CN106855754A - 一种通过屏幕实现信号输入输出的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通过使用触摸屏作为信号输入输出的系统和方法。一种使用触摸屏实现信号输入输出的系统包括:控制软件、触摸屏、光敏器件、电驱动触摸头、控制单元、以及支撑电路板和固定触摸屏终端的支撑框架。所述触摸屏是指所有能显示图像信息和/或接受触摸响应的终端屏幕，比如智能手机、平板电脑等终端设备。通过改变屏幕的亮斑图像的变化，使得正对亮斑的光敏器件放生信号变化，通过放大后驱动外围电路。所述控制单元可以接受外部信号，信号被放大后驱动所述电动触摸头，所述电动触摸头触摸到所述触摸屏上，从而把外部信号输入到所述控制软件中。本方法简化了具有触摸屏幕终端对外围设备进行控制的方法。

Description

一种通过屏幕实现信号输入输出的系统和方法

技术领域

本发明公开一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的系统和方法，从而实现软件控制外围装置和接受外围装置的信号。

背景技术

终端设备可以具有包括用于接收来自一个或多个用户的输入和/或向其提供输出的触摸表面的触摸设备。在某些情况下，触摸设备可以具有检测触摸(诸如用户身体部分的触摸、指示笔、和/或其他这类触摸)并将该触摸解释作为输入的能力。这类触摸检测可以包括对触摸的出现、触摸位置、触摸力度、触摸持续时间、触摸表面上与该触摸相关的移动、和/或该触摸的其他这类特征的检测。在某种情况下，触摸屏可以显示图形。这类显示可以包括在各种形状、任意位置、任意亮度。所述终端设备最典型的例子就是目前很普及的智能手机。

传统的终端设备与周边设备的连接，主要是通过串口（包括USB口），蓝牙，红外，近距离传输（NFC）等传输信号。本发明公开了一种新的系统和方法，实现终端设备与周边设备的信号传输。从而方便终端设备控制外围设备和接收外围设备的信号。

发明内容

本发明公开一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的系统和方法。在一个或多个实施例中，一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的系统可以包括：至少一个光敏器件和/或至少一个电驱动触摸头、至少一个控制单元、至少一块能显示图像的触摸屏、至少一个支撑框架、以及至少一个控制软件。所述控制软件通过电驱动触摸头接触触摸屏，使得外部信号传递给控制软件；所述控制软件在所述光敏器件对应屏幕位置显示亮斑点，从而使得感敏器件产生微电流，通过控制单元放大后，输出到外部设备，比如驱动电机的驱动电路，驱动电子开关等设备。

在某种实现中，可以只包含输出方法，此方法可以不包含电驱动触摸头。在此情况中，软件预先定义光敏器件所对应的触摸屏位置，当需要向外输送信号时，对相应光敏器件所对应的屏幕区域设置不同亮度或全黑的图形，使得光敏器件输出不同强度信号。

在某些实现中，可以只包含输入方法，此方法可以不包含光敏器件。在此情况中软件预先定义电驱动触摸头所在位置，当外部某些信号（比如按钮开关被按下）传送到控制单元时，控制单元放大信号，从而驱动电驱动触摸头伸展触头，触头碰到触摸屏，通过控制软件计算位置，可以知道哪个电驱动触摸头做了动作，软件根据预先定义的事件，做出相应的处理。

在各种实施中，所述支撑框架可以支撑所述光敏器件、电驱动触摸头和信号放大单元；所述支撑框架可以夹住终端设备，使得光敏器件和触摸头靠近屏幕；支撑框架和光敏器件所在的一面紧贴着终端设备触摸屏。

将会理解的是，在前的一般性描述和随后的详细描述都是出于举例和解释的目的，而非对本公开的必然限制。并入说明书并作为其一部分的附图例示了本公开的主题。描述和附图一并用于解释本公开的原理。

附图说明

图1是一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的实例性系统的等比视图。实际安装中，电路板102要固定在支撑框架上，并通过夹具，贴合到触摸屏110上。

图2 是沿图 1 中线段A1 获得的图1中示例性系统的横截面前视图。其中描述了点驱动触摸头界面图和防止的位置。

图3 是沿图 1 中线段B1 获得的图1中示例性系统的横截面前视图。

图4是带支撑框架的示意图。两边的夹具可以夹住终端设备，使其和电路板102贴合。

图5是沿图4中线段C1获得的横截面图。描述了框架结构，电路板和终端设备的关系。

具体实施方式

随后的描述包括具体化本公开各元件的示例系统、方法和程序产品。然而，应该理解的是，所描述的公开能够以在此描述的形式之外的多种形式实践。

本发明公开了一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的系统和方法。所述输入输出系统可以包括至少一个能在触摸屏上显示图形的控制软件、至少一种显示图形的屏幕、至少一个光敏器件或至少一个电驱动触摸头、至少一个控制单元、以及能支撑和固定所述光敏器件和电动触摸头电路板和触摸屏设备的框架结构。所述光敏器件靠近所述触摸屏（比如0.1毫米），如图3中104所示。所述电动触摸头正对着所述触摸屏，离所述触摸屏有一定间隙（比如1毫米），如图2中201所示。所述控制单元可以放大所述光敏器件信号或驱动所述电驱动触摸头，以使得信号可以通过所述触摸屏幕输入和输出。为了简化描述，以下说明用“本系统”或“本方法”代替一种通过屏幕实现终端设备与外围设备之间信号输入输出的系统或方法。

所述控制软件能够获取所述电动触摸头触摸屏幕时的状态信息，此状态信息包括位置、接触时间点、按压时间、触摸头离开时间等信息。如果触摸屏幕支持压力传感，所述控制软件还能获取所述电动触摸头对屏幕的压力。所述控制软件，根据触点位置，以及预先定义所有所述电动触摸头正对触摸屏幕的位置，判断是哪个触摸头接触了屏幕。从而可以判断哪个外围设备传递信号给控制软件。如图1中105所示，为了更形象的了解触摸头所在位置，图1中105的圆形表示触摸头对应屏幕上的位置。

在某些情况下，所述控制软件可以同时响应多个电动触摸头的触摸事件，例如所述信号输入输出系统外围连接多个设备（数量大于1个），当多个设备都发出触摸信号时，多个电动触摸头都被触发，使得同时多个触摸头接触到触摸屏幕，控制软件对不同触摸事件做出响应。

所述控制软件能在触摸屏上显示各种大小、各种形状、各种亮度和颜色的图形。所述控制软件在所述终端设备上运行以后，把所述光敏器件对应的所述触摸屏区域都绘制成黑色。也可以把整个屏幕设置成黑色。为了简化本发明方法描述，以下描述中把屏幕区域全部绘制成黑色。当控制软件需要本发明所述系统输出一个高电平信号时。所述控制软件根据预先设定好的所述光敏器件在屏幕中的位置显示一个亮斑，所述亮斑只能使得亮斑所对应的光敏器件电流发生改变，不影响周边光敏器件的电流。为了简化描述，以下描述和附图中的所述亮斑以小长方形为例，如图1中106所示。所述亮斑显示以后，光敏器件感应到亮度，产生微弱电流，通过控制单元把微弱电流放大，输出到系统外，从而实现高电平信号输出。此处以及以下描述的高电平信号不是一个固定值，根据放大电路设置可以输出不同电平值，以适应外围电路的需要。

在某些情况下，所述控制软件可以同时绘制多个亮斑，使得多个光敏器件发生反应，从而达到同时输出多路高电平。比如系统需要控制两个电机同时转动，需要两路信号控制。

所述控制软件通过对所述亮斑的亮度进行调节，可以实现所述系统输出电平的变化，从而控制外围设备。

为了避免所述亮斑影响对应的所述光敏器件周边的所述光敏器件，所述触摸屏幕上亮斑与亮斑之间保留一定范围的黑色背景，如图1中106处所示各矩形亮斑之间有黑色区域。

所述本系统中包含的触摸屏是终端设备上能显示图形信息和接受触摸响应的显示设备。典型的设备就是智能手机屏幕。在某些应用中，可以不需要触摸响应功能，只需要显示功能。本系统和本发明不仅限于智能终端，可以适用任何终端的显示。本系统的外观形态可以根据屏幕大小进行调整。

所述本系统可以扩展到多个屏幕，同时接受多个屏幕亮斑信号。比如两个智能手机触摸屏幕。

所述光敏器件是对光亮变化产生电流或电压变化的器件。所述光敏器件可以是光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光敏集成电路等形式。为了简化描述，以下以光敏三极管作为光敏器件进行描述。

所述光敏器件在电路板上摆放形式可以是多样的。为了简化描述和方便计算位置，以矩阵形式摆放来进行说明，如图1中104所示。为了能响应所述触摸屏幕的亮斑，光敏器件的间距与屏幕亮斑间距一样，如图1中104和106处所示。

为了避免光敏器件对应屏幕亮斑周围的亮斑的影响，在光敏器件之间有一定的不透明物体隔离，如图3中的301所示。为了避免外部光亮的影响，光敏器件矩阵周围有不透明物体包围，如图3中203所示。

所述电驱动触摸头在加电以后使得触摸头移动，如图2中的202所示。电驱动方式可以是电磁铁吸附，也可以是微型电机驱动。根据不同类型触摸屏，触摸头可以是硬的或软的，对于电容屏需要触摸头是导电硅胶。在没有加电的情况下，触头离屏幕有一定距离，如图2中202和屏幕110所示。当电驱动触摸头加电以后，触摸头伸出，触碰到屏幕，从而使屏幕发生触摸事件；当加电消失后，触摸头恢复原位，即不接触到屏幕。

所述电驱动触摸头的驱动控制电路由本系统中控制单元实现。控制单元接受外部信号，通过控制单元放大以后驱动电驱动触摸头的运动。

所述电驱动触摸头电路可以和光敏器件电路合成一个电路板。触摸头的位置按固定距离排列，方便计算每个触摸头的位置。触摸头排列方向和光敏器件排列方向一致，并保持固定距离，以便计算每个触摸头和光敏器件的相对位置。本发明不排除无序摆放方式，但是需要预先定义所有触摸头和光敏器件的位置。

所述控制单元是用于放大光敏器件微弱信号和驱动电驱动触摸头，如图1中的107所示。控制单元可以是普通三极管电路，运算放大器电路，或者集成放大电路等，在具体实现中根据成本，空间，灵敏度等条件选择不同器件来实施。

所述控制单元连接光敏器件，当所述控制软件在所述光敏器件对应的区域绘制亮斑时，光敏器件产生微弱信号，微弱信号传入控制单元后被放大，输出放大后的信号驱动外围电路，如图1中108所示。

所述控制单元连接外围电路输入和电驱动触摸头。外围设备（或器件）输入信号，如图1中108所示，控制单元把信号放大，驱动电驱动触摸头，触摸头伸出接触屏幕。

所述框架结构是用于支撑电驱动触头电路、光敏器件电路和控制电路，同时带有固定终端设备的装置，使得终端设备屏幕贴和触摸头与光敏器件所在平面，如图4所示。为了便于计算触摸头和光敏器件的位置，框架结构与终端设备贴和后，触摸头和光敏器件横排方向与屏幕上边缘平行，纵列和屏幕左右边缘平行，如图1所示.。框架结构与终端屏幕贴和后，图1中的电路板102贴和到终端101的屏幕110上，如图5所示。

所述框架结构为了固定电路板和终端贴和，框架结构底部限制终端下滑，如图4中403所示，左右有可调整的夹具，如图4中402所示。当需要把一个终端（如智能手机）固定到本框架上时，调整左右夹具打开大于终端宽度，放入终端，终端屏幕正对着触摸头和光敏器件，终端下端接触到框架底部后，不能再下滑，然后调整左右支架卡紧终端，使得终端屏幕和本系统电路板紧密贴合。

在某些实施中，因屏幕较大，所述框架结构还可以通过多个吸盘吸附在屏幕上，使得终端屏幕和本系统电路板紧密贴合。

在本公开中，应该理解公开方法中各步骤的具体顺序或各器件摆放顺序只是样本方法的例子。在其他实施例中，可以在所公开主题的范围内重新安排该方法中各步骤的具体顺序或各器件摆放顺序。所附的方法以样本次序声明了各步骤的当前要素，而非必然限制为呈现的具体次序或结构。

所描述的公开可被提供作为程序产品或软件，其可以包括具有存储其上的指令的非暂态机器可读介质，所述指令则可被用于编程计算机系统(或其他电子设备)以执行根据本公开的处理。一种非暂态机器可读介质包括用于以可由机器(例如，计算机，智能手机)读取的形式(例如，软件、处理应用)存储信息的任何机制。该非暂态机器可读介质可以采取的形式包括但不限于：磁性存储介质(例如，软盘、视频磁带盒等);只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM);闪存;等。

相信本公开及其许多附加优点将会通过在前描述而被理解，并且显而易见的是可以对部件形式、构造和安排做出各种改变而不背离所公开的主题或是牺牲所有这些方法的优点。所描述的形式仅仅是示例性的，并且所附权利要求旨在涵盖并包括这个改变。

虽然已经参考各种实施例描述了本公开，但是将会理解的是，这些实施例是示例性的并且本公开的范围不限于此，许多变化、修改、附加和改进都是可能的。更具体地，已经在本上下文和特定实施例中描述了根据本公开的各实施例。可以在本公开各实施例中或以不同技术描述的实施例中以的模块不同地分离或组合各功能。这些和其他变化、修改、附加和改善将落在所附权利要求限定的本公开的范围之内。

Claims (7)

1.一种通过屏幕实现信号输入输出的系统，其特征在于，所述系统包括 :

触摸屏，可以是任何终端显示屏，比如智能手机，平板电脑（不仅限于所举例子）；

控制软件，能在所述触摸屏上显示至少一种所述触摸屏所支持的形状、亮度，大小的图形；

光敏器件，包括至少一个光敏器件单元；

控制单元，包括至少一个控制单元；

电驱动触摸头，可以通过加电使触摸头伸缩，包括至少一个触摸头；

支撑框架，用于支撑所述光敏器件、电驱动触摸头和控制单元电路板，同时能够夹住终端设备，使得光敏器件和电驱动触摸头正对着触摸屏。

2.如权利要求 1 所述的系统，其中所述控制软件至少包括一下功能：

绘制屏幕背景为黑色或不同亮度的颜色；

接收所述触摸头接触所述触摸屏时的时间、位置、压力、持续时间和离开时间等信息；

通过计算可以在对应光敏器件单元所对应的区域显示至少白色光斑或具有一定亮度的光斑；

通过计算可以设定电驱动触摸头和光敏器件所对应所述屏幕中的坐标。

3. 如权利要求 1 所述的系统，其中所述光敏器件组包含以下特征：

至少包含一个所述光敏器件；

所述光敏器件按至少一种距离间隔排列，排列形状不超过屏幕显示区域；

所述光敏器件光感应区域正对触摸屏；

所述光敏器件之间有不透明栅格隔离，避免相邻光信号干扰。

4.如权利要求 1 所述的系统， 其中所述控制单元包含以下特征：

至少一个信号放大电路单元放大至少一个所述光敏器件单元的信号；

至少一个信号放大电路单元放大至少一个外部传入的信号；

至少一个信号放大电路单元驱动至少一个所述电动触摸头，使得所述电动触摸头按压所述触摸屏；

所述控制单元可以是集成电路形式，也可以是分散电子元器件形式；

所述控制单元可以在单独电路板，也可以和光敏器件同在一个电路板。

5.如权利要求 1 所述的系统， 其中所述电驱动触摸头组包含以下特征：

所述电驱动触摸头由电驱驱动器、支持杆和触点组成；

当有电流通过时，驱动器推动支持杆，支持杆垂直于屏幕，把触点按压到触摸屏上。

6.如权利要求 1 所述的系统，其中所述支撑框架包含以下特征：

支撑框架能够支撑光敏器件组电路、电驱动触摸头组和控制单元电路；

支撑框架左右两侧有可调夹具，夹住终端设备，使得触摸屏幕紧贴支撑平面；

支撑框架使得终端设备触摸屏紧贴支撑平面时，光敏器件和电驱动触摸头离屏幕有一定距离。

7.一种使用触摸屏作为信号输入输出的方法，所述方法包括 :

控制软件根据用户的目的判定要使哪个光敏器件对应触摸屏区显示白色或黑色，使得光敏器件产生或消失弱电流，从而使得控制器单元输出高电压或地点压，进而用来驱动外围电路或器件，实现控制信号的输出；以及外围电路或器件给控制单元输入弱信号，控制电路放大信号后，驱动电动触摸头，触摸头的触点接触屏幕，使得屏幕接收到按压事件，控制软件处理按压事件，从而实现外围电路信号的输入。