CN109240535A - 一种基于激光信号的触摸检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光信号的触摸检测方法,包括:(1)在触摸屏体上设置相对应的激光发射器和激光接收器;(2)控制所有激光发射器同时发射激光信号形成激光检测区域,所有激光接收器接收到激光信号后,分别经信号处理单元处理后发送至MCU控制器;(3)当有触摸体位于激光检测区域内时,经过该触摸体的激光信号被挡住,对应激光接收器的电流减小,信号处理单元输出的信号幅值升高;且当信号处理单元输出的信号幅值大于设定阈值时,信号处理单元输出中断信号,MCU控制器接收到中断信号后确定触摸体坐标。本发明通过控制所有激光发射器同时发射激光信号扫描,能大幅缩短一个扫描周期的扫描时间,达到了大幅缩短触摸响应时间的目的。
Description
技术领域
本发明涉及触摸屏技术领域,具体地说涉及一种基于激光信号的触摸检测方法。
背景技术
现有技术中,红外触摸屏主要由MCU控制器、导光柱、触摸屏体、X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元、Y轴红外接收单元和红外发射电路组成,其原理为由MCU控制器控制X轴红外发射单元和Y 轴红外发射单元中的红外发射管依次发射红外信息进行扫描。
在实际应用过程中,以上述技术为代表的红外触摸屏,其完成一次响应的时间一般在5---20mS之间。具体的,由于红外发射管(普通二极管)的发射角度比较大,一般在10—70°,一个红外发射管发出的光会同时被多只红外接收管接收,为了便于区分接收到的信号到底是哪个红外发射管发出来的,因此红外发射管都采用依次逐个发射的方式进行扫描(不能采用所有红外发射管同时发射扫描的方式)。而完成一个扫描周期需要的时间是:N*t,其中N表示屏体上发光管的总数,t表示单只发光管的发射时间,因此屏体越大N就越多,扫描时间也就越长。一般21吋触摸屏的N为160,t=40uS,其完成一个扫描周期的时间为6.4mS。介于此,上述红外触摸屏技术用于普通行业领域(如教学、签名等行业领域)的触摸响应完全没有问题。但在其它一些特殊应用的领域,如游戏应用的橡胶子弹打靶,以及部队的实弹打靶等领域,由于物体在触摸屏体上停留的时间只有10uS----500uS,使用上述普通的红外触摸屏将会因物体停留时间过短而不能产生响应,因此需要开发扫描速度更高的触摸屏才能对此产生反应。
中国专利公告号为CN104866144A的现有技术在2015年8月26日公开了 一种红外触摸屏触摸点的识别方法,其技术方案包括以下步骤:a、通过主微控制器向从微控制器发出控制信号,使主微控制器在控制X轴红外发射单元进行扫描时,从微控制器也同时控制Y轴红外发射单元进行扫描;b、当从微控制器驱动Y轴红外发射单元完成一次扫描后,从微控制器将该Y轴上的扫描信息传递给主微控制器,当主微控制器驱动X轴红外发射单元完成一次扫描后,主微控制器得到X轴上的扫描信息;c、主微控制器对X轴上的扫描信息和Y轴上的扫描信息进行识别,识别完成后,主微控制器再次向从微控制器发出控制信号,开始下一次扫描。该专利使Y轴方向的扫描与X轴方向的扫描同步进行,省略了Y轴方向的扫描时间,不仅大幅降低了整个红外触摸屏的单次扫描时间,还使得触摸点坐标的识别速度更快,特别是对于尺寸大于42寸的红外触摸屏来说,能够避免红外触摸屏出现触摸延时和画线断线等缺陷,大幅提高了红外触摸屏的触摸精度。但在实际应用过程中,该专利虽然将现有红外触摸屏一个扫描周期的扫描时间提高一倍,达到了2.5---10mS,但仍然达不到应用于特殊领域的要求。
另外,中国专利公告号为CN201212989Y的现有技术在2009年3月25日还公开了一种激光扫描式触摸屏,其技术方案为包括有显示屏、反射条或反射镜、CPU系统控制电路、接口控制电路,触摸屏任一边至少设有一个激光扫描发射单元,其相应另一边至少设有一个激光接收处理单元。该专利中的激光扫描发射单元为利用二极管作为光源的单线式扫描器,单线式扫描器为转镜式或颤镜式。其中,由于转镜式与颤镜式都是机械装置,其转动或颤动的频率最高也就几百赫兹,对应的扫描频率最高还是只有几毫秒,仍然根本达不到实弹靶标等特殊领域的需求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题,提供一种基于激光信号的触摸检测方法,本发明通过控制所有激光发射器同时发射激光信号进行扫描,能够大幅缩短完成一个扫描周期的扫描时间,达到了大幅缩短触摸响应时间的目的,并能够有效适用于其它如打靶等特殊领域。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在触摸屏体的任意相邻两条边上均设置多个激光发射器,在另外两条边上设置对应的激光接收器;
(2)由MCU控制器控制所有激光发射器同时向对应的激光接收器发射激光信号,在触摸屏体表面形成激光检测区域,所有的激光接收器接收到激光信号后,分别经信号处理单元处理后发送至MCU控制器;
(3)当有触摸体位于激光检测区域内时,经过该触摸体的激光信号被挡住,对应的激光接收器的电流减小,信号处理单元输出的信号幅值升高,且当信号处理单元输出的信号幅值大于设定阈值时,信号处理单元输出中断信号至MCU控制器,MCU控制器接收到中断信号后确定触摸体坐标。
所述信号处理单元包括信号放大器、检波电路和比较电路,信号放大器的输入端与激光接收器连接,输出端分别与检波电路和比较电路连接,检波电路和比较电路均与MCU控制器连接;其中,
所述信号放大器用于对激光接收器接收到的激光信号放大,并将放大后的信号分别输出至检波电路和比较电路;
所述比较电路用于对放大后的信号幅值进行比较,当信号幅值大于设定阈值时,比较电路向MCU控制器输出中断信号;
所述检波电路用于检测并记录放大后信号的峰值,当MCU控制器接收到中断信号后,读取峰值并根据峰值确定触摸体坐标。
所述MCU控制器包括中断输入端口、AD输入端口和IO端口,所述检波电路包括输出端、放电控制端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有检波电路的输出端通过多路模拟选通开关与AD输入端口连接,所有检波电路的放电控制端并联后与IO端口连接;所述比较电路包括输出端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有比较电路的输出端采用开漏输出比较器与中断输入端口连接。
所述检波电路包括二极管、电容和模拟开关,二极管的正极端与信号放大器的输出端连接,电容和模拟开关并联在二极管的负极端与MCU控制器之间。
所述比较电路包括比较器和两个电阻,比较器的输出端与MCU控制器连接,比较器的正极端与信号放大器的输出端连接,两个电阻并联在比较器的负极端。
所述激光发射器和激光接收器均为光敏二极管。
采用本发明的优点在于:
1、本发明采用激光信号代替了现有技术中的红外信号,该方式能够实现所有激光发射器同时发射激光信号进行扫描,即使得完成一个扫描周期的扫描时间更短。具体的,由于激光发射器与激光接收器为一一对应关系,而激光发射器发射的激光信号为直线信号,因此即使所有激光发射器同时发射激光信号也能够有效区分,从而就能够大幅降低一个扫描周期总的扫描时间,并大幅缩短触摸响应的时间。进一步的,采用本发明后,不论触摸屏体多大,都能控制一个扫描周期的扫描时间在40uS以内,从而能够有效地用于其它如打靶等特殊领域。
2、本发明中的信号处理单元包括信号放大器、检波电路和比较电路,信号放大器的输入端与激光接收器连接,输出端分别与检波电路和比较电路连接,检波电路和比较电路均与MCU控制器连接。其中,以子弹为例,子弹经过触摸屏体的时间非常短暂,只有几十微秒,而要在几十微秒之内,采样200个通道的模拟信号,对单片机的要求太高,且由于采样有先后顺序,因此采样到的信号也不全都是峰值信号,这样容易产生计算偏差。因此,本发明采用信号放大器、检波电路和比较电路组成的信号处理单元,其最大优势在于能够将所有的高速峰值信号记录在不同的电容中,等待MCU控制器采样处理,保证了信号读取的准确性。
3、本发明中的检波电路包括二极管、电容和模拟开关,二极管的正极端与信号放大器的输出端连接,电容和模拟开关并联在二极管的负极端与MCU控制器之间。检波电路的主要作用是记录并保持激光信号被遮挡时的最大遮挡值,有利于单片机的采样,并保证单片机采样到的都是最大遮挡信号;模拟开关的主要作用是清除上一次记录的峰值信号,等待下一次的峰值信号的到来。
4、本发明中的比较电路包括比较器和两个电阻,比较器的输出端与MCU控制器连接,比较器的正极端与信号放大器的输出端连接,两个电阻并联在比较器的负极端。采用比较器的目的是通知MCU控制器检波电路已经采集到了峰值信号(即靶标中有物体穿过),可以开始采样。
5、本发明中激光发射器和激光接收器均为光敏二极管,采用光敏二极管作为激光发射器和激光接收器,可以提高信号接收的响应速度,从而保证能够准确的捕捉到高速通过的触摸屏体的物体。
附图说明
图1为本发明的原理框图;
图2为本发明的结构示意图;
图3为本发明中一组激光收发单元的原理框图;
图4为本发明中一组激光收发单元的电路示意图;
图5为本发明的电路示意图。
具体实施方式
一种基于激光信号的触摸检测方法,包括以下步骤:
(1)在触摸屏体的任意相邻两条边上均设置多个激光发射器,在另外两条边上设置对应的激光接收器;
(2)由MCU控制器控制所有激光发射器同时向对应的激光接收器发射激光信号,在触摸屏体表面形成激光检测区域,所有的激光接收器接收到激光信号后,分别经信号处理单元处理后发送至MCU控制器。
(3)当有触摸体位于激光检测区域内时,经过该触摸体的激光信号被挡住,对应的激光接收器的电流减小,信号处理单元输出的信号幅值升高,且当信号处理单元输出的信号幅值大于设定阈值时,信号处理单元输出中断信号至MCU控制器,MCU控制器接收到中断信号后确定触摸体坐标。
本发明中,所述激光发射器和激光接收器均为光敏二极管,所述激光发射器的发射角度为0度,其发射的激光信号为单根直线信号。
本发明中,所述信号处理单元包括信号放大器、检波电路和比较电路,信号放大器的输入端与激光接收器连接,输出端分别与检波电路和比较电路连接,检波电路和比较电路均与MCU控制器连接其中,所述信号放大器、检波电路和比较电路的具体作用如下:
所述信号放大器用于对激光接收器接收到的激光信号放大,并将放大后的信号分别输出至检波电路和比较电路。
所述比较电路用于对放大后的信号幅值进行比较,当信号幅值大于设定阈值时,表明激光检测区域内有触摸体,比较电路向MCU控制器输出中断信号。
所述检波电路用于检测并记录放大后信号的峰值,当MCU控制器接收到中断信号后,读取峰值并根据峰值确定触摸体坐标。
本发明的具体检测原理为:当没有触摸体(物体)通过激光检测区域时,信号放大器输出的是一个低幅值信号,比较电路输出为低电平信号。当有触摸体(物体)穿过激光检测区域时,激光接收器的电流会减小,信号放大器输出的信号幅值会被抬高,随着阻挡的增加,信号幅值会进一步增加,当信号幅值超过设定阈值时,比较电路将输出高电平信号,该高电平信号即为中断信号。MCU控制器接收到中断信号后,读取所有检波电路中的峰值并判断,当有峰值大于设定值时,判定有触摸体位于激光检测区域内,此时根据峰值以及对应的激光发射器和激光接收器即可确定触摸体坐标。一般来说,无触摸体挡住激光信号通道时可设定检波电路中的峰值为0.5V,有触摸体挡住激光信号通道时可设定检波电路中的峰值为2V,因此,当MCU控制器读取到大于2V的峰值时,判定有触摸体经过激光检测区域。
本发明中,所述MCU控制器包括中断输入端口、AD输入端口和IO端口,所述检波电路包括输出端、放电控制端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有检波电路的输出端通过多路模拟选通开关与AD输入端口连接,所有检波电路的放电控制端并联后与IO端口连接;所述比较电路包括输出端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有比较电路的输出端采用开漏输出比较器与中断输入端口连接。所述激光发射器与MCU控制器的IO端口连接。
进一步的,所述检波电路包括二极管、电容和模拟开关,二极管的正极端与信号放大器的输出端连接,电容和模拟开关并联在二极管的负极端与MCU控制器之间;检波电路工作时,通过二极管将峰值信号保存在电容中。所述比较电路包括比较器和两个电阻,比较器的输出端与MCU控制器连接,比较器的正极端与信号放大器的输出端连接,两个电阻并联在比较器的负极端。
具体的,如图4所示,以一组激光收发单元为例,其中激光发射器D3与电阻R4组成激光发射电路,激光接收器D1与电阻R1组成激光接收电路,二极管D2、电容C1和模拟开关M1构成检波电路,检波电路用于检测出信号的峰值并保存在电容C1中,比较器U2、电阻R2和电阻R3构成比较电路,电阻R2和电阻R3的阻值决定检测阈值。工作时,由激光发射器D3发射激光信号,由激光接收器D1接收激光信号,激光发射器D3与激光接收器D1之间形成激光检测区域。
正常情况下,当没有触摸体(物体)通过激光发射器D3与激光接收器D1之间形成的激光检测区域时,信号放大器U1输出的是一个低幅值信号,比较器U2输出为低电平,当有触摸体(物体)穿过激光检测区域时,激光接收器D1的电流会减小,信号放大器U1输出的信号幅值会被抬高,随着阻挡的增加,信号幅值会进一步增加,当信号幅值超过设定阈值时,比较器U2将输出高电平A1,该信号可以作为MCU控制器的中断信号(通知MCU控制器有触摸体通过触摸屏体),MCU控制器接收到中断信号后开始读取峰值A2,根据峰值A2确定触摸体坐标;同时,再通过在模拟开关M1上输入高电平,将电容C1保存的电荷放掉,进入下一次新的接收状态。
Claims (6)
1.一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)在触摸屏体的任意相邻两条边上均设置多个激光发射器,在另外两条边上设置对应的激光接收器;
(2)由MCU控制器控制所有激光发射器同时向对应的激光接收器发射激光信号,在触摸屏体表面形成激光检测区域,所有的激光接收器接收到激光信号后,分别经信号处理单元处理后发送至MCU控制器;
(3)当有触摸体位于激光检测区域内时,经过该触摸体的激光信号被挡住,对应的激光接收器的电流减小,信号处理单元输出的信号幅值升高,且当信号处理单元输出的信号幅值大于设定阈值时,信号处理单元输出中断信号至MCU控制器,MCU控制器接收到中断信号后确定触摸体坐标。
2.如权利要求1所述的一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于:所述信号处理单元包括信号放大器、检波电路和比较电路,信号放大器的输入端与激光接收器连接,输出端分别与检波电路和比较电路连接,检波电路和比较电路均与MCU控制器连接;其中,
所述信号放大器用于对激光接收器接收到的激光信号放大,并将放大后的信号分别输出至检波电路和比较电路;
所述比较电路用于对放大后的信号幅值进行比较,当信号幅值大于设定阈值时,比较电路向MCU控制器输出中断信号;
所述检波电路用于检测并记录放大后信号的峰值,当MCU控制器接收到中断信号后,读取峰值并根据峰值确定触摸体坐标。
3.如权利要求2所述的一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于:所述MCU控制器包括中断输入端口、AD输入端口和IO端口,所述检波电路包括输出端、放电控制端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有检波电路的输出端通过多路模拟选通开关与AD输入端口连接,所有检波电路的放电控制端并联后与IO端口连接;所述比较电路包括输出端和用于与信号放大器输出端连接的输入端,所有比较电路的输出端采用开漏输出比较器与中断输入端口连接。
4.如权利要求2或3所述的一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于:所述检波电路包括二极管、电容和模拟开关,二极管的正极端与信号放大器的输出端连接,电容和模拟开关并联在二极管的负极端与MCU控制器之间。
5.如权利要求2或3所述的一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于:所述比较电路包括比较器和两个电阻,比较器的输出端与MCU控制器连接,比较器的正极端与信号放大器的输出端连接,两个电阻并联在比较器的负极端。
6.如权利要求1—3中任一项所述的一种基于激光信号的触摸检测方法,其特征在于:所述激光发射器和激光接收器均为光敏二极管。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109240535B (zh) | 2022-01-18 |
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