cardid和代表资源路径的path字段；

表2

字段名	数据类型	字段含义	主键	不能为空
					cardid	varchar	卡号	是	是
modelid	int	序列号	否	是
					name	varchar	资源名称	否	否
music	varchar	背景音乐	否	否
					path	varchar	资源路径	否	否
type	int	资源类型	否	是

表3dsdata：包含所有可以由大屏设备进行内容展示的数据，dsdata里主要有三个字段，代表卡号的cardid，代表资源类型的type字段和代表资源路径的path字段；

表3

表4dpdata：包含所有可以由3D幕布进行内容展示的数据，dpdata里主要有两个字段，代表卡号的cardid字段和代表资源路径的path字段；

表4

字段名	数据类型	字段含义	主键	不能为空
					cardid	varchar	卡号	是	是
name	varchar	资源名称	否	否
					path	varchar	资源路径	否	否

全息管理模块，用于对适合全息展示的内容进行管理，可以通过此模块，进行资源的增加，修改和删除，同时对数据表qxdata和xndata进行修改。

大屏管理模块，用于适合大屏展示的内容进行管理，可以通过此模块，对资源进行增加，修改和删除，同时对数据表dsdata和xndata进行修改。

3D幕布投影管理模块，用于适合3D幕布投影展示的内容进行管理，可以通过此模块，对资源进行增加，修改和删除，同时对数据表dpdata和xndata进行修改。

卡片识别模块，包括存储有资源信息的不同S50卡片和RFID-RC522读卡器。每张卡片存储着唯一的，不同的数据信息，通过RFID-RC522模块识别不同的卡片，随后系统进行相应的展示。通过卡片的方式选取展示内容，方便快捷，能使用户快速的找到自己资源，且卡片轻薄，便于携带，而卡片只能通过卡片识别模块进行识别才有意义，具有很好的安全性。

旋钮控制模块，包括Arduino UNO开发板和编码器。用户通过旋钮的左旋、右旋、单击、双击对所展示的内容进行控制。在多设备展示子系统中，不同的展示模块对于这四个输入量有不同的理解，从而产生不同的系统反馈。旋钮傻瓜式的操作，简洁的输入量，使用户能高效的控制展示内容。

Arduino数据发送单元，包括Arduino-Wifi开发板。卡片识别模块所识别的卡片信息和旋钮操作模块所产生的输入信号都是通过无线通信模块发送到服务端，再由控制服务器端有选择的发送给相应的设备展示平台进行展示。通过无线通信，整个旋钮控制模块既可以自由移动，也可以固定在桌面或者墙面上，不受地域的限制，极大的方便了用户的使用，提高了用户体验。

控制服务器，首先，NodeJS开启Socket服务器端，与无线通信模块建立连接，然后将接收到的用户操作信息进行处理，最后再转发给相应的设备展示平台。

全息展示模块，对适合于全息展示的内容进行展示，主要是三维模型等，包括全息展示盒和可升降全息桌。首先需要与远程控制服务器建立连接，然后对控制服务器端发来的信息进行处理，若是卡片信息，则需查询远程数据库，找到需要展示的资源路径，然后从远程加载展示的资源。若是用户操作信息，则对展示内容进行控制，如放大缩小、旋转暂停、模式切换等。若是退出指令，则回到主界面，退出系统。

大屏展示模块，包括大屏显示器。对适合于大屏展示的内容进行展示，主要是图片和视频等。同全息展示模块一样，首先需要与控制服务器建立连接，然后对控制服务器端发来的信息进行处理。若是卡片信息，则查询远程数据库，加载资源。若当前展示内容为图片，则用户可通过控制子系统切换图片，播放解说音频。若当前展示内容为视频，则可以快进、后退进度，提高、降低音量。若是退出信息，则回到主界面，退出系统。

3D投影展示模块，包括3D幕布、投影仪和3D立体眼镜。对适合于3D展示的内容进行展示，主要是大型场景等。同前两个展示模块相同，首先也需要与控制服务器建立连接，然后对控制服务器发来的信息进行处理。若是卡片信息，则从远程控制服务器加载相应的资源，若是用户操作信息，则可让用户漫游在场景中的。若是退出信息，则回到主界面。

基于上述多设备互动展示系统的交互式展示方法，包括以下步骤：

(1)开启后台管理模块：开启后台管理服务器，管理人员可以远程访问后台管理界面，对后台资源进行管理。

(2)资源管理：管理人员可以通过后台管理界面对后台资源进行增、删、改、查，并相应的对数据库进行修改。

(3)开启控制子系统：通过双击控制服务器应用，开启控制服务器模块，则不同的设备客户端可与控制服务器进行通信；配置旋钮控制模块，使旋钮控制模块通过Arduino-Wifi与控制服务器建立连接。

(4)开启多设备展示子系统：各个展示设备通过服务器的地址与控制服务器建立连接，则控制服务器可将接收到的旋钮控制模块信息处理后转发给各个设备展示模块。

(5)选择展示平台：用户可通过卡片识别模块中的读卡器读取卡片信息，然后将卡片信息发送给控制服务器，控制服务器接收到数据信息后查询远程数据库xndata表，读取相应的设备名称，再将卡片信息发送给相应的设备，完成对展示平台的选择。

(6)设备控制操作：用户可以通过旋钮控制模块中的旋钮开关，对正在进行内容展示设备进行操控。根据展示的内容和设备的不同，相同的用户操作会在不同的设备系统中产生不同的语义。

(7)如需切换展示内容和展示平台，则只需回到步骤(5)重新进行展示选择，同时上一个展示设备将会自动回到主界面。如需展示远程控制服务器和数据库中没有的资源文件，则需回到步骤(2)完成对资源文件的添加。自此，整个交互式展示过程完毕。

所述步骤(6)对不同设备的交互控制，具体包括以下几种不同的语义：

(6-1)在全息展示中，又根据展示内容的不同分为以下四种情况：

(6-1-1)展示内容为目录：会显示全息数据库中的全部记录，左旋旋钮表示选择上一条记录，右旋旋钮表示选择下一条记录，单击旋钮表示进入显示相应的图片、视频或者模型；

(6-1-2)展示内容为图片：左旋旋钮表示显示上一张图片，右旋旋钮表示显示下一张图片；

(6-1-3)展示内容为视频：单击旋钮表示播放/暂停的切换，双击旋钮表示回到视频第一帧的位置；

(6-1-4)展示内容为模型：双击切换模式，初始为模式一(旋转模式)，单击旋钮模型旋转/暂停的切换；在模式二(缩放模式)下，左旋旋钮表示缩小，右旋旋钮表示放大；在模式三(音频播放)下，单击旋钮表示音频的播放/暂停的切换。

(6-2)在大屏展示中，如果当前展示的内容为图片，则左旋旋钮表示选择上一张图片，右旋旋钮表示选择下一张图片；若当前展示内容为视频，模式一下，左旋表示快进，右旋表示后退，单击表示播放/暂停的切换，双击表示模式切换，在模式二下，左旋表示音量增加，右旋表示音量降低，单击表示暂停。

(6-3)在3D幕布投影中，左旋表示场景视角的左移，右旋表示场景视角的右移，单击表示前进/暂停的切换。

如图1所示，一种基于Arduino的多设备互动展示控制系统主要分为三个部分，分别为对展示数据进行管理的后台管理子系统，用户操作的控制子系统，和多设备展示子系统；后台管理子系统对数据库数据进行修改，控制服务器在接收到控制子系统发来的操作信息后会查询数据库，然后根据数据库里的信息记录将数据转发给展示子系统，展示子系统接收到信息后会查询数据库，根据数据库里的信息展示相应的内容。

如图2所示，展示子系统中所有的设备需在同一个局域网内，以确保相互之间能够通信。系统需要两个并列的服务器，控制服务器和数据管理服务器，控制服务器用于接收控制子系统的信息，然后将查询数据库将信息转发给展示子系统；数据管理服务器将接收后台管理子系统的信息，对后台数据库和文件进行管理。用户可以根据数字内容的不同从而选择不同的显示设备进行交互。在此展示子系统中，用户可以选择大屏幕，全息投影或者大幕布进行展示。

图2所示的所有展示设备所展示的数据内容都如图1所示，是通过后台管理子系统进行管理的。后台管理子系统通过管理界面将数据上传到控制服务器并向数据库写入信息，从而各展示设备才能通过访问数据库得到展示数据的位置，从而对展示内容进行展示。

具体的数据管理服务器工作流程如图3所示：

(31)开启管理服务器，服务器会读取相关配置文件，获取数据库地址和数据库名。

(32)浏览器获取网址，访问服务器；

(33)后台服务器自动访问数据库，读取数据库中现存的数据内容信息，然后将信息反馈给用户；

(34)后台服务器根据管理信息的类别不同，将管理界面分为3个部分，分别是全息管理，大屏管理，3D幕布投影管理。

(35)接收用户的输入指令。

(36)若指令为新增展示内容，则选择本地需要上传的文件到服务器；若指令为删除文件，则删除服务器端文件；若指令为修改已有的数据，则重新上传新的文件到服务器，原来的文件会自动删除掉。

(37)服务器端进行文件更新，同时，自动更新数据库里的数据表信息。

(38)通过上述过程，后台服务器完成了用户的一次操作请求。若用户想要继续操作，则回到步骤(34)即可。否则，操作结束。

控制服务器的功能图如图4所示。控制服务器用于进行通信服务和数据处理。在通信服务中，主要功能为接收控制子系统的数据，然后再将数据发送给不同的展示子系统。在数据处理方面，主要功能是查询数据库，根据数据库中的信息对数据进行处理。若数据库中的没有接收到数据的相关信息，则丢弃掉这条数据，实现的对数据的过滤。同时，若数据库中存在相应的数据信息，则判断当前正在通信的展示子系统，将数据发送给当前展示子系统。

如图5所示，描述了基于Arduino的多设备互动展示控制系统的使用场景。用户A和B在展示厅中进行交流，茶桌上放着基于Arduino的控制系统、卡片和全息投影设备。墙面上分别放着大屏幕和3D投影幕布。用户A和B在同时观看茶桌上的全息投影，两人通过不同的全息设备面看到相同的全息展示内容。同时，用户可带着3D眼镜，观看幕布上的3D场景。当他们想看清晰的图片或者视频时，则可通过旁边的大屏幕进行观看，而所有这些展示内容的切换和控制，都是通过茶桌上的Arduino控制系统实现的。桌面上有多个Arduino控制盒，用户可同时通过控制盒进行协同控制，便于对展示内容进行沟通交流。

如图6所示，为整个系统的流程图。为实现设备之间的通信，使控制子系统能对展示子系统进行控制，首先需要将各子系统连接到同一个局域网内，然后开启控制服务器。控制服务器是用NodeJS编写的socket通信服务器，服务器与客户端之间采用socket通信。然后，再将控制子系统开启，作为客户端连接到控制服务器。同时，也要开启展示子系统，即将展示子系统中的各设备作为客户端连接到控制服务器端。

将上述准备工作完成后，用户即可使用系统进行交互展。控制子系统负责读取用户操作，首先用户需要将存储信息的卡片放在控制子系统的卡片识别区，识别卡片的信息。若卡片信息所包含的显示设备与当前显示设备不是同一个设备，则切换显示设备，原显示设备返回显示主界面，新的显示设备加载内容进行展示；若是同一个设备，则只需进行内容切换。若用户不是进行卡片识别操作，而是进行旋钮操作，则当前显示设备根据自定义的旋钮动作含义改变显示状态。

在整个系统中，最关键的部分即为基于Arduino的控制子系统。如图7所示，整个控制系统的硬件由S50卡片、RFID-RC522读卡器、Arduino UNO开发板、编码器、旋钮、ArduinoWiFi Shield和用于线路连接的杜邦线构成。其中，S50卡片和RFID-RC522读卡器组成了卡片识别模块，Arduino UNO开发板和编码器组成了旋钮控制模块，Arduino Wifi Shield组成了无线通信模块。

(71)卡片识别模块用于识别卡片信息。用户通过卡片的方式选取展示内容。每张卡片存储着唯一的，不同的数据信息，通过RFID-RC522模块识别不同的卡片，随后系统进行相应的展示。

(72)旋钮操作模块用于识别旋钮操作。用户通过旋钮的左旋、右旋、单击、双击对所展示的内容进行控制。在多设备展示子系统中，不同的展示模块对于这四个输入量有不同的理解，从而产生不同的系统反馈。

(73)无线通信模块用于传输数据。卡片识别模块所识别的卡片信息和旋钮控制模块所产生的输入信号都是通过无线通信模块发送到服务端，再由服务器端有选择的发送给相应的设备展示平台进行展示。

在控制子系统中，Arduino UNO开发板分别需要和RFID-RC522与编码器相连接。具体的电气连接图如图8所示。Arduino UNO开发板的10-13引脚与RFID-RC522的SDA、MOSI、MISO、SCK引脚相连，Arduino UNO开发板的2-4引脚与编码器的ENA、ENB、SW相连，再通过Arduino UNO开发板内代码驱动，即可实现RFID-RC522对卡片识别以及对编码器旋转按压的识别。

控制子系统的具体流程如图9所示：

(91)开启控制服务器。

(92)配置Arduino wifi文件，连接服务器，则Arduino可通过无线方式发送信息到服务器。

(93)识别用户操作，用户有两种操作，一是通过卡片识别模块对卡片进行识别，切换设备或展示内容；二是通过旋钮操作模块对旋钮进行操作，控制展示内容。

(94)当控制子系统识别用户的操作后，就会通过socket通信将数据发送给服务器端。

(95)服务器接收到客户端发送的数据后，首先会判断是否是卡片信息，如果是卡片信息，会查询数据库，检查当前卡片信息所对应的展示设备是否为当前正在进行内容展示的展示设备，若是，则将数据转发给当前设备，若不是，则切换当前展示设备，即向新的展示设备发送数据信息，向旧的展示设备发送“back”信息，使之回退到主界面。若当前信息不是卡片信息，则为旋钮操作信息，则直接将该信息转发给当前显示设备。

(96)至此，控制子系统的操作完成。

从上述流程可以看出，控制子系统主要功能为用户操作识别与数据转发。在服务器将用户操作数据转发给展示子系统后，展示子系统会相应的做出响应。以全息子系统为例。全息系统通过全息显示设备对内容进行展示，实现了裸眼3D效果，且能让用户从不同的角度看到相同的内容，适用于多用户同时观看。

如图10所示，全息展示分为四个功能模块：

(101)目录展示：在目录展示中，会显示当前全息设备能展示的所有内容条目。用户通过左右旋转旋钮进行条目上下选择，通过单击进行内容展示。

(102)模型展示：在模型展示中，一共又分为三个控制模式，分别是旋转、缩放和音频模式。默认的控制模式为旋转模式，用户通过双击可以进行控制模式切换。在旋转模式中，通过左右旋转旋钮可以控制模型的旋转方向，左旋为顺时针旋转，右旋为逆时针旋转，单击为持续旋转；在缩放模式下，左旋为放大模型，右旋为缩小模型；在音频模式下，左旋为放大音量，右旋为减小音量，单击为音频的播放/暂停。

(103)图片展示：在图片展示中，通过左右旋转进行图片的切换。左旋为上一张图片，右旋为下一张图片。

(104)视频展示：在视频展示中，通过单击进行视频的播放/暂停。

以全息展示中的模型展示为例，即当前用户使用的卡片对应的显示内容为3D模型，显示设备为全息设备，结合上述图9所示的控制子系统的操作流程，用户具体的操作流程如图11所示：

(111)读取配置文件，配置文件里为服务器IP地址，数据库名，数据表名。

(112)运行程序，连接服务器和数据库。

(113)接收服务器端发送的消息。具体过程如图7所示。

(114)判断信息内容。若消息为卡片信息，则查询数据库，找到这张卡片对应的显示设备名与显示内容，判断当前显示设备是否需要退出。

(115)若卡片对应的显示设备名与当前的显示设备名相同，则当前显示设备加载新的显示内容。若不同，则当前显示设备退出，回到主界面，这张卡片所对应的显示设备加载相应的内容进行展示。

(116)若信息内容不是卡片信息，则为旋钮操作，需判断当前旋钮的具体操作。

(117)如图11所述，在全息设备展示模型时，默认的控制模式为旋转模式。判断当前用户的具体旋钮操作，若用户左旋旋钮，则模型沿着顺时针旋转一定角度；若用户右旋旋钮，则模型沿着逆时针旋转一定角度；若用户单击旋钮，则旋钮沿着顺时针方向以一定的速度不停的旋转，直到用户下次单击才暂停旋转；若用户双击旋钮，则切换到另一个控制模式下。在旋转模式下双击，切换到缩放模式，在缩放模式下双击，则切换到音频模式，在音频模式下双击，则切换到旋转模式。

用户通过上述图9，图11所述步骤，即完成了一次完整的全息展示模型的交互控制操作。对其他展示系统的控制也采用类似的方式，不同的是在不同的展示设备中，对旋钮的输入量(左旋，右旋，单击，双击)有不同的语义，展示内容会做出不同的状态转换，这是根据展示设备系统根据展示内容进行自定义的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

控制服务器，所述控制服务器接收控制子系统的数据展示请求指令，所述数据展示请求指令包括卡片数据或旋钮数据；根据数据展示请求指令从数据库中调取相应数据，将调取的数据送入展示子系统，控制服务器控制展示子系统选择相应的设备对数据进行展示；数据库通过后台管理子系统进行维护；

所述控制子系统，包括：Arduino用户操作识别单元和Arduino数据发送单元；

所述Arduino用户操作识别单元，包括：旋钮控制模块和卡片识别模块；

所述旋钮控制模块，包括：Arduino UNO开发板、编码器和旋钮，编码器将接收到的旋钮控制指令发送给Arduino UNO开发板，然后通过Arduino数据发送单元，发送给控制服务器；

所述卡片识别模块，包括：读卡器，所述读卡器能够识别存储有数据资源信息的若干张卡片；每张卡片存储唯一的数据资源信息；所述卡片识别模块通过读取卡片中存储的数据，将读取的数据通过Arduino数据发送单元，发送给控制服务器。

2.如权利要求1所述的基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

所述控制服务器，接收卡片识别模块发送过来的数据信息，和旋钮控制模块发送过来的控制指令；进行分析处理后，从数据库中调取相应数据，通过展示子系统进行展示；

所述控制服务器，包括通信服务单元和数据处理单元，所述通信服务单元包括数据发送模块和数据接收模块，所述数据处理单元包括数据库查询模块、无效数据过滤模块和通信设备判断模块；

所述数据发送模块，用于将数据发送给展示子系统；

所述数据接收模块，用于分别接收来自控制子系统和数据库的数据；

所述数据库查询模块，用于对数据库进行查询；

所述无效数据过滤模块，用于对查询到的数据进行过滤处理，去除无效数据；

所述通信设备判断模块，用于根据控制子系统的数据，来选择不同的展示设备进行展示。

3.如权利要求1所述的基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

所述数据库，采用MySQL数据库，包括四种数据表，分别是：xndata数据表、qxdata数据表、dsdata数据表和dpdata数据表；

所述xndata数据表，用于存储卡片信息和展示设备信息；所述卡片信息包括卡号，所述设备信息包括展示设备名称；

所述qxdata数据表，用于存储由全息设备进行展示的数据；所述由全息设备进行展示的数据，包括：卡号和数据资源路径；

所述dsdata数据表，用于存储由大屏设备进行展示的数据；所述由大屏设备进行展示的数据，包括：卡号、数据资源类型和数据资源路径；

所述dpdata数据表，用于存储由3D幕布进行内容展示的数据；所述由3D幕布进行展示的数据，包括：卡号、数据资源名称和数据资源路径。

4.如权利要求1所述的基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

所述展示子系统，包括：全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元；所述全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元均在同一个局域网内；

所述全息展示单元，用于对数据进行全息展示；所述全息展示单元，包括全息展示盒和可升降全息展示桌；所述全息展示单元与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令，则根据旋钮控制指令对展示内容进行放大、缩小、旋转、暂停和模式切换；如果是退出指令，则退回到主界面；

所述3D投影展示单元，用于对数据进行3D展示，所述3D投影展示单元，包括3D幕布、3D投影仪和3D立体眼镜；所述3D投影展示单元与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令，则根据旋钮控制指令对展示内容进行放大、缩小、旋转、暂停和模式切换；如果是退出指令，则退回到主界面；

所述大屏展示单元，包括对数据进行大屏展示，所述大屏展示单元，包括大屏显示器；所述大屏展示单元与控制服务器建立连接关系，接收来自控制服务器的控制指令，首先对控制指令进行判断，如果控制指令是卡片信息，则根据卡片信息读取数据库相应图片或视频数据，然后对读取数据进行展示，如果控制指令是旋钮控制指令且展示的是图片，则根据旋钮控制指令对展示图片内容进行放大、缩小、旋转和模式切换；如果控制指令是旋钮控制指令且展示的是视频，则根据旋钮控制指令对展示视频内容进行快进、后退进度、提高音量或降低音量；如果是退出指令，则退回到主界面。

5.如权利要求1所述的基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

所述后台管理子系统，包括：全息管理单元、3D投影管理单元和大屏管理单元；

所述全息管理单元，用于对采用全息展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对qxdata数据表和xndata数据表进行修改；

所述3D投影管理单元，用于对采用大屏展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对dsdata数据表和xndata数据表进行修改；

所述大屏管理单元，用于对采用3D幕布展示的数据内容进行管理，实现对数据资源的增加、删除和修改，同时对dpdata数据表和xndata数据表进行修改。

6.如权利要求4所述的基于Arduino的多设备互动展示控制系统，其特征是，包括：

所述全息展示单元，包括：展示目录模块、展示模型模块、展示图片模块和展示视频模块；

所述展示目录模块，用于展示数据内容的目录；显示全息数据库中的全部记录，对旋钮进行左旋表示选择上一条记录，对旋钮进行右旋表示选择下一条记录，对旋钮进行单击表示进入显示相应的图片、视频或者模型；

所述展示模型模块，包括旋转、缩放和音频播放三种控制模式；对旋钮进行双击表示切换模式，初始为旋转模式，对旋钮进行单击表示旋转/暂停的切换；对旋钮进行左旋为顺时针旋转，对旋钮进行右旋为逆时针旋转，对旋钮进行单击为持续旋转；在缩放模式下，对旋钮进行左旋表示缩小，对旋钮进行右旋表示放大；在音频播放模式下，对旋钮左旋表示放大音量，对旋钮右旋表示缩小音量；对旋钮进行单击表示音频的播放/暂停的切换；

所述展示图片模块，用于对旋钮进行左旋表示显示上一张图片，对旋钮进行右旋表示显示下一张图片；

所述展示视频模块，用于对旋钮进行单击表示播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示回到视频第一帧的位置。

7.基于Arduino的多设备互动展示控制方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1)：后台管理子系统接收用户输入指令；根据用户输入指令对数据库进行维护；所述维护包括对数据库的数据内容的增加、删除、修改和查询；

步骤(2)：旋钮控制模块和卡片识别模块均通过Arduino数据发送单元与控制服务器建立连接；展示子系统与控制服务器建立连接；

步骤(3)：判断是否存在刷卡指令，若不存在，则直接进入步骤(4)；

若存在则卡片识别模块中的读卡器读取卡片信息，然后将读取的卡片信息发送给控制服务器，控制服务器接收到卡片信息后，根据卡片信息判断当前设备是否是卡片信息中的设备；

若是，根据卡片信息查询数据库xndata表；读取相应的数据内容，进行展示；进入步骤(4)；

若不是，则切换到新的显示设备，根据卡片信息查询数据库xndata表；读取相应的设备名称和数据内容，再将读取的数据内容发送给相应的设备，从而完成对展示设备的选择；进入步骤(4)；

步骤(4)：旋钮控制模块接收用户操作指令，根据操作指令对处于工作状态的展示设备进行操控；

如需切换展示内容和展示平台，返回步骤(3)，同时，当前展示设备会自动回到主界面；

如需新增展示资源，则返回步骤(1)。

8.如权利要求7所述的基于Arduino的多设备互动展示控制方法，其特征是，

所述步骤(3)中相应的设备名称包括：全息展示单元、3D投影展示单元和大屏展示单元。

9.如权利要求7所述的基于Arduino的多设备互动展示控制方法，其特征是，

所述步骤(4)的步骤为：

步骤(4-1)：在全息展示中，根据展示内容的不同分为四种情况；

步骤(4-2)在大屏展示中，

如果当前展示的内容为图片，则对旋钮进行左旋表示选择上一张图片，对旋钮进行右旋表示选择下一张图片；

如果当前展示内容为视频，

在视频播放模式下，对旋钮进行左旋表示快进，对旋钮进行右旋表示后退，对旋钮进行单击播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示模式切换；

在音量调整模式下，对旋钮进行左旋表示音量增加，对旋钮进行右旋表示音量降低，对旋钮进行单击表示暂停；

步骤(4-3)在3D幕布投影中，对旋钮进行左旋表示场景视角的左移，对旋钮进行右旋表示场景视角的右移，对旋钮进行单击表示前进/暂停的切换。

10.如权利要求9所述的基于Arduino的多设备互动展示控制方法，其特征是，

所述步骤(4-1)的步骤为：

步骤(4-1-1)展示内容为目录：显示全息数据库中的全部记录，对旋钮进行左旋表示选择上一条记录，对旋钮进行右旋表示选择下一条记录，对旋钮进行单击表示进入显示相应的图片、视频或者模型；

步骤(4-1-2)展示内容为图片：对旋钮进行左旋表示显示上一张图片，对旋钮进行右旋表示显示下一张图片；

步骤(4-1-3)展示内容为视频：对旋钮进行单击表示播放/暂停的切换，对旋钮进行双击表示回到视频第一帧的位置；

步骤(4-1-4)展示内容为.fbx格式的3D模型文件：对旋钮进行双击表示切换模式，初始为旋转模式，对旋钮进行单击表示旋转/暂停的切换；对旋钮进行左旋为顺时针旋转，对旋钮进行右旋为逆时针旋转，对旋钮进行单击为持续旋转；在缩放模式下，对旋钮进行左旋表示缩小，对旋钮进行右旋表示放大；在音频播放模式下，对旋钮左旋表示放大音量，对旋钮右旋表示缩小音量；对旋钮进行单击表示音频的播放/暂停的切换。