一种真六点红外触控设备及其电路

摘要

本发明公开了一种真六点红外触控设备及其电路，电路板上安装使用多控制器，提高了触控系统的工作效率。此外，多个控制器、红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管分别位于不同的基板上，不同基板间通过连接器连接。这种电路板便于组装，适用于任何尺寸的红外触摸屏，相对应的触控设备跟红外屏的尺寸相互匹配，容易制造、便于维护。这种红外触控设备便于组装、维修费用低，各种不同的尺寸灵活定义。对于所有尺寸的触控设备更灵活配置，而且红外真六点多点技术应用使触摸设备得到更广泛的应用。

权利要求

1.一种真六点红外触控设备，其特征在于，包括：

第一控制单元；

第二控制单元；

红外发射管及红外发射电路，红外发射电路为配合红外信号发射的辅助电路；

红外接收管及红外接收电路，红外接收电路为配合红外信号接收的辅助电路；

其中，第二控制单元控制红外线发射管进行发射，控制红外线接收管接收红外信号；

红外线接收管接收到的红外信号经放大器放大后经A/D转换成数字信号；

第一控制单元与第二控制单元电性连接；

第一控制单元分析所述数字信号，确定触控的坐标位置；所述第一控制单元可以采用ISP、 FLASH启动模式、SRAM模式来启动；A/D转换电路内置于第一控制单元内，或为独立于第一控制单元外由第一控制单元控制；第一控制单元与计算机设备或直接与显示设备连接，显示坐标位置；第一控制单元、第二控制单元、红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管分别位于不同的基板上，不同基板间通过连接器连接，所述第一控制单元、第二控制单元、通过USB接口与计算机设备或直接与显示设备连接，红外屏由安装有第一控制单元的基板构成，所述的红外屏根据不同的尺寸选用不同数量的基板连接，基板与基板之间用数据排线连接；所述红外屏是基于标准的协议开发，在不同操作系统都是免安装驱动的设备；所述红外屏是基于红外六点触控点的技术来定位，多点数据处理、多点容错；

所述红外屏具有容错功能，当发射基板前方有障碍物遮挡的时，红外屏其他区域还是能正常工作，不受到有障碍物基板影响，障碍物清除后，红外屏重新扫描定位，整个红外屏恢复正常工作。

2.一种真六点红外触控电路，其特征在于，包括：

第一控制单元；

第二控制单元；

红外发射管及红外发射电路，红外发射电路为配合红外信号发射的辅助电路；

红外接收管及红外接收电路，红外接收电路为配合红外信号接收的辅助电路；

其中，第二控制单元控制红外线发射管进行发射，控制红外线接收管接收红外信号；

红外线接收管接收到的红外信号经放大器放大后经A/D转换成数字信号；

第一控制单元与第二控制单元电性连接；

第一控制单元分析所述数字信号，确定触控的坐标位置；所述第一控制单元可以采用ISP、 FLASH启动模式、SRAM模式来启动；A/D转换电路内置于第一控制单元内，或为独立于第一控制单元外由第一控制单元控制；第一控制单元与计算机设备或直接与显示设备连接，显示坐标位置；第一控制单元、第二控制单元、通过USB接口与计算机设备或直接与显示设备连接；第一控制单元、第二控制单元、红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管分别位于不同的基板上，不同基板间通过连接器连接；红外屏由安装有第一控制单元的基板构成，所述的红外屏根据不同的尺寸选用不同数量的基板连接，基板与基板之间用数据排线连接；所述红外屏是基于标准的协议开发，在不同操作系统都是免安装驱动的设备；所述红外屏是基于红外六点触控点的技术来定位，多点数据处理、多点容错；所述红外屏具有容错功能，当发射基板前方有障碍物遮挡的时，红外屏其他区域还是能正常工作，不受到有障碍物基板影响，障碍物清除后，红外屏重新扫描定位，整个红外屏恢复正常工作。

说明书

一种真六点红外触控设备及其电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种真六点红外触控设备，具体涉及一种红外多点触控设备及其电路。

背景技术

[0002] 传统的基于触摸屏的多点触摸技术根据触摸屏的原理大致可以分为2种:电容屏技术和电阻屏技术。两者都是将触摸屏控制器和相应的传感器组合起来实现触点识别的技术。电阻式触摸屏俗称“软屏”由2层具有相同表而电阻的透明阻性材料组成.当触摸屏表而受到压力足够人的时候就能使内部2层导电层导通从而分析出触点的坐标。这种触摸屏技术能在较恶劣的环境下工作，但却只能用于单点触控并且灵敏度不高。而电容式触摸屏俗称“硬屏”。是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当人的手指触摸到触摸屏上的时候。就与内部工作面形成耦合电容来吸走交流电流.从而使触电的电容发生变化。使得相应的振荡器的频率也发生变化。最后通过测量频率的变化来确定触摸位置。这种方法敏感度高，响应较快并且能支持多点的触控。但因为电容屏只能感应生物电.所以必须手指触碰，戴手套或用笔就无法正确识别。

[0003] 在研究和实践过程中，本发明的发明人发现红外触摸屏更适用于大尺寸的多点触摸，并在此基础上提出了一种红外触摸设备和红外触摸设备的电路。

发明内容

[0004] 本发明提供一种真六点红外触控设备，相对应的触控设备跟红外屏的尺寸相互匹配，容易制造、便于维护。

[0005] 一种真六点红外触控设备，其特征在于，包括：

[0006] 第一控制单元；

[0007] 第二控制单元；

[0008] 红外发射管及红外发射电路，红外发射电路为配合红外信号发射的辅助电路；

[0009] 红外接收管及红外接收电路，红外接收电路为配合红外信号接收的辅助电路；

[0010] 其中，第二控制单元控制红外线发射管进行发射，控制红外线接收管接收红外信号；

[0011] 红外线接收管接收到的红外信号经放大器放大后经A/D转换成数字信号；

[0012] 第一控制单元与第二控制单元电性连接；

[0013] 第一控制单元分析所述数字信号，确定触控的坐标位置。

[0014] 以及，一种真六点红外触控电路，其特征在于，包括：

[0015] 第一控制单元；

[0016] 第二控制单元；

[0017] 红外发射管及红外发射电路，红外发射电路为配合红外信号发射的辅助电路；

[0018] 红外接收管及红外接收电路，红外接收电路为配合红外信号接收的辅助电路；

[0019] 其中，第二控制单元控制红外线发射管进行发射，控制红外线接收管接收红外信号；

[0020] 红外线接收管接收到的红外信号经放大器放大后经A/D转换成数字信号；

[0021] 第一控制单元与第二控制单元电性连接；

[0022] 第一控制单元分析所述数字信号，确定触控的坐标位置。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0024] 图1是本发明所述红外触控设备结构图；

[0025] 图2是本发明所述第一控制单元引脚图；

[0026] 图3是本发明所述第二控制单元引脚图；

[0027] 图4是本发明所述红外发射电路电路图；

[0028] 图5是本发明所述红外接收电路电路图；

[0029] 图6是本发明所述红外信号放大电路图。

[0030] 具体实施方式

[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0032] 本发明实施例提供一种真六点红外触控设备，能够简单便捷地实现多点红外触控，以下分别进行详细说明。

[0033] 红外触摸屏的工作原理是在触摸屏的四周布满红外接收管和红外发射管，这些红外管在触摸屏表面呈一一对应的排列关系，形成一张由红外线布成的光网，当有物体（手指、带手套或任何触摸物体）进入红外光网阻挡住某处的红外线发射接收时，此点横竖两个方向的接收管收到的红外线的强弱就会发生变化，设备通过了解红外线的接收情况的变化就能知道何处进行了触摸。由于红外触摸屏本身的工作原理，使用时可以做到无压力（指触摸体对触摸屏本身施加的压力）触摸工作，因此触摸屏可以做到无玻璃工作。 红外触摸屏通过硬件设计和软件编程，可以对各点数据进行插值计算，可以达到较高的分辨率。在红外触摸屏工作时的同一瞬间，只有一对红外对管 （指物理位置相对应的一只发射管和一只接收管）在进行数据工作，电路通过对红外对管高频率的数据采集来达到迅速反应的效果，因此触摸屏的反应速度非常快。

[0034] 多点触控，也称多点触摸，英译为MultiTouch或Multi-Touch，是采用人机交互技术与硬件设备结合共同实现的技术，是一项由多人多点同时通过触控屏幕与计算机之间实现图像应用控制的输入技术。能在没有传统输入设备(如鼠标、键盘等)的情况下，进行人与计算机之间交互操作。

[0035] 如图1，本申请采用双控制单元，包括：第一控制单元，第二控制单元，红外发射管及红外发射电路，红外发射电路为配合红外信号发射的辅助电路；红外接收管及红外接收电路，红外接收电路为配合红外信号接收的辅助电路；其中，第二控制单元控制红外线发射管进行发射，控制红外线接收管接收红外信号；红外线接收管接收到的红外信号经放大器放大后经A/D转换成数字信号；第一控制单元与第二控制单元电性连接；第一控制单元分析所述数字信号，确定触控的坐标位置。第一控制单元控制A/D转换器对红外接收管接收到的信号进行A/D转换。采用这种双控制单元的模式可以提高红外触控屏的工作效率，提高系统对多点识别的反应速度，实现真多点识别。

[0036] 所述红外发射电路包括移位锁存器和多路分配器；所述红外接收单元包括移位锁存器，多路选择器，放大器。

[0037] 本发明公开的红外触摸设备的电路板上安装有上述提到到所有元器件，以及本领域技术人员能够想象到的必要的线路连接。第一控制单元、第二控制单元、红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管分别位于不同的基板上，不同基板间通过连接器连接。红外屏由安装有第一控制单元的基板构成。根据红外屏不同的尺寸选用不同数量的其它基板连接。当红外屏的尺寸增加时，可以相应地增加红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管基板的数量；基板与基板之间用数据排线连接。

[0038] 并且，可以增加第二控制单元基板的数量，以控制上述红外发射电路、红外接收电路、红外接收管、红外发射管。

[0039] 如图2、3，本实施例中，第一控制单元是STM32F103，ARM公司为了迎合市场的需求。于2008年，专门设计了高性能、低版本、低功耗的ARM-Cortex-M3内核。在推广这个内核架构时STM32系列脱颖而出，并迅速的成为该市场的领导者。其中，STM32F103“增强型”系列:其主要的工作时钟频率在72MHz，是32位的产品，于基本型相比，工作频率更快，而且与原来的ARM7相比，除个别型号，在工作时钟上稍有逊色外，该系列远远的超过ARM7系列中大部分型号；而且丰富的外设接口，比ARM7要多的多，而且可以根据实际工程的应用，有32K到128K内存不同种选择，所以该系列的被称为性价比最高的系列，是STM32系列中入门级首选学习的芯片类型。第二控制单元是STM8F103，8位单片机。

[0040] 其中，STM32F103可以采用如下方式启动：

[0041] 1.ISP模式。这种模式就是STM32复位后就执行固化在内部的BOOT LOADER程序(固化的，我们无法读写)，然后等待串口数据，从而实现串口bootloader功能。这种模式不会从用户存储区启动(除非用串口控制其从0X08000000启动)，所以在更新了代码之后，需要设置为其他模式((FLASH模式).要求BOOTl= 0,BOOTO=1;

[0042] 2. FLASH启动模式。这种模式直接从0X08000000启动，也就是我们自己编写的代码的启动方式了。止常情况都应该用这种，要求BOOTl= X, BOOTO=0;

[0043] 3.SRAM启动模式。是从0X20000000启动的，也就是说在SRAM模式开始之前，确保SRAM里而己经有代码了，否则就是死机.要求BOOTl= 1, BOOTO=l;

[0044] 如图4，对于红外光发射电路，由于红外触摸屏上的红外二极管同时发光，会相互干扰，所以红外发射电路主要实现功能就是让红外二极管依次发光，在此基础上考虑红外二极管发光的电流，电压等资料参数，选取相应的芯片来实现。按照要求，可以选取芯片74HC164,74HC138和三极管一起来实现其功能。让三极管工作在放大区，将红外发光管组接到对应的三极管的e极，在基极输入一个高电平，由于基极和发射极的压降小，所以在发射极也会得到相应的高电平。在这种情况下只要改变发光管的负极就可以实现红外发光管的点亮。

[0045] 如图5，红外接收管是将红外线信号转变成电信号的半导体器件，其主要的核心是一个特殊的PN 结，这个PN 能将接收到的光电子转化为电子，其主要的理论基础是半导体物理中的光电效应。当然在没有光电子/光照的条件下，也存在着一部分的很微弱的暗电流；当有光照的时候，由于在光电效应的激发下，此时的电流有了显著的改变，这时候的电流是光电流。红外接收管一般是对于红外发射管是形成一对的，这样的好处是工作的光频率点，比较接近，能达到最大的接收效果。对于红外接收电路而言，要求它和红外发射电路必须同步下作即要求时序完全一致、对于该部分电路其实现方式和发射电路实现机理几乎相同。但是，这一部分的主要目的是得到将光信写转换的模拟的电信号。由于光电二极管是将光信号转换为电流信号，由于电流信号的处理很不方便，在此电路中，通过一个电阻，将光信号转换为电压信号，从而使得其便于处理。由于在此处，也是将接收管分组实现接收的，所以在实现接收时，也必须要实现具体选择某个接收管的功能；除此之外，所选择的芯片还要具备将检测到的模拟信号传送给下级处理的能力。本申请采用74HC4066、74HC138和三极管来实现红外接收的功能。

[0046] 如图6，对于接受到的红外线信号是模拟信号，首先进行放大处理，然后进行A/D转换转成数字信号。设计信号的放大电路主要是由于从红外接收电路中信号太微弱，信号的幅度一般是在50mV左右，但是ADC的采样分辨率和工作电压相对于这个幅度的电压来说是大很多的，而且由于在红外接收管中有暗电流的存在，致使信号在接收的时候，有零值附近有相当多的噪声存在，就加重了有用信号的提取的难度。本申请采用TS272作为运算放大器，对小信号进行放大。

[0047] 上述芯片的选择都不是唯一的，本领域技术人员应该知道，所有能实现对应芯片功能的其它芯片，都能够用来替换上述实施例中示出的芯片。

[0048] STM32F103自带2路12位ADC，接收放大后的信号，并根据信号判断触控坐标。本申请的控制单元不限于STM32F103，当使用其它控制芯片时，可以通过采用专门的ADC芯片实现ADC功能。

[0049] 或者，当自带2路12位ADC无法满足需求时，也可以通过扩展ADC的方式增加ADC输入。如可以通过增加ADC芯片，并将转化后的数字信号输入到STM32F103的I/O端口。

[0050] STM32F103还自带USB功能，可以通过该端口与计算机设备进行通信，在显示屏上显示坐标位置。本申请的控制单元不限于STM32F103，当使用其它控制芯片时，可以通过扩展USB端口的方法实现USB功能。也可以通过其它端口，如I/O端口，I2C端口转换的方式输出坐标位置。

[0051] 基于上述电路结构，本申请能够实现真六点定位，并且由于采用双控制器，能够快速的对红外信号进行处理，提高系统的工作效率。

[0052] 本申请进一步提出了一种非均匀红外线分布方法，红外线在红外屏的中间部分密集分布，周围相对中间部分相对宽松，这种方法虽然增加了算法的复杂度。但由于中间部分是使用更频繁的区域，提高中间部分的红外线分布能提高整个红外屏的性能。

[0053] 本申请所述电路是基于标准的协议开发，在不同操作系统都是免安装驱动的设备。TUIO协议是一个开源的框架以及协议，它为多点触控定义了一个通用的协议和API,通过该协议，不但可以描述多点触控屏发生的触控事件，还可以允许描述接触触控屏表面的物体的信息。系统的底层物体识别以及跟踪程序将捕捉到的触控信息按照TUI01办议编码，发送给任意需要该触控信息的客户端。现在，越来越多的人机交互应用程序都遵循TUI01办议。基于TUIO 协议的应用程序分为两种，一种是服务端程序(Trakcer Application。另一种是客户端应用程序(TUIO Client) Trakcer Application是一种底层可以识别多点触控屏的触点信息，并能跟踪这些触点。TUIO Client是一类表现层的程序，它通过TCP从端口获取TUIO格式的数据，解析成多点触控的消息，以人机互动的形式表现出来。

[0054] 此外，所述红外屏是基于红外六点触控点的技术来定位，多点数据处理、多点容错技术。红外屏具有容错功能，当发射基板前方有障碍物遮挡的时。红外屏其他区域还是能正常工作，不受到有障碍物基板影响。障碍物清除后，红外屏重新扫描定位，整个红外屏恢复正常工作。

[0055] 需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

[0056] 以上对本发明实施例所提供的一种红外多点触控设备及其电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。