CN103324363B - 光电信号处理装置、红外触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电信号处理装置、红外触摸屏，其光电信号处理装置包括模拟切换电路、隔直电容、控制开关、放大电路、微控制单元，所述模拟切换电路、所述隔直电容、所述放大电路、所述微控制单元依次连接，所述控制开关的一端与所述隔直电容、所述放大电路的耦合交连端连接，所述控制开关的另一端接地，所述微控制单元连接所述模拟切换电路；所述控制开关在所述微控制单元控制所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管前导通，在所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时关断。本发明可以提高红外触摸屏的红外对管触摸框的扫描速度，也可以提高触摸响应速度。

Description

光电信号处理装置、红外触摸屏

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种光电信号处理装置、一种包括该光电信号处理装置的红外触摸屏。

背景技术

红外触摸框的四条框边中，有两条边上密闭着红外发射管，这两条边分别对应的边上则密布的红外接收管，用于接收红外发射管发出的红外光信号。红外发射管轮流发射红外光信号，光电信号处理装置相应的控制红外接收管进行切换以接收发射红外光信号，对于现有的光电信号处理装置主要是通过模拟切换电路对接收板上的红外接收管进行切换，并把每个红外接收管的信号轮流接到放大电路进行放大，之后接到微控制单元(Microprocessor Control Unit，MCU)进行采样处理，也就是要不断的扫描红外接收管的信号。当有触摸时，红外发射管与红外接收管之间的光线被遮挡，相应的红外接接收管接不到信号，微控制单元则可以根据每个红外接收管的信号大小，通过算法得出被遮挡的光线交点，算出坐标。

然而，由于每个红外接收管的信号是通过模拟切换电路切换后放大到微控制单元采样的，由于模拟切换电路的性能影响，每两个红外接收管之间的切换在输出端都会产生一个微弱电压的跳变，这个电压跳变会被放大电路放大，在这段时间内是需要等待的，直到放大电路中的三极管放大电路回复到静态时，才能开始启动发射灯发射，导致对红外对管触摸框的扫描速度变慢，特别是对大尺寸的红外触摸屏，跳变电压对红外对管触摸框的扫描速度会更加明显，扫描速度变慢也会降低红外触摸的触摸响应速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电信号处理装置、一种包括光电信号处理装置的红外触摸屏，可以提高红外触摸屏的红外对管触摸框的扫描速度，也可以提高触摸响应速度。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种光电信号处理装置，包括模拟切换电路、隔直电容、控制开关、放大电路、微控制单元，所述模拟切换电路、所述隔直电容、所述放大电路、所述微控制单元依次连接，所述控制开关的一端与所述隔直电容、所述放大电路的耦合交连端连接，所述控制开关的另一端接地；

所述控制开关在所述微控制单元控制所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管前导通，在所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时关断。

一种红外触摸屏，包括如上所述光电信号处理装置。

依据上述本发明的方案，其在光电信号处理装置中增加了一个隔直电容和一个控制开关，控制开关在所述微控制单元控制所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管前导通，由于隔直电容的作用，使得模拟切换电路切换时的跳变电压不能被放大电路放大，控制开关在所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时关断，信号的放大通路又回到了正常工作状态，这样，就不会在红外接收管切换时产生跳变电压，也不会影响到放大电路，进而提高了红外触摸屏的红外对管触摸框的扫描速度，也提高了触摸响应速度。

附图说明

图1为本发明的光电信号处理装置一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的光电信号处理装置另一个实施例的结构示意图；

图3为现有的光电信号处理装置中放大电路的结构示意图；

图4为图1中的放大电路的结构示意图；

图5为本发明的一个具体实施例中的放大电路的结构示意图；

图6为本发明的光电信号处理装置第三个实施例的结构示意图；

图7为本发明的光电信号处理装置第四个实施例的结构示意图；

图8为图6中一个信号接收单元的一个实施例的结构示意图；

图9为本图6中的一个信号接收单元的另一个实施例的结构示意图；

图10为本图6中的一个信号接收单元的第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步阐述，但本发明的实现方式不限于此。

参见图1所示，为本发明的光电信号处理装置实施例的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的光电信号处理装置，包括模拟切换电路10、隔直电容20、控制开关30、放大电路40、微控制单元50，其中，模拟切换电路10、隔直电容20、放大电路40、微控制单元50单元依次连接，控制开关30的一端A与隔直电容20、放大电路40的耦合交连端C连接，控制开关30的另一端B接地，微控制单元50连接模拟切换电路10；

控制开关30在微控制单元50控制模拟切换电路10将当前红外接收管切换到下一个红外接收管前导通，在控制模拟切换电路10将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时关断。

其中，模拟切换电路10一般包括多路切换开关，可以实现连接到其引脚上的红外接收管的切换，例如，模拟切换电路10可以包括模拟开关，一般地，模拟开关以连接的红外接收管的个数由其输入引脚个数决定，可以是8个、16个、32个等，可以实现多个信号通道共用一个放大电路40，控制模拟切换电路10进行切换的信号来自微控制单元50，控制开关30一般可以为MOS管开关电路(MOS管开关芯片)，微控制单元50上一般包括多个输入/输出接口(I/O接口)，微控制单元50通过这些I/O接口与放大电路40、模拟切换电路10连接；控制开关30的导通信号、关断信号可以由其自身的控制芯片产生，也可以有其他控制方式。

本实施例中的光电信号处理装置的工作原理是：微控制单元50通过控制模拟切换电路10按预设顺序将红外接收管与放大电路40相连接，在微控制单元50控制将模拟切换电路10当前红外接收管切换到下一个红外接收管前，控制开关30导通，将放大电路40输入端的电位下拉为零，避免了由于模拟切换电路切换时导致的跳变电压，在微控制单元50控制模拟切换电路10完成将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时，控制开关30关断，放大电路40又回到了正常工作状态，这时微控制单元50再控制红外接收管接收红外脉冲，因此，既不会在红外接收管进行切换时产生跳变电压，又不会影响到放大电路40的工作，进而提高了红外触摸屏的红外对管触摸框的扫描速度，也提高了触摸响应速度。

如前所述，控制开关30需要一定的控制信号控制其导通/关断，为了简化控制开关30的结构，可以通过微控制单元50控制其通断，为此，在其中一个实施例中，如图2所示，控制开关30还可以包括一个控制端D，该控制端D连接微控制单元50，微控制单元50通过所述控制端D控制如前所述的控制开关30的通断。

为了便于实现对控制开关30通断的切换，在其中一个实施例中，微控制单元50可以周期性的控制控制开关30的通断，这样，控制算法简单、便于实现，这是考虑到一般微控制单元50是周期性的控制模拟切换电路10切换红外接收管的，而且，控制开关30的通断周期是和红外接收管的切换周期是一致的，但微控制单元50向控制开关30发送控制控制开关30通断的控制信号的时刻与向模拟切换电路10发送切换红外接收管的控制信号的时刻是不同的，通过因切换红外接收管产生的跳变电压持续时间可以合理的设置微控制单元50向控制开关30发送控制控制开关30通断的控制信号的时刻，一般只需要根据跳变电压持续时间设置发送各种控制信号的时间间隔即可。

由于考虑到模拟切换电路10前端的红外接收管接收到的信号是比较微弱的，所以一般要求模拟切换电路10后端的放大电路40的放大倍数比较高，但在环境较恶劣的情况下，模拟切换电路10输入引脚的电压会出现一定差异，导致后端放大电路40进入非正常工作状态，影响红外接收管接收到的信号的正常放大，进而使触摸框功能异常。参见图3所示，为现有的光电信号处理装置中放大电路的结构示意图。如图3所示，现有的放大电路是由两级三极管放大电路构成的，对于这种放大电路，在当控制开关30不断被开启或者关断时，对于后端的放大电路40来说是信号的跳变，也需要等待放大电路回到静态，因而占用时间，导致扫描速度变慢。为此，在其中一个实施例中，提出了一种新的放大电路，可以避免由于等待放大电路回到静态而占用时间，导致扫描速度变慢的问题。

参见图4所示，为本发明的光电信号处理装置中放大电路40一种结构示意图。如图4所示，放大电路40可以包括依次连接的同相放大器41、反向放大器42、三级管放大电路43，同相放大器41的同相端与上述的隔直电容20的输出端连接，同相放大器41的输出端连接反向放大器42的反相端，反向放大器42的输出端连接三级管放大电路43的输入端，三级管放大电路43连接上述的微控制单元50连接；同相放大器41的同相端连接的一个平衡电阻接地，为同相放大器41的同相端提供电压近乎为零静态点，所以静态时电压近乎为零，即不会受到控制开关30通断的影响，为了结合三极管放大电路的非线性放大特性达到抗光要求，所以最后一级还是采用三极管放大电路43，由于此三极管放大电路43为信号反相放大，所以在同相放大与三极管放大电路之间需搭建了反相放大器42，用于信号的正常放大。一般的在反相放大器的同相端可以连接一个二极管，为反相放大器提供参考电平。

参见图5所示，为本发明的一个具体实施例中的放大电路的结构示意图。其中，44为同相放大器，45为反向放大器，46为三级管放大电路，UE1为MOS管开关芯片，DOWN_SEL为MCU输出到MOS管开关芯片(控制开关)的控制引脚(控制端)的控制信号，控制MOS管开关芯片的通断；平衡电阻RJ1为同相放大器44的同相端提供电压近乎为零的静态点，使得MOS管开关芯片的通断对后端无影响；DE1为二极管，接在运放同相端，为反向放大器45提供参考电平。

考虑到红外触摸屏中使用的红外接收管的使用量是非常大的，特别是对于大屏幕的红外触摸屏来说，红外接收管的使用数量更是相当大。传统的实现红外接收管的选通一般都是采用模拟开关进行控制，即上述实施例中的模拟切换电路10包括模拟开关，但是由于模拟切换电路的输入引脚有限，一般为8个、16个或者32个，而每个模拟开关所能控制的红外接收管的最大数据即为输入引脚的个数，这样在红外触摸屏中往往需要大量的模拟开关，增加了成本。为此，提出了一个较佳的实施例，对模拟切换电路10进行了改进。

参见图6所示，为本发明的光电信号处理装置的另一实施例的结构示意图。

本实施例中的光电信号处理装置，在上述实施例的基础上对模拟切换电路10进行了改进，改进后的模拟切换电路10包括模拟开关12、逻辑芯片13以及多个信号接收单元11，信号接收单元11，包括第一控制引脚N和第二控制引脚M，模拟开关12的各输入引脚O1～ON分别与相同数量的信号接收单元11的第一控制引脚N连接，逻辑芯片13的各控制端口O1’～OM’分别与相同数量的信号接收单元11的第二控制引脚M连接。

本实施例中模拟切换电路10的工作原理是：H1行、H2行......HM行的信号接收单元11的第二控制引脚M由逻辑芯片13控制接通与否，L1列、L2列......LN信号接收单元11的第一控制引脚N可以由一个模拟开关控制接通与否，相当于形成了一个矩阵式的选择阵列，用于选择信号接收单元11，该选择阵列为M行、N列，列选信号由模拟开关12输出，行选信号由逻辑芯片13输出，例如，当前需要切换到第m行第n列的接收单元，则可以由模拟开关12接通第n列的信号接收单元11的第一控制引脚N，由逻辑芯片13接通第m行的信号接收单元11的第二控制引脚M，这样，可以只需要一个模拟开关实现选通，减少了模拟开关的使用量，降低了成本，同时，由于模拟开关12抗静电以及环境湿度能力弱，减少模拟开关12的使用数量，也增加了模拟切换电路10的稳定性。

其中，信号接收单元11是用于接收红外光信号的，在实际应用中，可以将其封装成LED灯管，以作为红外接收管，现有的红外接收管一般只有一个选通端，该选通端由模拟开关进行控制，而本实施例中信号接收单元11有两个选通端(第一控制引脚N和第二控制引脚M)。

需要说明的是，上述的行号H1～HM、列号L1～LN只是为了便于描述和区分各信号接收单元11，各信号接收单元11并不一定按图1中所示的方式排列的，只是，连接关系如图6中所示。

上述的信号接收单元11可以有不同的实现方式，以下介绍两种较优选的方式。

第一种方式是：参见图7所示，信号接收单元11包括接收二极管D11～DMN、三极管Q11～QMN、采样电阻RA11～RAMN，接收二极管D11～DMN的负极连接第一电源电压VCC1，接收二极管D11～DMN的正极通过采样电阻RA11～RAMN接地，接收二极管D11～DMN的正极还连接三极管Q11～QMN的基极，其中，接收二极管D11～DMN的正极通过采样电阻RA11～RAMN接地，以及接收二极管D11～DMN的正极还连接三极管Q11～QMN的基极都只限于同一信号接收单元11中的连接，例如，对于图7中第1行第2列的信号接收单元11，其是接收二极管D12的正极通过采样电阻RA12接地，接收二极管D12的正极还连接三极管Q12的基极，模拟开关12的各输入引脚O1～ON分别与相同数量的三极管Q11～QMN的发射极连接，例如，如图7所示，输入引脚O1连接的L1列的M个三极管的发射极、输入引脚O2连接的L2列的M个三极管的发射极......，即上述实施例中的第一控制引脚N为三极管Q11～QMN的发射极，逻辑芯片13的各控制端口O1’～OM’分别与相同数量的三极管的集电极连接，例如，如图7所示，控制端口O1’连接的H1行的N个三极管的集电极、控制端口OM’连接的HM行的N个三极管的集电极，即上述实施例中的第二控制引脚M为三极管Q11～QMN的集电极，由于信号接收单元11中的接收二极管D11～DMN后端连接了三级管Q11～QMN，且三级管Q11～QMN的发射极作为上述实施例中的第一控制引脚N，三级管Q11～QMN的集电极作为上述实施例中的第二控制引脚M，实现了矩阵式的选择信号接收单元11，并且通过较廉价的接收二极管D11～DMN、三极管Q11～QMN、采样电阻RA11～RAMN电阻构成信号接收单元11，也降低了模拟切换电路10的成本。

第二种实现方式与第一种实现方式的区别主要在于采样电阻RA11～RAMN的连接位置不同。以第m行第n列的信号接收单元11为例进行说明，如图8所示，为第二种实现方式信号接收单元11的结构示意图，其包括接收二极管Dmn、三极管Qmn、采样电阻RAmn，接收二极管Dmn的负极连接第一电源电压，接收二极管Dmn的正极连接三极管Qmn的基极，三极管Qmn的发射极通过所述采样电阻RAmn接地，三极管Qmn的发射极为上述实施例的第一控制引脚N，三极管的集电极为上述实施例的第二控制引脚M，第二种实现方式与第一种实现方式下信号接收单元11原理以及有益效果相似，在此不予赘述。

需要说明的是，一般地，每个信号接收单元11由相同的元件构成，且每个信号接收单元11中元件的连接关系也相同，但也并不限于采用相同的信号接收单元11的方式。

为了减少干扰光的影响，例如，环境中的太阳光、灯光的影响，在其中一个实施例中，对上述两种实现方式中的信号接收单元11作了进一步改进，以第m行第n列的信号接收单元11为例，且以第一种实现方式对应的信号接收单元11为例进行说明，其他信号接收单元11以及第二种方式对应的信号接收单元11类似，不予重复赘述，如图9所示，信号接收单元11还可以连接在接收二极管Dmn的正极以及三极管Qmn的基极之间的滤波电路14。作为一种优选的实施例，如图10所示，滤波电路14可以包括滤波电阻RBmn、电容器Cmn，电容器Cmn的一端连接接收二极管Dmn的正极，电容器Cmn的另一端分别连接三极管Qmn的基极、滤波电阻RBmn的一端，滤波电阻RBmn的另一端连接第二电源电压VCC2；电容器Cmn可以用于隔离频率较低的外界自然光中的红外成分，滤波电阻RBmn可以为三极管Qmn提供静态工作点。

上述第一电源电压、第二电源电压可以根据实际需要选定，可以相同，也可以不同。

另外，依据上述本发明的光电信号处理装置，本发明还提供一种红外触摸屏，其包括有如上所述的光电信号处理装置，该光电信号处理装置在红外触摸屏中的应用方式可如前所述，在此不予赘述，由于在红外触摸屏，由于采用了上述实施例中的光电信号处理装置，提高了红外触摸屏的红外对管触摸框的扫描速度，也提高了触摸响应速度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光电信号处理装置，其特征在于，包括模拟切换电路、隔直电容、控制开关、放大电路、微控制单元，所述模拟切换电路、所述隔直电容、所述放大电路、所述微控制单元依次连接，所述控制开关的一端与所述隔直电容、所述放大电路的耦合交连端连接，所述控制开关的另一端接地，所述微控制单元连接所述模拟切换电路；

所述控制开关在所述微控制单元控制所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管前导通，在所述模拟切换电路将当前红外接收管切换到下一个红外接收管时关断。

2.根据权利要求1所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述控制开关包括一个控制端，该控制端连接所述微控制单元，所述微控制单元通过所述控制端控制所述控制开关的通断。

3.根据权利要求2所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述微控制单元根据预设的周期性的时序信号控制所述控制开关的通断。

4.根据权利要求1至3之一所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述放大电路包括依次连接的同相放大器、反向放大器、三级管放大电路。

5.根据权利要求1至3之一所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述模拟切换电路包括模拟开关、逻辑芯片以及多个信号接收单元，所述信号接收单元包括第一控制引脚和第二控制引脚，所述模拟开关的各输入引脚分别与相同数量的信号接收单元的第一控制引脚连接，所述逻辑芯片分别与相同数量的信号接收单元的第二控制引脚连接。

6.根据权利要求5所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述信号接收单元包括接收二极管、三极管、采样电阻，所述接收二极管的负极连接第一电源电压，所述接收二极管的正极通过所述采样电阻接地，所述接收二极管的正极还连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极为所述第一控制引脚，所述三极管的集电极为所述第二控制引脚。

7.根据权利要求5所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述信号接收单元包括接收二极管、三极管、采样电阻，所述接收二极管的负极连接第一电源电压，所述接收二极管的正极连接所述三极管的基极，所述三极管的发射极通过所述采样电阻接地，所述三极管的发射极为所述第一控制引脚，所述三极管的集电极为所述第二控制引脚。

8.根据权利要求6或7所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述信号接收单元还包括连接在所述接收二极管的正极以及所述三极管的基极之间的滤波电路。

9.根据权利要求8所述的光电信号处理装置，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电阻、电容器，所述电容器的一端连接所述接收二极管的正极，所述电容器的另一端还分别连接所述三极管的基极、滤波电阻的一端，所述滤波电阻的另一端连接第二电源电压。

10.一种红外触摸屏，其特征在于，包括如权利要求1至9之一所述光电信号处理装置。