CN104115104A - 基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法 - Google Patents

基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，基于红外光敏的红外触摸屏，包括红外发射单元、红外接收单元、放大单元、电源及MCU处理器，电源为红外发射单元、红外接收单元提供电能；红外接收单元包括接收选址单元及接收管阵列单元，接收管阵列单元上设有红外光敏三极管，包括以下步骤：通过红外发射单元的进行红外线发射；通过红外接收单元的红外光敏三极管接收红外线，通过放大单元进行信号放大，送至MCU处理器进行采样处理，MCU处理器采用单脉冲采样方式进行采样处理；MCU处理器控制红外发射单元及红外接收单元的时序。本发明，其不需要解调电路，具有电路简单，且响应时间短的优点。

Description

基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法 技术领域
本发明涉及一种红外触摸屏，具体地讲，是指一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法。
背景技术
红外触摸屏是利用 X 、 Y 方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸设备。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触控屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的 X 、 Y 坐标。
红外接收管又分为红外光敏三极管和红外光敏二极管。当红外接收管为红外光敏三极管时，其从接收选址单元输出的信号是一个经过调制的信号，先经过解调电路模块，转换成直流信号，然后经过放大电路，放大到一个便于采集的电平。由于需要对信号进行解调处理，电路中用到了比较复杂的解调电路，这样这些电路会引入较大的延时，造成信号响应慢，限制了采集速度。多点触摸屏一般需要采集更多的信号做运算，而该方案采集速度较慢，从而导致该方案不能适应于多点触摸屏项目。
由于红外光敏三极管具有响应速度慢的缺点，现有的红外触摸屏只将其应用在小尺寸单点触摸屏中，而红外多点触摸屏中的红外接收管都采用了红外光敏二极管。但是，红外光敏二极管对光的感应能力较差，即从无发射光到有发射光时电流变化较小，所以需要就近将电流信号变为电压信号。这样，每个接收二极管附近都需要搭配一个电阻。因为传输的是电压信号，需要每个接收管使用一个下拉电阻，保证在没有光照的情况下处于稳定的低电平，即不得不就近放置信号调制转换电路，从而导致该技术方案需要利用较多的逻辑器件和模拟器件，使得电路很复杂，且实现成本也很高，器件增多也可能造成故障率升高。
技术问题
本发明提供一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其能在保证响应速度的情况下，简化电路，降低成本。
技术解决方案
一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其中，基于红外光敏的红外触摸屏，其包括红外发射单元、红外接收单元、放大单元、电源及 MCU 处理器，所述的电源为所述的红外发射单元、红外接收单元提供电能；所述的红外接收单元包括接收选址单元及接收管阵列单元，所述的接收管阵列单元上设有红外光敏三极管，包括以下步骤：
通过所述的红外发射单元的进行红外线发射；
通过所述的红外接收单元的红外光敏三极管接收所述的红外线，所述的红外接收单元接收到信号，通过所述的放大单元进行信号放大，送至所述的 MCU 处理器进行采样处理，所述的 MCU 处理器采用单脉冲采样方式进行采样处理；
所述的 MCU 处理器控制所述的红外发射单元及所述的红外接收单元的时序。
上述的 MCU 处理器进行采样时，在所述的红外光敏三极管的信号到达稳态前进行采样。
上述的红外发射单元在提高所述的红外发射管的发射功率后再进行红外线发射，即其使用较常规更高的功率进行发外线发射 。
上述的 MCU 处理器，其采用自适应算法，对所述的红外光敏三极管的判别阀值进行算法修正。
上述的接收管阵列单元采用矩阵式布局。
上述的接收选址单元，包括对所述的接收管阵列单元中的行信号进行控制的控制电路模块及对所述的接收管阵列单元中的列信号进行选通的选通电路模块。
优选地，上述的控制电路模块为型号为 74XX138 的芯片。
优选地，上述的选通电路模块为型号为 74XX4051 的芯片。
上述的放大单元采用一级到二级运放，且使用双电源运放芯片。
 有益效果
采用上述的技术方案后，本发明申请所公开的技术方案，其不需要解调电路，具有电路简单，且响应时间短的优点。大大降低了成本，也减少了硬件故障的概率。尤其是采用了单脉冲采集方式，采集速度也得到了提高，可以适应做多点对速度的要求。
 附图说明
图 1 为本发明红外触摸屏的结构框图；
图 2 为本发明接收管阵列单元的示意图；
图 3 为本发明接收选址单元的控制电路模块的示意图；
图 4 为本发明接收选址单元的选通电路模块的示意图；
图 5 为本发明放大单元的电路示意图；
图 6 为本发明的处理流程图；
图 7 为本发明的定时器处理示意图；
图 8 为本发明的信号经放大单元后的波形图。
 本发明的最佳实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其中，参考图 1 所示，该基于红外光敏的红外触摸屏，包括、红外发射单元 1 、红外接收单元 2 、放大单元 3 、电源 4 及 MCU 处理器 5 ，其中：
电源 4 为、红外发射单元 1 、红外接收单元 2 提供电能； 整个系统从 PC 机的 USB 接口取电， USB 接口供电电压为 5V ，供电电流最大值为 500mA 。 红外发射单元 1 、红外接收单元 2 是 直接使用 5V 电源； MCU 处理器 5 使用 3.3V 电源，因此，使用 LDO 电路模块 6 将 USB 接口的 5V 电压转化为 3.3V ，以适应 MCU 处理器 5 芯片的需要。
参考图 1 所示，红外发射单元 1 ，包括发射选址单元 11 及发射管阵列单元 12 ，发射管阵列单元 12 上设有发射管，在实施时， 红外发射单元 1 在提高红外发射管的发射功率后再进行红外线发射，即其 使用较常规更高的功率进行发外线发射 。 这样调整之后，整机耗电控制在 200~300mA ，而 USB 接口可以提供的最大电流是 500mA ，在可用的范围内。通过这种的提高红外发射管的发射功率来弥补方式，可以解决红外光敏三极管具有响应速度慢的缺点。
MCU 处理器 5 用于控制红外发射单元 1 及红外接收单元 2 的时序；在具体实施时， MCU 处理器 5 选用型号为 STM32F103C8 的 32 位高性能处理器，运行所有的控制逻辑及数据处理算法。 MCU 处理器通过控制发射选址电路进而控制红外发射阵列的时序；同时 MCU 通过控制接收选址电路进而控制红外接收阵列的时序。接收信号至 MCU 采样处理， MCU 对所有灯管进行采样后，集中处理算点算法，算出触摸坐标，经过 USB 发给 PC 机。
红外接收单元 2 ，包括接收选址单元 21 及接收管阵列单元 22 ，接收管阵列单元 22 上设有红外光敏三极管。
在本实施例中，配合图 2 所示，接收管阵列单元 22 ，是采用矩阵式布局，根据触摸屏尺寸不同，可以采用 8X8 阵列或 8X12 阵列。这样布局的好处是控制线较少，例如 8X8 阵列只需要 16 个引脚就可以控制 64 个接收管的信号采集；控制也比较简单，例如第一行控制线置高，其他行控制线置低，然后选通第一列进行采集，采集到的就是图 2 中左上第一个接收管的信号。
本发明申请中的接收管阵列单元 22 ，与现有的光敏二极管的阵列相比，所需元器件减少，电路简单。
配合图 3 、 4 所示，接收选址单元 21 ，包括对接收管阵列单元 22 中的行信号进行控制的控制电路模块及对接收管阵列单元 22 中的列信号进行选通的选通电路模块。
如图 3 所示，控制电路模块是对接收管阵列单元 22 中的行信号进行控制。在本实施例中，其是采用了一片 74XX138 芯片，即 3-8 译码器，当译码器的地址输入（ A/B/C ）是 000 时，芯片 Y0 输出为低电平，其他 Y1-Y7 输出为高电平，这样使可以使能接收管阵列单元 22 的第一行。
如图 4 所示，选通电路模块，是对接收管阵列单元 22 中的列信号进行选通。在本实施例中，其是采用一片 74XX4051 ，即模拟选择器，当该芯片的地址选输入（ A/B/C ）输入为 000 时，第一路被选通，即 X0 引脚传输到 X 引脚。该信号经过放大单元（解调制单元）后，进入 MCU 单元进行采样。
本发明申请中的接收选址单元 21 ，与现有的二极管采用模拟选择器，使用 9 片 74XX4051 芯片连接成 2 级电压选择电路相比，本发明申请的接收选址单元采样简单，避免象现有的二极管方案一样，需要用到相当多的 74XX4051 芯片。
如图 5 所示，放大单元 3 ，采用一级到二级运放，且使用双电源运放芯片。在本实施例中，其是采用型号为 LM828 的芯片，该芯片为负电源芯片，为运放芯片提供负压。
实施例一：
本发明是 一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其采用上述公开的基于红外光敏的红外触摸屏，其包括以下步骤：
通过红外发射单元 1 的红外发射管进行红外线发射；且红外发射单元 1 使用较常规更高的功率进行发外线发射。
通过红外接收单元 2 的红外光敏三极管接收红外线，红外接收单元 2 接收到信号，通过放大单元 3 进行信号放大，送至 MCU 处理器 5 进行采样处理， MCU 处理器 5 采用单脉冲采样方式进行采样处理；采用单脉冲的采样方式 .
MCU 处理器 5 控制红外发射单元 1 及红外接收单元 2 的时序。
参考图 6 所示，系统在上电后， MCU 处理器 5 中的控制程序开始执行，控制程序先进行系统初始化，即配置发射选址单元 11 的控制引脚、接收选址单元 21 的控制引脚、 USB 接口和采集引脚；然后采集一组采样值做为基准值。
之后进入常规扫描阶段，扫描过程是 MCU 控制发射选址单元进而控制发射管阵列逐个地发光，然后控制接收选址单元进而选通发射管阵列对应信号进行采样，直到所有的灯管完成采样，每个时刻只有一个发射管发光。一轮扫描完成后，会得到一包采样数据。然后执行点算法和跟踪算法，最后通过 USB 接口上报给计算机。
参考图 7 所示，发射管的定时采样一般都采用定时器中断实现。开始一轮采样，软件上即配置定时器中断，然后定时器中断会定间隔触摸采集程序，依次完成对每个接收管的信号采样。
参考图 8 所示，其为放大单元 3 的输出波形图。其采用单脉冲的采样方式，从图中可以看出，信号上升的较快，即使采集速度也得到了提高，可以适应做多点对速度的要求。
另外，与现有方案相比，本发明的方案没有使用载波，去掉了载波解调制电路部分，大大降低了硬件成本。实施例二：
与实施例一相比，其不同之处在于，其还包括以下步骤：
上述的 MCU 处理器 5 进行采样时，在红外接收单元 1 的红外光敏三极管的信号到达稳态前进行采样。
由于红外光敏三极管具有响应速度慢的缺点，主要表现在扫描时信号值上升变化过程较为缓慢，如果等待信号到达稳态时采样，则周期过慢，而每个红外触摸屏使用 300 多对红外对管（红外发射管和红外光敏三极管），一轮采集的总时间不能达到实时触摸控制的需求，而采用提前进行采样，可克服红外光敏三极管响应速度慢的缺点。
实施例三：
与实施例二相比，其不同之处在于，其还包括以下步骤：
MCU 处理器 5 ，其采用自适应算法，对红外光敏三极管的判别阀值进行算法修正。
正常红外光敏三极管在到达稳态后进行采样，会比较准确，提前采样的话，从波形上看，电平还没到达稳态，是个中间过度的过程，阀值会有变化，因此，需要对采样的阀值进行调整，即，采样越小，电平上升的就越小，阀值也要设的更小。在本实施例中，通过 MCU 处理器 5 内部的自适应模块，对红外光敏三极管的判别阀值进行算法修正，以克服红外光敏三极管的信号到达稳态前进行采样的缺陷，经过测试，可以达到一致的速度。
本发明申请所公开的技术方案，其不需要解调电路，具有电路简单，且响应时间短的优点。大大降低了成本，也减少了硬件故障的概率。尤其是采用了单脉冲采集方式，采集速度也得到了提高，可以适应做多点对速度的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本发明的实施方式
工业实用性
序列表自由内容

Claims (9)

  1. 一种基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：基于红外光敏的红外触摸屏，其包括红外发射单元、红外接收单元、放大单元、电源及 MCU 处理器，所述的电源为所述的红外发射单元、红外接收单元提供电能；所述的红外接收单元包括接收选址单元及接收管阵列单元，所述的接收管阵列单元上设有红外光敏三极管，包括以下步骤：
    通过所述的红外发射单元进行红外线发射；
    通过所述的红外接收单元的红外光敏三极管接收所述的红外线，所述的红外接收单元接收到信号，通过所述的放大单元进行信号放大，送至所述的 MCU 处理器进行采样处理，所述的 MCU 处理器采用单脉冲采样方式进行采样处理；
    所述的 MCU 处理器控制所述的红外发射单元及所述的红外接收单元的时序。
  2. 如权利要求 1 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的 MCU 处理器进行采样时，在所述的红外光敏三极管的信号到达稳态前进行采样。
  3. 如权利要求 2 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的红外发射单元在提高所述的红外发射管的发射功率后再进行红外线发射。
  4. 如权利要求 1 、 2 或 3 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的 MCU 处理器，其采用自适应算法，对所述的红外光敏三极管的判别阀值进行算法修正。
  5. 如权利要求 4 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的接收管阵列单元采用矩阵式布局。
  6. 如权利要求 4 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的接收选址单元，包括对所述的接收管阵列单元中的行信号进行控制的控制电路模块及对所述的接收管阵列单元中的列信号进行选通的选通电路模块。
  7. 如权利要求 6 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的控制电路模块为型号为 74XX138 的芯片。
  8. 如权利要求 7 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的选通电路模块为型号为 74XX4051 的芯片。
  9. 如权利要求 1 、 2 或 3 所述的基于红外光敏的红外触摸屏的实现方法，其特征在于：所述的放大单元采用一级到二级运放，且使用双电源运放芯片。
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