CN114006588A - 红外触摸屏信号放大系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种红外触摸屏信号放大系统及方法，属于红外触摸屏技术领域。所述系统包括：依次连接的高通滤波器、固定放大电路和可编程放大电路；其中，所述高通滤波器用于过滤红外光电信号中的低频干扰信号；所述固定放大电路用于对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；所述可编程放大电路用于根据预设放大需求调整自身放大倍数，基于调整放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二级放大信号；所述可编程放大电路包括用于进行自身放大倍数调整的数字电位器。本发明方案避免了红外触摸屏上存在干扰异物情况下的识别异常的问题。

Description

红外触摸屏信号放大系统及方法
技术领域
本发明涉及红外触摸屏技术领域，具体地涉及一种红外触摸屏信号放大系统及一种红外触摸屏信号放大方法。
背景技术
现有的红外触摸屏的放大电路，为固定倍数放大电路，即其采集的光电电压信号是根据预设的放大电路，进行固定标准放大，然后进行信号处理。这在红外触摸屏表面干净条件下，信号的放大标准统一，后续处理效率很好。因为红外触摸屏表面干净条件下，对于红外光路遮挡的唯一可能便是触控操作，不会存在其他干扰情况。而若在恶劣条件下，例如沙尘和强光等情况下都可能对红外触摸屏造成干扰信号，遮挡初始化的红外采样信号，在这种情况下进行触控，触摸屏的响应情况会变得很差。基于当前红外触摸屏的放大电路无法在存在异物干扰情况下进行准确信号处理的问题，需要设计一种新的红外触摸屏信号放大系统。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种红外触摸屏信号放大系统及方法，以至少解决当前红外触摸屏的放大电路无法在存在异物干扰情况下进行准确信号处理的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种红外触摸屏信号放大系统，用于异物遮挡下的红外触摸屏的信号放大，所述系统包括：依次连接的高通滤波器、固定放大电路和可编程放大电路；其中，所述高通滤波器用于过滤红外光电信号中的低频干扰信号；所述固定放大电路用于对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；所述可编程放大电路用于根据预设放大需求调整自身放大倍数，基于调整放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二级放大信号；所述可编程放大电路包括用于进行自身放大倍数调整的数字电位器。
可选的，所述高通滤波器的带宽、截止频率和纹波幅度根据预设滤波需求调整。
可选的，所述固定放大电路的固定放大倍数为45-60倍。
可选的，所述数字电位器的阻值≤20kΩ。
可选的，所述可编程放大电路还包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端用于输入所述第一级放大信号，所述运算放大器的反向输入端连接至包括所述数字电位器和一个固定电阻的反馈电路；所述固定电阻与所述数字电位器的L端并联后共同作为第一反馈电阻，所述固定电阻与所述数字电位器的H端串联作为第二反馈电阻；其中，所述固定电阻的阻值为4.5kΩ-6kΩ。
可选的，所述数字电位器通过L端和H端的阻值大小改变所述第一反馈电阻阻值和所述第二反馈电阻阻值；所述可编程放大电路的自身放大倍数由所述第一反馈电阻阻值与所述第二反馈电阻阻值的比值确定。
本发明第二方面提供一种红外触摸屏信号放大方法，用于异物遮挡下的红外触摸屏的信号放大，所述方法基于上述的红外触摸屏信号放大系统实现，所述方法包括：获取红外光电信号，并对所述红外光电信号进行滤波处理；对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；根据可编程放大电路的调整放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二级放大信号。
可选的，所述方法还包括：确定可编程放大电路的调整放大倍数，包括：在未主动触摸条件下，根据预设规则调整所述可编程放大电路放大倍数，并在每次调整放大倍数后进行一次红外触摸屏触摸扫描，判断是否存在识别触摸；在存在识别触摸时，继续基于所述预设规则调整所述可编程放大电路放大倍数，直到未识别到触摸，保持所述可编程放大电路的当前放大倍数为调整放大倍数。
可选的，所述确定可编程放大电路的调整放大倍数，还包括：在使用过程中，每完成一次红外触摸屏触摸扫描，判断获得的第二级放大信号是否处于预设放大信号幅值范围；若所述获得的第二级放大信号未处于所述预设放大信号幅值范围，则基于所述获得的第二级放大信号与所述预设放大信号幅值范围之间的偏差值进行可编程放大电路的放大倍数调整，直到获得的第二级放大信号处于预设放大信号幅值范围；其中，所述预设放大信号的幅值范围为200-230。
另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的红外触摸屏信号放大方法。
通过上述技术方案，提供了信号调理电路和增益放大电路。信号调理电路滤出信号中的低频分量，去除干扰信号。采样电阻将接收管产生的光电流信号转换成电压信号，该电压信号经调理后再送到模数转换模块进行转换；增益放大电路基于预设需求，进行放大倍数调整，使得方法信号的精度更好，避免了红外触摸屏上存在干扰异物情况下的误识别的问题。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的红外触摸屏信号放大系统的结构示意图；
图2是本发明一种实施方式提供的可编程放大电路的电路结构图；
图3是本发明一种实施方式提供的不同固定电阻阻值下的放大倍数增长曲线图；
图4是本发明一种实施方式提供的红外触摸屏信号放大方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明一种实施方式提供的红外触摸屏信号放大系统的系统结构图。如图1所示，本发明实施方式提供一种红外触摸屏信号放大系统，所述系统包括：依次连接的高通滤波器、固定放大电路和可编程放大电路；其中，所述高通滤波器用于过滤光电信号中的低频干扰信号；所述固定放大电路用于对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；所述可编程放大电路用于根据预设放大需求调整自身放大倍数，然后基于所述自身放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二方法信号；所述可编程放大电路包括数字电位器，用于进行所述自身放大倍数调整。
在本发明实施例中，现有的红外触摸屏的放大电路，为固定倍数放大电路，即其采集的光电电压信号是根据预设的放大电路，进行固定标准放大，然后进行信号处理。这在红外触摸屏表面干净条件下，信号的放大标准统一，后续处理效率很好。因为红外触摸屏表面干净条件下，对于红外光路遮挡的唯一可能便是触控操作，不会存在其他干扰情况。而若在恶劣条件下，例如户外风尘、雨雪和强光等情况下，尘、沙、霜、水珠等都可能对红外触摸屏造成干扰信号，被误识别为存在触控信号。即使未被误识别，在这种情况下进行触控，触摸屏的响应情况也会变得很差。针对这种情况，保持统一标准的信号放大，势必会造成触摸异常问题。所以，本申请设计的红外触摸屏信号放大系统实现了信号放大的可调整特性，针对不同的应用场景，进行信号放大倍数调整，使得红外触摸屏的适用范围更广。
优选的，所述高通滤波器的带宽、截止频率和纹波幅度根据预设滤波需求调整。
在本发明实施例中，红外触摸屏的接收管被选通后，会得到电源供电，从而采集发射管的发射红外线，并产生光电电压信号，在电压信号的产生过程中，会伴随出现很多低频干扰信号。为了避免这些信号对后续处理结果干扰，需要利用滤波电路进行低频干扰信号过滤。优选的，选择高通滤波器进行信号过滤，高通滤波器，又称低截止滤波器、低阻滤波器，允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它能有效去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。
优选的，所述固定放大电路的固定放大倍数为45-60倍。
在本发明实施例中，接收管产生的光电信号很微弱，后级电路处理不了，在经过线性放大以后，信号幅值增大了，后级电路才能够对其进行下一步的操作。本申请方案是实现放大电路的放大倍数可调，理论上一个放大电路倍数可调的负反馈回路便可以实现电压信号的放大，但是信号放大过程中，势必存在一定误差，若直接大范围放大，获得的放大信号的幅值与预设需求的幅值会存在一定的误差。且本申请提出的可调整放大电路，是保证信号在足够强度下实现的，若直接将采集的电压信号进行倍数可调放大，放大结果准确性和放大效率均为收到影响。优选的，在进行可调倍数放大前，先对滤波后的电压信号进行一次放大，一方面使得输入信号具备足够强度，另一方面在一级放大信号的基础上进行微调，对于输出放大信号的幅度控制具有更积极的意义。所以，通过设置固定放大电路进行电压信号固定倍数放大。优选的，固定放大电力采用运算放大器和反馈电路组合的形式执行，其中，反馈电阻的阻值固定，通过适配阻值选择，使得固定放大电路的放大倍数为45-60倍。通过第一次放大，输出的电压信号已经具备足够的强度，其与常规红外触摸屏的处理信号强度相近，若在常规使用条件下，其具备定位触摸点位置的能力。
优选的，所述数字电位器的最大阻值为20kΩ。
在本发明实施例中，本发明提出的可编程放大电路为放大倍数可调电路，其实现放大倍数可调的原理为：常规放大电路的反馈电阻阻值固定，其放大倍数与反馈电阻的比值相关，所以其放大倍数固定。本申请将原固定电阻修改为数字电位器，即可变电阻，且数字电位器的L端与H端共用反馈电阻，即进行数字电位器调整时，一段阻值增大时，另一端则减小，使得反馈电阻的比值动态变化，实现了放大倍数的可调性能。适当的增大电压信号的放大倍数，有利于进行触控识别，但也不是无限增大，即太大和太小都会导致个别地方无法采样到触摸，倍数太大，导致遮挡不住；如若太小，在遮挡时，可能因反射等原因不满足触摸的条件，容易无触摸。所以，在预设的极限条件下，保证电压信号在具备可识别性的条件下有效识别，且为了放大倍数的级数限定，优选地设定数字电位器的最大阻值为20kΩ，即反馈电阻的可调范围最大为20kΩ。
优选的，如图2，所述可编程放大电路还包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端用于所述第一级放大信号输入；所述运算放大器的反向输入端连接包括所述数字电位器的反馈电路；所述反馈电路包括一个固定电阻和所述数字电位器；其中，所述固定电阻与所述数字电位器的L端并联，与所述数字电位器的H端串联；所述固定电阻与所述数字电位器的L并联后共同作为第一反馈电阻；所述数字电位器的H端作为第二反馈电阻。
在本发明实施例中，若仅通过数字电位器的两端充当常规的反馈电阻，其比值无法线性控制以外，当数字电位器到达H端和L端时，还会造成比值过大或短路的情况，为了避免这种情况，在线路中增加固定电阻。固定电阻串联在数字电位器的滑动W端，其与L侧部分并联，与H侧部分串联。即其与L侧的并联电阻作为第一反馈电阻，H侧的电阻作第二反馈电阻。在同向放大器中，输出电压和输入电压的关系式为：
Figure BDA0003319891590000071
其中，Uout为输入信号电压，即第一级放大信号的电压；Uin为输出信号电压，即第二级放大信号的电压。二者的比值即为可编程放大电路的放大倍数。R2为本申请中的数字电位器的H端，R1为数字电位器的L端和固定电阻之间的组合电阻。在数字电位器的最大阻值为20kΩ的前提下，知道固定电阻的阻值便可以计算出可编程放大电路的理论放大倍数，即：
Figure BDA0003319891590000072
Figure BDA0003319891590000073
RL+RH＝20kΩ
在一种可能的实施方式中，设计放大级数从1～32共32级，对应的反馈电阻从625Ω～20kΩ变化，然后选择不同的固定电阻阻值，判断总放大倍数损失和每一级的变化幅度平缓性，以确定最佳的固定电阻阻值。则分别选择2kΩ、5.1kΩ和10kΩ进行训练，训练结果如表1-3：
Figure BDA0003319891590000074
Figure BDA0003319891590000081
表1固定电阻阻值为2kΩ放大倍数变化率
Figure BDA0003319891590000082
表2固定电阻阻值为5.1kΩ放大倍数变化率
Figure BDA0003319891590000083
表3固定电阻阻值为10kΩ放大倍数变化率
可见，如图3，相对其他阻值，阻值为5.1KΩ时，总放大倍数损失较小，则动态调整每一级的变化幅度更为平缓线性，避免软件在调整放大倍数时出现AD值不处于正常范围内，从而导致画线断线等现象。所以，优选的，固定电阻的阻值为4.5kΩ-6kΩ，并在最优选时固定电阻的阻值为5.1kΩ。
图4是本发明一种实施方式提供的红外触摸屏信号放大方法的方法流程图。如图4所示，本发明实施方式提供一种红外触摸屏信号放大方法的方法，用于异物遮挡下的红外触摸屏信号放大，所述方法基于上述的红外触摸屏信号放大系统实现，所述方法包括：
步骤S10：获取红外光电信号，并对所述红外光电信号进行滤波处理。
具体的，接收管获得电源供电后，会在红外信号下产生光电电流，在采样电阻的作用下，产生电压信号，该电压信号需要经过出来后才能进行后续处理。首先，在电压信号产生过程中，会伴随存在低频干扰信号，需要将这些干扰信号进行过滤，避免干扰信号对后续处理结果的影响。
步骤S20：根据预设固定放大倍数对滤波信号进行放大，获得第一级放大信号。
具体的，信号放大过程中，势必存在一定误差，若直接进行大范围放大，获得的放大信号的幅值与预设需求的幅值会存在一定的误差。且本申请提出的可调整放大电路，是保证信号在足够强度下实现的，若直接将采集的电压信号进行倍数可调放大，放大结果准确性和放大效率均为收到影响。优选的，在进行可调倍数放大前，先对滤波后的电压信号进行一次放大，一方面使得输入信号具备足够强度，另一方面在一级放大信号的基础上进行微调，对于输出放大信号的幅度控制具有更积极的意义。所以，通过设置固定放大电路进行电压信号固定倍数放大。
步骤S30：根据可编程放大电路的调整放大倍数进行所述第一级放大信号二级放大，获得第二级放大信号。
具体的，开机初始化时，在运行状态中，完成固定倍数放大后，在第一级放大信号的基础上进行二次放大，本次放大基于实际情况进行倍数调整，进行放大信号幅值微调，保证获得的放大信号的幅值负荷预设。则首先需要进行放大倍数调整，优选的，从可编程放大电路的预设放大倍数开始，逐次递增或递减放大倍数，并在每次调整放大倍数后进行一次红外触摸屏触摸扫描，若直至在初始化中，采样值处于合理范围，保持当前可编程放大电路放大倍数为调整放大倍数。因为红外触摸屏上可能存在其他干扰物质，若进行扫描是，判断这些干扰物质为触摸点时，则表示干扰物质已经影响了触摸性能。所以，在未进行触控条件下，进行存在异物红外触摸屏触摸扫描，逐级增大放大倍数，若存在触摸响应，则表示异物干扰存在，则继续增大放大倍数，直到未识别到触摸，表示异物未触发触摸响应，其不会对后续触摸操作造成干扰，则停止增大放大倍数，将当前放大倍数作为调整放大倍数。
优选的，在另一种可能的实施方式中，判定异物未出发触摸响应后，还进行放大后信号强度判断，即若异物未触发触摸响应，但放大后的信号强度不满足预设强度，则还需要进行放大倍数递增，直到放大结果满足预设。理想条件下，所有的AD数据在200～230区间内，若不在该区间内，则选择最靠近该区间内的放大倍数。例如放大10倍为240，放大9倍是180，则180更靠近(200～230)区间，则最终放大倍数为10倍。初始化采样的正对AD值即为后续判断是否有触摸的阈值。
本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的红外触摸屏信号放大方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种红外触摸屏信号放大系统，用于异物遮挡下的红外触摸屏的信号放大，其特征在于，所述系统包括：
依次连接的高通滤波器、固定放大电路和可编程放大电路；其中，
所述高通滤波器用于过滤红外光电信号中的低频干扰信号；
所述固定放大电路用于对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；
所述可编程放大电路用于根据预设放大需求调整自身放大倍数，基于调整放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二级放大信号；
所述可编程放大电路包括用于进行自身放大倍数调整的数字电位器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高通滤波器的带宽、截止频率和纹波幅度根据预设滤波需求调整。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定放大电路的固定放大倍数为45-60倍。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字电位器的阻值≤20kΩ。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可编程放大电路还包括：
运算放大器，所述运算放大器的同相输入端用于输入所述第一级放大信号，所述运算放大器的反向输入端连接至包括所述数字电位器和一个固定电阻的反馈电路；
所述固定电阻与所述数字电位器的L端并联后共同作为第一反馈电阻，所述固定电阻与所述数字电位器的H端串联作为第二反馈电阻；其中，
所述固定电阻的阻值为4.5kΩ-6kΩ。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数字电位器通过L端和H端的阻值大小改变所述第一反馈电阻阻值和所述第二反馈电阻阻值；
所述可编程放大电路的自身放大倍数由所述第一反馈电阻阻值与所述第二反馈电阻阻值的比值确定。
7.一种红外触摸屏信号放大方法，用于异物遮挡下的红外触摸屏的信号放大，其特征在于，所述方法基于权利要求1-6中任一项权利要求所述的红外触摸屏信号放大系统实现，所述方法包括：
获取红外光电信号，并对所述红外光电信号进行滤波处理；
对滤后信号进行固定倍数放大，获得第一级放大信号；
根据可编程放大电路的调整放大倍数对所述第一级放大信号进行二级放大，获得并输出第二级放大信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定可编程放大电路的调整放大倍数，包括：
在未主动触摸条件下，根据预设规则调整所述可编程放大电路放大倍数，并在每次调整放大倍数后进行一次红外触摸屏触摸扫描，判断是否存在识别触摸；
在存在识别触摸时，继续基于所述预设规则调整所述可编程放大电路放大倍数，直到未识别到触摸，保持所述可编程放大电路的当前放大倍数为调整放大倍数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定可编程放大电路的调整放大倍数，还包括：
在使用过程中，每完成一次红外触摸屏触摸扫描，判断获得的第二级放大信号是否处于预设放大信号幅值范围；
若所述获得的第二级放大信号未处于所述预设放大信号幅值范围，则基于所述获得的第二级放大信号与所述预设放大信号幅值范围之间的偏差值进行可编程放大电路的放大倍数调整，直到获得的第二级放大信号处于预设放大信号幅值范围；其中，
所述预设放大信号的幅值范围为200-230。
10.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求7-9所述的红外触摸屏信号放大方法。
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CN115309288B (zh) * 2022-08-09 2024-03-22 铂睿特(深圳)触控显示技术有限公司 触摸屏终端及其解决触摸屏死锁的方法

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