CN101968700A - 一种超声波与红外结合的定位装置及其定位方法 - Google Patents

一种超声波与红外结合的定位装置及其定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波与红外结合的定位装置，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装触摸笔上。本发明还公开了一种超声波与红外结合的定位方法，包括以下步骤：S1、超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离，判断触摸点是否仅有一个，若是，进入步骤S2；若否，则跳转至步骤S3；S2、检测出定位点的Y轴坐标，跳转至步骤S4；S3、检测出各触摸点的Y轴坐标Y1，……，Yn，确定定位点；S4、求出定位点的X轴坐标，返回步骤S1。本发明具有定位准确、结构简单和成本低等优点。

Description

一种超声波与红外结合的定位装置及其定位方法
技术领域
本发明涉及超声波定位与红外结合的技术领域，特别涉及一种超声波与红外结合的定位装置及其定位方法，其特别应用于电子显示设备或者其它书写平面实现书写板功能及智能输入。
背景技术
目前市场上的红外触摸屏装置，如图1所示，该红外触摸屏装置的周边分别布置有红外发射管或红外接收管，在没有触摸的情况下，红外发射管发出的红外光线经过显示区域到达红外接收管，被红外接收管接收并将其转换为可用的电信号；在有触摸的情况下，通过检测显示区域内的红外线栅格被障碍物遮挡的情况来计算触摸点的位置。但是，上述装置存在以下不足：当使用者在红外触摸屏上书写时，笔尖的实际触摸点为c点，但由于书写的习惯，使用者的手或者袖子会或多或少的遮挡到图中的a点，这个时候触摸屏上的鼠标可能就会跳到b点，由此造成定位不准确。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种超声波与红外结合的定位装置，本装置具有定位准确、结构简单和成本低等优点。
本发明的目的之二在于提供一种超声波与红外结合的定位方法。
本发明的目的之一是通过下述技术方案实现的，一种超声波与红外结合的定位装置，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装在触摸笔上；所述微处理器分别与红外发射管、红外接收管及超声波接收器信号相连；
所述红外发射管和红外接收管安装在触摸屏的边框上，所述红外发射管发出的红外线与X轴坐标平行，所述红外接收管接收的红外线与X轴坐标平行。
为更好的实现本发明，所述触摸屏为矩形，触摸屏的左边框上安装有红外发射管，触摸屏的右边框上安装有红外接收管。
优选的，所述超声波接收器有多个，所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角和/或右上角上，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
优选的，所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角或右上角，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
本发明的目的之二是通过下述技术方案实现的，一种超声波与红外结合的定位方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、触摸屏被触摸，触摸笔上的超声波发射器发出超声波；
S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，并判断检测到的触摸点是否仅有一个，若是，则该触摸点为定位点，进入步骤S3；若否，则跳转至步骤S4；
S3、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出定位点的Y轴坐标Y0，并将定位点的Y坐标信息发送至微处理器，跳转至步骤S5；
S4、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出步骤S2中触摸点M1，……，Mn的Y轴坐标Y1，……，Yn，并确定Y轴坐标最大的触摸点为定位点，将定位点的Y坐标表示为Y0并发送至微处理器；其中n表示到超声波接收器距离为S0的触摸点的个数，n为正整数；
S5、微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，结束本次定位操作，返回步骤S1。
优选的，所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔与触摸屏接触时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
优选的，所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔的笔头受力被挤压时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
优选的，所述S2中超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，具体是指根据超声波发射器发射超声波的时间刻T1，以及超声波接收器接收超声波的时间刻T2，先求出超声波在空气中传送的时间T0＝T2-T1，并通过下式计算定位点到超声波接收器的距离：S0＝V0T0，其中V0代表超声波在空气中传播的速度。
优选的，所述步骤5中微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，具体是指通过下式求出定位点的X轴坐标
Figure BSA00000322050100021
其中F表示超声波接收器所在位置的纵坐标。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
第一、定位准确：本发明结合超声波与红外技术，根据人手的书写习惯，在检测出的多个触摸点中，确定纵坐标最高的点为笔尖触摸点，准确的确定笔尖的实际触摸位置，有效的解决了仅用红外定位时由于手或衣袖遮挡造成的定位不准确的问题；
第二、结构简单，成本低：本发明结合超声波与红外技术，与现有的红外触摸屏装置相比，减少了红外发射管和红外接收管的数量，可以仅仅增加一个超声波接收器和超声波发射器，就能够实现本发明，降低了成本，使定位装置结构更简单、定位更准确。
附图说明
图1是现有技术中红外定位装置的应用示意图；
图2是本发明一种超声波与红外结合的定位方法的流程图；
图3是实施例一中一种超声波与红外结合的定位装置的应用示意图；
图4是实施例二中一种超声波与红外结合的定位装置的应用示意图；
图5是实施例三中一种超声波与红外结合的定位装置的应用示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
一种超声波与红外结合的定位装置，如图3所示，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装在触摸笔上；所述微处理器分别与红外发射管、红外接收管及超声波接收器信号相连。
所述触摸屏为矩形，触摸屏的左边框上安装有红外发射管，触摸屏的右边框上安装有红外接收管。所述红外发射管发出的红外线与X轴坐标平行，所述红外接收管接收的红外线与X轴坐标平行。以触摸屏的最左下角为坐标原点，建立坐标系。
所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
上述一种超声波与红外结合的定位装置的工作流程，包括以下步骤：
S1、触摸屏被触摸，触摸笔上的超声波发射器发出超声波；
S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，并判断检测到的触摸点有两个，进入步骤S3；
见图3中的弧线，弧线是超声波发射器到超声波接收器的等时间线，超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，根据超声波在空气中传送的时间，确定触摸点到超声波接收器的距离S0，以超声波接收器为圆心，以S0为半径，超声波接收器可以确定同一等时间线上的所有触摸点，即图3所示的A点与B点，实际使用触摸屏时，可能衣袖或手会接触到触摸屏，即本例中的B点，且B点与A点在同一等时间线上，造成定位不准确；
S3、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出步骤S2中触摸点(A点与B点)的Y轴坐标Ya和Yb，并确定Y轴坐标最大的触摸点为定位点，即A点为定位点(图3所示，Ya＞Yb)，将定位点的Y坐标表示为Y0并发送至微处理器；
见图3中的虚线，虚线是红外线从红外发射管发射到红外接收管的路径，红外发射管及红外接收管根据发出的红外线，可以检测到触摸点(即A点与B点)的Y轴坐标Ya和Yb；
S4、微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，结束本次定位操作，返回步骤S1。
所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔的笔头受力被挤压时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
所述S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，具体是指根据超声波发射器发射超声波的时间刻T1，以及超声波接收器接收超声波的时间刻T2，先求出超声波在空气中传送的时间T0＝T2-T1，并通过下式计算定位点到超声波接收器的距离：S0＝V0T0，其中V0代表超声波在空气中传播的速度。
所述步骤4中微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，具体是指通过下式求出定位点的X轴坐标
Figure BSA00000322050100041
其中F表示超声波接收器所在位置的纵坐标。
实施例二
一种超声波与红外结合的定位装置，如图4所示，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装在触摸笔上；所述微处理器分别与红外发射管、红外接收管及超声波接收器信号相连。
所述触摸屏为矩形，触摸屏的左边框上安装有红外发射管，触摸屏的右边框上安装有红外接收管。所述红外发射管发出的红外线与X轴坐标平行，所述红外接收管接收的红外线与X轴坐标平行。以触摸屏的最左下角为坐标原点，建立坐标系。
所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
上述一种超声波与红外结合的定位装置的工作流程，包括以下步骤：
S1、触摸屏被触摸，触摸笔上的超声波发射器发出超声波；
S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S3，并判断检测到的触摸点仅有一个；即图4所示的D点与E点，实际使用触摸屏时，可能衣袖或手会接触到触摸屏，即本例中的E点，但由于E点与D点不在同一等时间线上，且只有触摸笔D点有发出超声波，而衣袖或手的触摸点没有发出超声波，所以超声波接收器没有检测出E点；
S3、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出定位点的Y轴坐标Y3，并将定位点的Y坐标信息发送至微处理器，跳转至步骤S4；
S4、微处理器根据定位点的Y轴坐标Y3，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S3，求出定位点的X轴坐标，结束本次定位操作，返回步骤S1。
所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔与触摸屏接触时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
所述S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S3，具体是指根据超声波发射器发射超声波的时间刻T1，以及超声波接收器接收超声波的时间刻T2，先求出超声波在空气中传送的时间T0＝T2-T1，并通过下式计算定位点到超声波接收器的距离：S3＝V0T0，其中V0代表超声波在空气中传播的速度。
所述步骤5中微处理器根据定位点的Y轴坐标Y3，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S3，求出定位点的X轴坐标，具体是指通过下式求出定位点的X轴坐标
Figure BSA00000322050100051
其中F表示超声波接收器所在位置的纵坐标。
实施例三
一种超声波与红外结合的定位装置，如图5所示，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装在触摸笔上；所述微处理器分别与红外发射管、红外接收管及超声波接收器信号相连。
所述触摸屏为等边五角形，如图5所示，触摸屏的左边框上安装有红外发射管，触摸屏的右边框上安装有红外接收管。所述红外发射管发出的红外线与X轴坐标平行，所述红外接收管接收的红外线与X轴坐标平行。坐标原点如图5所示，建立坐标系。
所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
上述一种超声波与红外结合的定位装置的工作流程，包括以下步骤：
S1、触摸屏被触摸，触摸笔上的超声波发射器发出超声波；
S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S4，并判断检测到的触摸点仅有一个，即图5所示的P点；
S3、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出定位点的Y轴坐标Y4，并将定位点的Y坐标信息发送至微处理器，跳转至步骤S4；
S4、微处理器根据定位点的Y轴坐标Y4，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S4，求出定位点的X轴坐标，结束本次定位操作，返回步骤S1。
所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔与触摸屏接触时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
所述S2中超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S4，具体是指根据超声波发射器发射超声波的时间刻T1，以及超声波接收器接收超声波的时间刻T2，先求出超声波在空气中传送的时间T0＝T2-T1，并通过下式计算定位点到超声波接收器的距离：S4＝V0T0，其中V0代表超声波在空气中传播的速度。
所述步骤5中微处理器根据定位点的Y轴坐标Y4，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S4，求出定位点的X轴坐标，具体是指通过下式求出定位点的X轴坐标
Figure BSA00000322050100071
其中F表示超声波接收器所在位置的纵坐标。
上述实施例中的超声波接收器还可以安装在触摸屏的右上角。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声波与红外结合的定位装置，包括触摸屏和触摸笔，其中所述触摸屏上安装有微处理器、红外发射管和红外接收管，其特征在于，所述定位装置还包括有超声波接收器和超声波发射器，所述超声波接收器安装在触摸屏上，所述超声波发射器安装在触摸笔上；所述微处理器分别与红外发射管、红外接收管及超声波接收器信号相连；
所述红外发射管和红外接收管安装在触摸屏的边框上，所述红外发射管发出的红外线与X轴坐标平行，所述红外接收管接收的红外线与X轴坐标平行。
2.所述根据权利要求1所述一种超声波与红外结合的定位装置，其特征在于，所述触摸屏为矩形，触摸屏的左边框上安装有红外发射管，触摸屏的右边框上安装有红外接收管。
3.根据权利要求1所述一种超声波与红外结合的定位装置，其特征在于，所述超声波接收器有多个，所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角和/或右上角上，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
4.根据权利要求1所述一种超声波与红外结合的定位装置，其特征在于，所述超声波接收器安装在触摸屏的左上角或右上角，所述超声波发射器安装在触摸笔上。
5.一种超声波与红外结合的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、触摸屏被触摸，触摸笔上的超声波发射器发出超声波；
S2、超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，并判断检测到的触摸点是否仅有一个，若是，则该触摸点为定位点，进入步骤S3；若否，则跳转至步骤S4；
S3、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出定位点的Y轴坐标Y0，并将定位点的Y坐标信息发送至微处理器，跳转至步骤S5；
S4、红外发射管发出红外线到红外接收管，检测出步骤S2中触摸点M1，……，Mn的Y轴坐标Y1，……，Yn，并确定Y轴坐标最大的触摸点为定位点，将定位点的Y坐标表示为Y0并发送至微处理器；其中n表示到超声波接收器距离为S0的触摸点的个数，n为正整数；
S5、微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，结束本次定位操作，返回步骤S1。
6.根据权利要求5所述一种超声波与红外结合的定位方法，其特征在于，所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔与触摸屏接触时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
7.根据权利要求5所述一种超声波与红外结合的定位方法，其特征在于，所述步骤S1中触摸笔上的超声波发射器发出超声波，具体是指触摸笔的笔头受力被挤压时，触摸笔上的超声波发射器被触发并发出超声波。
8.根据权利要求5所述一种超声波与红外结合的定位方法，其特征在于，所述S2中超声波接收器接收超声波发射器发出的超声波，超声波接收器确定触摸点到超声波接收器的距离S0，具体是指根据超声波发射器发射超声波的时间刻T1，以及超声波接收器接收超声波的时间刻T2，先求出超声波在空气中传送的时间T0＝T2-T1，并通过下式计算定位点到超声波接收器的距离：S0＝V0T0，其中V0代表超声波在空气中传播的速度。
9.根据权利要求5所述一种超声波与红外结合的定位方法，其特征在于，所述步骤5中微处理器根据定位点的Y轴坐标Y0，以及步骤S2中触摸点到超声波接收器的距离S0，求出定位点的X轴坐标，具体是指通过下式求出定位点的X轴坐标
Figure FSA00000322030000021
其中F表示超声波接收器所在位置的纵坐标。
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