CN200944226Y - 相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其包括在纵、横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均由从微处理器控制，该发射模块的从微处理器通过同步信号线与主微处理器相连、该接收模块的从微处理器通过总线和同步信号线与主微处理器相连，其中相对应的发射、接收模块对采用频率相同的红外发射、接收管，相邻的发射模块、接收模块采用频率不同的红外发射、接收管。该相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置抗干扰性强、处理速度快、适用于大屏幕定位。

Description

相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置

【技术领域】

本实用新型是涉及一种红外定位技术及设备，特别是涉及一种应用于电子显示设备或者其他书写平面进行书写轨迹捕捉和重现的红外触摸装置。

【背景技术】

电子触摸技术给人机交互方式提供了极大的方便，技术上也提供了多种解决方法，而且性能和可靠性也在不断的完善。目前市场上常见的有两种方式：一种是被动方式，利用电阻、电容、红外扫描技术，特点是无需经过特殊处理的笔即可作为定位装置的捕捉对象；另外一种是主动方式，如电磁定位、超声波定位，这种方式需要经过特殊制作的电子笔才能使用，一旦笔丢失或损坏，整个定位系统没法工作。随着触摸技术的不断发展，红外扫描定位技术有其独特的优势，例如与电阻、电容定位相比，可以做到完全的透光性，耐磨性；与电磁定位技术相比，红外定位技术无需使用特殊电子笔，使用方便；除此以外，红外定位技术还能很便捷的生产出大尺寸触摸屏，可应用于背投电视，前投影机，或PDP/LCD显示设备中，在前定位中，由于红外定位的完全透光性，其他几种定位技术无法相比。虽然红外定位技术有诸多的优点，但是由于红外管的尺寸限制了分辨率的提高，红外发射管有一个固定的发射角度，红外管间会互相干扰；光的反射导致书写物不能挡住红外光路；大尺寸红外线技术的触摸屏刷新速度慢；采用传统的处理技术，红外定位技术只能用于小尺寸的触摸屏及定位精度要求低的场合，远远达不到笔迹书写的要求。为了扩展红外定位技术的应用范围和定位捕捉效果，国内外都做了大量的研究，如国内的03113702.4介绍了提高红外触摸装置分辨率的办法，其中涉及到的仅是一种理论上的数学模型，没有考虑到红外触摸装置的具体问题，没办法形成一个成功的产品。

现有的红外定位触摸装置为提高抗干扰性在屏幕边缘加了导光孔，如图1所示为红外管与导光孔一一对准的示意图，导光孔是和边框一体的壳体，将红外发射管和接收管对准导光孔可以抑制红外管间的干扰，但是在工艺上做到将红外发射和接收管与导光孔一一对准，增加了生产工艺难度。

图2为现有的红外定位触摸装置结构及光路示意图，由于红外发射管有一定的发射角度β，发射管的发射范围会覆盖到相邻接收模块的红外接收管，所以现有的红外定位触摸装置抗干扰性很差，以图示2中X方向上的三对发射、接收模块的m号红外管为例，采用如图3所示的扫描方法，图示2中X_SND2(发射模块2)的m号红外发射管发射的红外光会被X_RCV1、X_RCV2、X_RCV3(接收模块1、2、3)接收模块同编号的m号红外接收管接收。当遮挡物在遮挡物2位置时，遮挡物遮挡的光线会同时影响到X_RCV1、X_RCV2、X_RCV3的接收管m，从而接收模块X_RCV1、X_RCV2、X_RCV3会同时检测到遮挡信息，在X方向上同时检测到3个遮挡位置，同理Y方向上也存在同时检测到多个遮挡信息的问题，造成定位装置无法判断具体的遮挡位置；红外线触摸装置中涉及到数量众多的红外管的扫描，在大尺寸的红外线触摸装置中，还涉及到多个微处理器，完成大数量红外管的扫描和多个微处理器间的通信需要大量时间，采用现有的红外定位触摸装置结构和一般的扫描方法其抗干扰性很差，并且一般采用的主从召唤式通信模式花费的时间太长，严重影响了红外线触摸装置的书写速度和效果；红外光作为一种光的形式，存在反射的问题，如图示2中的光路4，光路5所示，在红外定位框边角的红外发射管发射的红外光会沿红外定位框边缘形成的反射面发射，造成书写物体在某些区域内无法正常书写；红外线触摸装置作为一种触摸技术，要求能提供各种尺寸，采用传统的设计结构，无法满足灵活设计各种尺寸的要求。

因此，需要提供一种结构简单、高分辨率、高抗干扰、刷新速度快、适用于大屏幕定位的红外触摸装置。

【发明内容】

本实用新型的目的是提供一种抗干扰性强、处理速度快、适用于大屏幕定位的红外触摸装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

提供一种相邻红外模块采用不同频率红外管的红外触摸装置，其包括在纵、横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均由从微处理器控制，该红外定位触摸装置还包含一主微处理器，该主微处理器可以与其中一个从微处理器共用一个微处理器。两个或两个以上的发射模块可共用一个从微处理器，两个或两个以上的接收模块也可共用一个从微处理器。发射模块的从微处理器通过同步信号线与主微处理器相连，接收模块的从微处理器通过总线和同步信号线与主微处理器相连，该主微处理器输出一个基准同步信号给所有发射模块的从微处理器和所有接收模块的从微处理器，并从总线上获取各个接收模块检测到的遮挡信息，进行触摸位置计算，并把计算结果发送给计算机。各接收模块的从微处理器通过总线接口把检测到的触摸信息或其它调试信息采用分时的工作时序方式传递给主微处理器。

其中相对应的发射、接收模块对采用频率相同的红外发射、接收管，相邻的发射模块、接收模块对采用频率不同的红外发射、接收管，这样相对应接收模块的红外接收管接收到的相对应发射模块相同频率的红外发射管发射的红外光很强，而接收到相邻模块不同频率红外发射管发射的红外光很弱，采用所述的技术方案避免了相邻模块相应的红外管间的互相干扰，即不会同时检测到多个遮挡信息，大大提高了该红外触摸装置的抗干扰性。

所述红外触摸装置的至少一条发射边的至少一端和/或至少一条接收边的至少一端的红外管偏置一定角度。为防止红外光在四个边缘的滤光片上形成反射，最好是红外线定位触摸装置四个角上的多个红外管偏置一定角度，最佳方案是根据不同尺寸的触摸装置每个角上3-10个红外管向屏幕中心偏置一定角度。

在红外触摸装置的捕捉平面四个边缘的边框上安装有防止灰尘的透光片。

采用上述红外定位装置的定位方法工作原理如下所述：

该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。发射模块和接收模块响应所述主微处理器提供的同步信号逐个扫描第1到第N个发射管和接收管，每对发射、接收电路模块上的同编号的红外管同步工作，并且在同一时刻每对发射、接收模块只有一对红外对管在工作，红外接收管接收到的红外发射管发射的光强感应信号经过微处理器控制的扫描电路，检波电路检波，以放大管为核心的，负压产生器、电阻、电容、等分立元件配合对红外管接收的信号进行放大，经过ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)，把红外管的光强信号变成数字信号；主微处理器把检测到的遮挡信息进行计算处理形成坐标信息通过USB接口或RS-232串行接口发送给电脑。一个或多个发射或接收模块均由一个从微处理器控制，所有控制发射和接收的从微处理器在一个主微处理器的协调下工作，各接收模块的从微处理器通过I2C接口或SPI接口与主微处理器相连，各接收模块和发射模块的从微处理器的某个具有中断功能的端口与主微处理器的具备PWM输出功能的端口相连，实现整个红外线定位触摸装置的同步工作。

本实用新型红外触摸装置还可以采用模块化的生产工艺，每个发射模块或接收模块采用模块化设计即各个模块可由单独的微处理器控制。通过改变发射模块、接收模块对的数量或发射模块、接收模块上红外管的数量可以灵活开发出不同尺寸要求的红外线定位触摸装置。

与现有技术相比，本实用新型有如下有益效果：

本实用新型多个模块可以共用一个微处理器，减少了成本，提高了该红外定位触摸装置的性价比。本实用新型采用防止灰尘和抗外界光干扰的透光片，不仅提高了红外触摸装置的抗干扰性，还简化了生产工艺，无论是在工艺上还是成本上都有较明显的效果，同一个系统中还可以采用两种或两种以上不同频率的红外发射、接收管来提高红外定位触摸装置的抗干扰性。本实用新型采取了特别的红外管排列方式，以不同频率红外管的红外模块错开排列，有效的避开了因红外发射管发射角度所造成的干扰，在大尺寸触摸屏上完成轨迹捕捉的效果显著。

【附图说明】

图1是现有装有导光孔的红外定位触摸装置的导光孔结构示意图；

图2是现有的红外定位触摸装置的结构及光路示意图；

图3是本实用新型相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置的X方向上发射模块和接收模块红外管子的扫描工作时序图；

图4是本实用新型相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置不同频率的发射管和接收管的排列方式示意图；

图5是本实用新型的主从微处理器分布示意图；

图6是本实用新型相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置的I2C总线分时发送检测到的遮挡信息的工作时序图；

图7是本实用新型的主模块与发射、接收模块接口示意图；

图8是本实用新型的发射模块原理示意图；

图9是本实用新型的接收模块原理示意图；

图10是本实用新型的主模块原理示意图；

图11是本实用新型多个模块共用一个MCU的主从微处理器分布示意图。

【具体实施方式】

实施例1

请参照图4，本实用新型相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置在X、Y坐标方向上排列着多组拼接的红外发射模块和接收模块，X轴方向和Y轴方向的相对应的发射模块、接收模块要求严格对齐。其中相对应的发射模块、接收模块采用同频率的红外发射、接收管，而相邻的相对应发射模块、接收模块采用不同频率的红外发射、接收管，如图4所示为本实用新型红外触摸装置不同频率的发射管和接收管的排列方式示意图。X轴方向上安装三对发射、接收模块对：X_SND1、X_RCV1采用频率1(850nm)；X_SND2、X_RCV2采用频率2(940nm)；X_SND3、X_RCV3采用频率1(850nm)。Y轴方向上安装三对发射、接收模块对：Y_SND1、Y_RCV1采用频率2(940nm)；Y_SND2、Y_RCV2采用频率1(850nm)；Y_SND3、Y_RCV3采用频率2(940nm)。这样相邻红外模块相对应的对管发射、接收的频率设计成不一致，以m号管为例，即X_SND2和X_RCV2的m号管工作时，X_SND1、X_SND3和X_RCV1、X_RCV3的m号管工作在不同频率状态，即使X_SND2的m号发射管会照射到相邻模块相对应的红外接收管，由于同时刻，相邻模块的m号管接收到X_SND2的m号不同频率红外发射管发射的红外光很弱，当遮挡物在如图2所示遮挡物2位置时，只有X_RCV2的m号管接收到的相对应发射模块相同频率的红外发射管发射的红外光很强，所以在X方向上只检测到一个遮挡信息，同理Y方向在同一时刻也只检测到一个遮挡信息，红外触摸装置就能准确检测遮挡物的具体位置信息。

本实施例中为避免红外光反射干扰，将红外触摸装置中四个角上的3-5个红外管向屏幕中心做了偏置处理，在该红外触摸装置中各发射模块和接收模块均由从微处理器控制，该红外触摸装置还包括有一个主微处理器，在本实施例中，主微处理器与其中一个从微处理器共用一个微处理器并集成在一个主模块上，即图4中的主微处理器+X_RCV1，主微处理器和从微处理器分布如图5所示。

如图8、9、10所示的该发射模块、接收模块和主模块的工作原理，该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。该主微处理器具有PWM输出功能的端口与红外发射模块、接收模块上的从微处理器具有中断功能的端口相连实现整个红外线扫描定位触摸装置的同步。在同步信号的同步下，X方向上发射模块、接收模块按图3所示时序逐个扫描第1到第N个发射、接收管，实现每组发射模块和接收模块的的红外发射接收对管同步工作，同理Y方向上采用相同的扫描时序和工作方式。除了同步信号外，接收模块的从微处理器与主微处理器还需要I2C接口。通过I2C通信接口，各个接收模块把检测到的触摸信息分时传递给主微处理器，提高了不同尺寸特别是大尺寸红外线触摸屏的扫描速度和可靠性。

本实用新型设计出一个特别的红外管排列方式，可有效避开因为红外发射管发射角度造成的干扰。如图3所示的时序同时开始逐个扫描X方向上相对应的发射、接收模块的各个红外对管，同一时刻在一对发射模块、接收模块上仅有一对红外管处于工作状态，但是不同发射、接收模块对上的相对应的对管的频率设计成不一致，以图4中m号管为例，即发射模块X_SND2和接收模块X_RCV2的m号红外对管以频率2工作时，发射模块X_SND1、X_SND3和接收模块X_RCV1、X_RCV3的m号红外对管处于频率1的工作状态，这样，即使X_SND2的m号发射管会照射到相邻的其他接收模块相对应的m号红外接收管，但由于同时刻，相邻接收模块的m号管处于不同频率的工作状态，当遮挡物在遮挡物2位置时，只有X_RCV2检测到遮挡信息，所以在X方向上只检测到一个遮挡信息，同理Y方向上采用相同的扫描时序和工作方式在同一时刻也只检测到一个遮挡信息，红外触摸装置就能准确检测遮挡物的具体位置信息。

如图7所示该红外定位装置的各模块间连接关系如下：

1、各发射模块之间通过电源线、地线、发射红外管电源线、同步信号线相连。

2、各接收模块之间通过电源线、地线、同步信号线、I2C总线时钟线、I2C总线数据线相连。

3、主模块与发射模块间的接口：

采用+5V、GND给发射模块的MCU、逻辑IC等提供电源；

采用LED_VCC给发射管的阳极提供电源，独立电源供电，避免与+5V电源间的干扰；

主模块提供给发射模块同步时钟SYNC，各接收、发射模块配合完成定位工作。

4、主模块与接收模块间的接口：

采用+5V、GND给整个接收模块供电；

主模块提供给接收模块同步时钟SYNC，各接收、发射模块配合完成定位工作；

主模块与接收模块通信以I2C总线的数据线、时钟线(SDA，SCL)互连，主模块的命令通过I2C总线下发给接收模块，接收模块通过I2C总线上传触摸坐标信息或其他调试信息。

本实用新型的I2C总线完成主模块与各接收模块之间的通信，主模块的命令通过I2C总线下发给各接收模块，接收模块通过I2C总线上传触摸信息或其他调试信息。

本实用新型为提高大尺寸红外线定位触摸屏的刷新速度，I2C通信采用了特别的工作时序方式避免总线冲突，大大提高了红外线定位触摸装置处理遮挡信息数据的速度，在大尺寸触摸屏上完成轨迹捕捉的效果显著。如图6所示，在正常工作下，每个接收模块对同步脉冲计数，当计到的脉冲数为本接收模块编号的16倍时，如果有检测到遮挡信息，在该时刻开始启动发送检测到的遮挡信息给主微处理器；这样就避免了一般方法中所有红外管扫描结束后同时发送遮挡信息造成的总线冲突，提高了刷新速度。

实施例2

对于所述的发送模块和接收模块均由从微处理器控制，为降低成本本实用新型可以实现至少两个或两个以上的发射模块共用一个从微处理器、至少两个或两个以上的接收模块共用一个从微处理器。本实施例中采用X_SEND1和X_SEND2两个发射模块共用一个从微处理器，Y_SND1、Y_SEND2和Y_SEND3三个发射模块共用一个从微处理器，Y_RCV2、Y_RCV3两个接收模块共用一个微处理器，主微处理器与其中一个从微处理器共用一个微处理器并集成在一个主模块上，即主微处理器+X_RCV1，如图11所示为主微处理器和从微处理器分布示意图。在X、Y坐标方向上排列着拼接的红外发射模块和接收模块，X轴方向和Y轴方向的相对应的发射模块、接收模块要求严格对齐。红外管排列结构、各模块原理图和各模块间连接关系与实施例1相同，其中X轴方向上相对应的发射模块X_SEND1、接收模块X_RCV1采用频率1(850nm)的红外发射、接收管，相对应的发射模块X_SEND2、接收模块X_RCV2采用频率2(940nm)的红外发射、接收管，X_SND3、X_RCV3采用频率1(850nm)；而Y轴方向上相对应的发射模块Y_SEND1、接收模块Y_RCV1采用频率2(940nm)的红外发射、接收管，相对应得发射模块Y_SEND2、接收模块Y_RCV2采用频率1(850nm)的红外发射、接收管，Y_SND3、Y_RCV3采用频率2(940nm)。以X方向上的发射、接收模块对为例，当X_SND2的m号发射管工作在发射状态，只有相对应接收模块X_RCV2的m号管接收到相同频率的红外发射管发射的红外光很强，虽然X_SND2的m号发射管发射的红外光会照射到相邻模块X_RCV1、X_RCV3相对应的m号红外接收管，但由于同时刻，相邻模块X_RCV1、X_RCV3的m号管接收到X_SND2的m号不同频率红外发射管发射的红外光很弱，所以减少了由于红外管发射角度造成的红外管间的相互干扰。本实施例中为避免红外光反射干扰，将红外触摸装置中四个角上的3-5个红外管向屏幕中心做了偏置处理。在同步信号的同步下，发射模块、接收模块按图3所示，逐个扫描X方向上的各个模块第1到第N个发射、接收管，实现每组发射模块和接收模块的的红外发射接收对管同步工作，同理Y方向上也采用相同的扫描时序和工作方式。I2C总线完成主模块与各接收模块之间的通信，主模块的命令通过I2C总线下发给各接收模块，接收模块通过I2C总线上传触摸信息或其他调试信息。

对于其他的实施例可以改变X和Y方向上的发射模块、接收模块的结构和排列方式。同一个系统中可以采用两种或两种以上不同频率的红外发射、接收管来提高红外定位触摸装置的抗干扰性。例如可以在同一个发射、接收模块上采用两种不同频率的发射、接收管，这样不仅提高了装置的抗干扰性并且同时扫描一个模块上的两个不同频率的管子使得装置的刷新率提高一倍。还可以根据红外线触摸屏的大小尺寸要求增加或减少发射模块、接收模块上红外管的数目或改变X和Y方向上的发射模块、接收模块的数目。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，本领域中的技术人员任何基于本实用新型技术方案上非实质性变更均包括在本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1、一种相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其包括在纵、横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，其特征在于，各发射模块之间通过同步信号线相连，各接收模块之间通过同步信号线和总线相连，所述各接收模块和发射模块均连接有从微处理器，该发射模块的从微处理器通过同步信号线与主微处理器相连，该接收模块的从微处理器通过总线和同步信号线与主微处理器相连，其中相对应的发射、接收模块对采用频率相同的红外发射、接收管，相邻的发射模块、接收模块对采用频率不同的红外发射、接收管。

2、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，该红外触摸装置的至少一条发射边的至少一端和/或至少一条接收边的至少一端的红外管偏置一定角度。

3、如权利要求2所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行阵列扫描与微处理器连接，红外发射管的列阵列扫描和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列阵列扫描和高频调制器的输出调制信号相连，该高频调制器与发射管列阵列扫描同频率。

4、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，在红外触摸装置的捕捉平面四个边缘的边框上安装有透光片。

5、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，该主微处理器与其中一个从微处理器共用一个微处理器。

6、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，两个或两个以上的发射模块共用一个从微处理器。

7、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的新型红外触摸装置，其特征在于，两个或两个以上的接收模块共用一个从微处理器。

8、如权利要求1所述的相邻红外模块不同频率红外管的红外触摸装置，其特征在于，同一组发射、接收模块对中采用两种或两种以上不同频率的红外发射、接收管，其中相对应的红外发射、接收对管采用相同的频率，相邻的红外发射、接收对管采用不同的频率。

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