CN101598995A - 一种节能的红外触摸装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能的红外触摸装置及其方法，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均由从微处理器控制，该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管、红外接收管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率，其中本发明装置在一个较长时间段T内没有检测到触摸目标，装置会自动进入到一种睡眠状态。本发明具有功耗低、寿命长、处理速度快、适用范围广等特点。

Description

一种节能的红外触摸装置及其方法

【技术领域】

本发明是涉及一种红外定位技术及设备，特别是涉及一种应用于电子显示设备或者其他书写平面进行书写轨迹捕捉和重现的红外触摸装置。

【背景技术】

电子触摸技术给人机交互方式提供了极大的方便，技术上也提供了多种解决方法，而且性能和可靠性也在不断的完善。目前市场上常见的有两种方式：一种是被动方式，利用电阻、电容、红外扫描技术，特点是无需经过特殊处理的笔即可作为定位装置的捕捉对象；另外一种是主动方式，如电磁定位、超声波定位，这种方式需要经过特殊制作的电子笔才能使用，一旦笔丢失或损坏，整个定位系统没法工作。随着触摸技术的不断发展，红外扫描定位技术有其独特的优势，例如与电阻  电容定位相比  可以做到完全的透光性，耐磨性；与电磁定位技术相比，红外定位技术无需使用特殊电子笔，使用方便；除此以外，红外定位技术还能很便捷的生产出大尺寸触摸屏，可应用于背投电视，前投影机，或PDP/LCD显示设备中，在前定位中，由于红外定位的完全透光性，其他几种定位技术无法相比。虽然红外定位技术有诸多的优点，但是由于红外定位装置需要不停的保持扫描状态，使得红外定位装置功耗较大，同时红外管的寿命也大大缩短。

因此，提供一种功耗低、处理速度快、寿命长的红外定位装置实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种功耗低、处理速度快、适用范围广的一种节能红外触摸装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

提供一种节能的红外触摸装置，其包括在横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均由从微处理器控制，该红外定位触摸装置还包含一主微处理器，该主微处理器可以与其中一个从微处理器共用一个微处理器。两个或两个以上的发射模块可共用一个从微处理器，两个或两个以上的接收模块也可共用一个从微处理器。发射模块的从微处理器通过同步信号线与主微处理器相连，接收模块的从微处理器通过总线和同步信号线与主微处理器相连，该主微处理器输出一个基准同步信号给所有发射模块的从微处理器和所有接收模块的从微处理器，并从总线上获取各个接收模块检测到的遮挡信息，进行触摸位置计算，并把计算结果发送给计算机。各接收模块的从微处理器通过总线接口把检测到的触摸信息或其它调试信息采用分时的工作时序方式传递给主微处理器。

本发明红外触摸装置还可以采用模块化的生产工艺，每个发射模块或接收模块采用模块化设计即各个模块可由单独的微处理器控制。通过改变发射模块、接收模块对的数量或发射模块、接收模块上红外管的数量可以灵活开发出不同尺寸要求的红外线定位触摸装置。

采用上述红外定位装置的定位方法工作原理如下所述：

该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。发射模块和接收模块响应所述微处理器提供的同步信号逐个扫描发射管和接收管，每对发射、接收电路模块上的同编号的红外管同步工作，并且在同一时刻每对发射、接收模块只有一对红外对管在工作，红外接收管接收到的红外发射管发射的光强感应信号经过微处理器控制的扫描电路，检波电路检波，以放大管为核心的，负压产生器、电阻、电容、等分立元件配合对红外管接收的信号进行放大，经过ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)，把红外管的光强信号变成数字信号；主微处理器把检测到的遮档信息进行计算处理形成坐标信息通过USB接口或RS-232串行接口发送给电脑。一个或多个发射或接收模块均由一个从微处理器控制，所有控制发射和接收的从微处理器在一个主微处理器的协调下工作，各接收模块的从微处理器通过I2C接口或SPI接口与主微处理器相连，各接收模块和发射模块的从微处理器的某个具有中断功能的端口与主微处理器的具备PWM输出功能的端口相连，实现整个红外线定位触摸装置的同步工作。

本发明装置的工作流程包括以下步骤：

步骤1：启动红外触摸装置，进入步骤2；

步骤2：红外触摸装置进入正常扫描状态，进入步骤3；

步骤3：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤4；若否，进入步骤6；

步骤4：主微处理器将触摸目标的遮挡信息处理成相应坐标，进入步骤5；

步骤5：主微处理器将坐标信息通过接口模块发送给计算机，返回步骤2继续进行扫描；

步骤6：主微处理器判断是否在T时间内有检测到触摸目标，若是，返回步骤2继续扫描；若否，进入步骤7；

步骤7：触摸装置进入睡眠状态，进入步骤8；

步骤8：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤4；若否，返回步骤7；

当触摸装置在一个较长时间段T内没有检测到触摸目标，触摸装置就自动进入到一种睡眠状态，即在一场扫描后插入一个睡眠时间段，所述一场为整个触摸装置的红外管都完成一次扫描，所述睡眠时间段比正常扫面时场与场之间的时间间隔要长。进入睡眠状态后的触摸装置场与场之间的时间间隔均为一个睡眠时间段。当触摸装置检测到有触摸目标时，触摸装置又重新恢复到正常扫描状态。

利用上述方法，可以有效减少触摸装置的消耗功率，可以使红外管不需要长时间处于工作状态，有效延长红外管的工作寿命，同时，本发明还具有适用范围广，处理速度快等特点。

【附图说明】

图1是本发明一种节能的红外触摸装置的工作流程图；

图2是本发明一种节能的红外触摸装置的结构示意图；

图3是本发明一种节能的红外触摸装置正常扫描时的工作时序图；

图4是本发明一种节能的红外触摸装置进入睡眠状态的工作时序图；

图5是本发明发射模块原理示意图；

图6是本发明接收模块原理示意图；

图7是本发明主模块原理示意图；

图8是本发明的主模块、发射模块、接收模块的连接示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1所示，为本发明装置的工作流程图，如图所示，本发明装置的工作包括以下步骤：

步骤1：启动红外触摸装置，进入步骤2；

步骤2：红外触摸装置进入正常扫描状态，进入步骤3；

步骤3：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤4；若否，进入步骤6；

步骤4：主微处理器将触摸目标的遮挡信息处理成相应坐标，进入步骤5；

步骤5：主微处理器将坐标信息通过接口模块发送给计算机，返回步骤2继续进行扫描；

步骤6：主微处理器判断是否在T时间内有检测到触摸目标，若是，返回步骤2继续扫描；若否，进入步骤7；

步骤7：触摸装置进入睡眠状态，进入步骤8；

步骤8：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤4；若否，返回步骤7；

参见图2为本发明装置的结构示意图。其包括六个发射模块和六个接收模块，每个模块都包含有一个微处理器，作为从微处理器其中，接收模块X-RCV1的微处理器既作为从微处理器，同时也作为主微处理器。

参见图3所示，为本发明红外触摸装置正常扫描时的工作时序图。t1表示X-RCV1发送坐标时间，t2表示X-RCV2发送坐标时间，t3表示X-RCV3发送坐标时间。其中，场结束脉冲可选100-500微秒，本具体实施例采用500微秒作为两扫描场之间的时间间隔。

参见图4所示，为本发明红外触摸装置进入睡眠状态时的工作时序图。t1表示X-RCV1发送坐标时间，t2表示X-RCV2发送坐标时间，t3表示X-RCV3发送坐标时间。其中睡眠时间段可选30-100毫秒，本具体实施例采用50毫秒。

当触摸装置在一个较长时间段T(T可以根据实际情况进行设定)内没有检测到触摸目标，触摸装置就自动进入到一种睡眠状态，即在一场扫描后插入一个睡眠时间段，所述一场为整个触摸装置的红外管都完成一次扫描，所述睡眠时间段比正常扫面时场与场之间的时间间隔要长。进入睡眠状态后的触摸装置场与场之间的时间间隔均为一个睡眠时间段。当触摸装置检测到有触摸目标时，触摸装置又重新恢复到正常扫描状态。

通过上述方式可以有效减少触摸装置的消耗功率，可以使红外管不需要长时间处于工作状态，有效延长红外管的工作寿命。

图5，6，7所示，为发射模块、接收模块和主模块的工作原理示意图。发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连

红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。发射模块和接收模块响应所述微处理器提供的同步信号逐个扫描发射管和接收管，每对发射、接收电路模块上的同编号的红外管同步工作，并且在同一时刻每对发射、接收模块只有一对红外对管在工作，红外接收管接收到的红外发射管发射的光强感应信号经过微处理器控制的扫描电路，检波电路检波，以放大管为核心的，负压产生器、电阻、电容、等分立元件配合对红外管接收的信号进行放大，经过ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)，把红外管的光强信号变成数字信号；主微处理器把检测到的遮档信息进行计算处理形成坐标信息通过USB接口或RS-232串行接口发送给电脑。各发射或接收模块均由一个从微处理器控制，所有控制发射和接收的从微处理器在一个主微处理器的协调下工作，各接收模块的从微处理器通过I2C接口或SPI接口与主微处理器相连，各接收模块和发射模块的从微处理器的某个具有中断功能的端口与主微处理器的具备PWM输出功能的端口相连，实现整个红外线定位触摸装置的同步工作。

如图8所示该红外定位装置的各模块间连接关系如下：

1、各发射模块之间通过电源线、地线、发射红外管电源线、同步信号线相连。

2、各接收模块之间通过电源线、地线、同步信号线、I2C总线时钟线、I2C总线数据线相连。

3、主模块与发射模块间的接口：

采用+SV，GND给发射模块的MCU、逻辑IC等提供电源；

采用LED VCC给发射管的阳极提供电源，独立电源供电，避免与+5V电源间的干扰；

主模块提供给发射模块同步时钟SYNC，各接收、发射模块配合完成定位工作。

4、主模块与接收模块间的接口：

采用十SV、GND给整个接收模块供电；

主模块提供给接收模块同步时钟SYNC，各接收、发射模块配合完成定位工作；

主模块与接收模块通信以I2C总线的数据线、时钟线(SDA，SCL)互连，

主模块的命令通过I2C总线下发给接收模块，接收模块通过I2C总线上传触摸坐标信息或其他调试信息。

本发明的I2C总线完成主模块与各接收模块之间的通信，主模块的命令通过I2C总线下发给各接收模块，接收模块通过I2C总线上传触摸信息或其他调试信息。

本发明为提高大尺寸红外线定位触摸屏的刷新速度，I2C通信采用了特别的工作时序方式避免总线冲突，大大提高了红外线定位触摸装置处理遮挡信息数据的速度，在大尺寸触摸屏上完成轨迹捕捉的效果显著。在正常工作下，每个接收模块设有编号，接收模块对同步脉冲计数，当计到的脉冲数为本接收模块编号的16倍时，如果有检测到遮档信息，在该时刻开始启动发送检测到的遮挡信息给主微处理器；这样就避免了一般方法中所有红外管扫描结束后同时发送遮挡信息造成的总线冲突，提高了刷新速度。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (7)

1、一种节能的红外触摸装置，其包括在横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均由从微处理器控制，其特征在于，该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。

2、如权利要求1所述的节能的红外触摸装置，其特征在于，其还包括主微处理器，该主微处理器可与其中一个从微处理器共用一个微处理器。

3、如权利要求2所述的节能的红外触摸装置，其特征在于，两个或两个以上发射模块共用一个从微处理器，两个或两个以上接收模块共用一个从微处理器。

4、一种采用如权利要求1～3任意一项所述的红外触摸装置的节能的红外触摸定位方法，其通过红外扫描检测触摸目标，其特征在于，若在设定的时间段T内没有检测到触摸目标，该触摸装置进入睡眠状态。

5、如权利要求4所述的节能的红外触摸定位方法，其特征在于，当触摸装置检测到有触摸目标时，触摸装置又重新恢复到正常扫描状态。

6、如权利要求4所述的节能的红外触摸定位方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)：启动红外触摸装置，进入步骤(2)；

(2)：红外触摸装置进入正常扫描状态，进入步骤(3)；

(3)：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤(4)；若否，进入步骤(6)；

(4)：主微处理器将触摸目标的遮挡信息处理成相应坐标，进入步骤(5)；

(5)：主微处理器将坐标信息通过接口模块发送给计算机，返回步骤(2)继续进行扫描；

(6)：主微处理器判断是否在T时间内有检测到触摸目标，若是，返回步骤(2)继续扫描；若否，进入步骤(7)；

(7)：触摸装置进入睡眠状态，进入步骤(8)；

(8)：主微处理器判断是否有检测到触摸目标，若是，进入步骤(4)；若否，返回步骤(7).

7、如权利要求4或6所述的节能的红外触摸定位方法，其特征在于，每个接收模块设有编号，接收模块对同步脉冲计数，当计到的脉冲数为本接收模块编号的16倍时，如果有检测到遮档信息，在该时刻开始启动发送检测到的遮挡信息给主微处理器。

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