專利名稱：一種雙頻并行掃描的紅外觸摸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外觸摸裝置，屬于計(jì)算機(jī)人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于紅外
觸摸裝置的觸摸點(diǎn)檢測(cè)掃描技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的紅外觸摸裝置(即一般意義的紅外觸摸屏)，其主要結(jié)構(gòu)和原理是在邊框
上安裝若干對(duì)紅外發(fā)射和接收對(duì)管，然后利用觸摸裝置內(nèi)部的微控制器系統(tǒng)通過(guò)1/0端
口，控制用于驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)模塊和用于選通紅外接收管的選通模塊，按照一定的
順序一次驅(qū)動(dòng)和選通每一對(duì)紅外發(fā)射接收對(duì)管，完成對(duì)觸摸表面縱橫方向的掃描。再通過(guò)
檢測(cè)哪一對(duì)發(fā)射和接收管之間的光線被阻擋，從被阻擋的對(duì)管所在的位置判斷出觸摸物在
顯示表面的位置。為提高紅外觸摸裝置的抗干擾性，部分設(shè)計(jì)中還使用了載波來(lái)調(diào)制紅外
發(fā)射管的發(fā)射信號(hào)，同時(shí)在接收端使用通頻帶與調(diào)制載波相匹配的濾波電路。 這種結(jié)構(gòu)用于尺寸較小的紅外觸摸裝置很適合，但是用于尺寸稍大的觸摸裝置
時(shí)，就會(huì)因?yàn)榧t外發(fā)射和接收對(duì)管的數(shù)量多、掃描檢測(cè)的周期長(zhǎng)而導(dǎo)致觸摸裝置對(duì)于操作
的延遲過(guò)大等問(wèn)題，影響正常使用。尤其當(dāng)使用調(diào)制載波時(shí)，濾波電路的時(shí)域響應(yīng)特性更限
制了掃描周期的縮短。針對(duì)上述問(wèn)題，號(hào)碼為200610037391. X和200610140874. 2的中國(guó)專
利申請(qǐng)給出了兩類不同的解決方案。專利申請(qǐng)200610037391. X給出的是一種采用多個(gè)主
從微控制器的技術(shù)方案，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)快速掃描和抗干擾等功能，但是多處理器的缺點(diǎn)在
于大大增加了整個(gè)系統(tǒng)中軟硬件的復(fù)雜程度，增加了紅外觸摸裝置的設(shè)計(jì)和制造成本。專
利申請(qǐng)200610140874. 2所公開(kāi)的技術(shù)方案，采用了一種觸摸物跟蹤的方法來(lái)縮短檢測(cè)觸
摸物所需要的時(shí)間，只涉及微控制器系統(tǒng)內(nèi)部控制軟件的改變，因此幾乎不增加系統(tǒng)硬件
的復(fù)雜程度和成本，但是由于跟蹤范圍采用了特定算法的，所以當(dāng)觸摸物運(yùn)動(dòng)速度較快，或
者突然快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，常會(huì)有跟蹤不到觸摸物而需要重新全區(qū)域掃描的情況，導(dǎo)致操作過(guò)程
中出現(xiàn)停頓和遲滯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種能夠提高紅外觸摸裝置全區(qū) 域掃描速度的雙頻并行掃描技術(shù)方案。方案的具體內(nèi)容如下 —種雙路并行掃描紅外觸摸屏，包含有若干對(duì)一一對(duì)應(yīng)地安裝在紅外觸摸屏的邊 框之內(nèi)紅外發(fā)射和接收對(duì)管，用于驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)模塊和用于同步選通與發(fā)射模塊 所驅(qū)動(dòng)的發(fā)射管相對(duì)應(yīng)的紅外接收管的選通模塊以及光電信號(hào)處理電路，通過(guò)1/0端口與 上述模塊的控制輸入端和光電信號(hào)處理電路的輸出端相連接的微控制器系統(tǒng)，與所述驅(qū)動(dòng) 模塊的載波輸入端相連接的載波發(fā)生器和與接收模塊光電信號(hào)輸出端相連接的濾波放大 電路。在本發(fā)明中，紅外發(fā)射接收對(duì)管及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和選通模塊有兩組，每組中包含有 一個(gè)紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)紅外接收管的選通模塊；兩組模塊通過(guò)與微控制器系統(tǒng) 1/0端口相連接的控制輸入端，被微控制器系統(tǒng)同步控制工作；在微控制器系統(tǒng)內(nèi)還包含
3有兩個(gè)頻率不同的載波發(fā)生器，其輸出端分別與兩組模塊中的發(fā)射模塊的載波輸入端相連 接；所述的濾波放大電路也有兩個(gè)，分別與所述兩組模塊中的選通模塊的光電信號(hào)的輸出 端相連接；其中的每個(gè)濾波電路的通頻帶，都分別與所在組中發(fā)射模塊所連接的載波發(fā)生 器的輸出頻率相對(duì)應(yīng)。 在本發(fā)明中，為了得到最短的掃描時(shí)間，可以將兩組模塊中所包含的紅外發(fā)射和 接收對(duì)管的數(shù)量設(shè)置為相同；控制發(fā)射和接收對(duì)管同步工作的最簡(jiǎn)單方式，是設(shè)置發(fā)射和 接收模塊的每對(duì)管子都具有相同的地址譯碼器，并且將這兩個(gè)地址譯碼器的控制輸入端的 同名端并聯(lián)后，與所述微控制器系統(tǒng)的1/0端口相連接。 本發(fā)明的發(fā)射和接收對(duì)管得安裝方式也有多種?？梢詾榈谝唤M最后一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或 選通的紅外發(fā)射對(duì)管，與第二組第一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射接收對(duì)管相鄰安裝；也可 以第一組第一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射對(duì)管，與第二組第一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射 接收對(duì)管相鄰安裝。兩種方式中每一組中的紅外發(fā)射和接收對(duì)管，都按照被驅(qū)動(dòng)和選通的 順序安裝?；蛘?，兩組模塊中所包含的紅外發(fā)射和接收對(duì)管，沿著觸摸屏邊框伸展方向交替 排列安裝在邊框之內(nèi)。 發(fā)明的益處通過(guò)上面對(duì)發(fā)明內(nèi)容的描述，可知本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案因?yàn)閷?紅外發(fā)射管和接收管分為了兩組，使用不同頻率的載波調(diào)制同時(shí)掃描整個(gè)被檢測(cè)區(qū)域而不 會(huì)產(chǎn)生互相干擾的現(xiàn)象，因此能夠提高掃描速度最高到一倍，所以非常適合應(yīng)用于尺寸較 大的紅外觸摸裝置。同時(shí)本發(fā)明的技術(shù)方案還具有軟硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、調(diào)試容易 等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1 :本發(fā)明紅外觸摸裝置的總體電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2 :本發(fā)明中的一組發(fā)射管與矩陣結(jié)構(gòu)的發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊之間的連接示意圖；
圖3 :本發(fā)明中的一組接收管與選通模塊之間的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1中，101是被掃描檢測(cè)的區(qū)域，102第一組紅外發(fā)射管，103是驅(qū)動(dòng)第一組紅外 發(fā)射管的發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊，104U09是與第一組紅外發(fā)射管對(duì)應(yīng)的第一組紅外接收管及由接 收管構(gòu)成的光電檢測(cè)電路，105是用于選通第一組紅外接收管的接收選通模塊，106是第一 個(gè)紅外光電信號(hào)放大處理電路，107是第二組紅外發(fā)射管，108是驅(qū)動(dòng)第二組紅外發(fā)射管的 發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊，110是與第二組紅外發(fā)射管對(duì)應(yīng)的第二組紅外接收管由接收管構(gòu)成的光電 檢測(cè)電路，111是用于選通第二組紅外接收管的接收選通模塊，112是第二個(gè)紅外光電信號(hào) 放大處理電路，113是紅外觸摸裝置控制的微控制器系統(tǒng)(MCUS) ， 114是雙頻載波頻率源。
圖2中，201是發(fā)射管驅(qū)動(dòng)矩陣的列驅(qū)動(dòng)單元，202是行驅(qū)動(dòng)單元，203是雙頻載波 頻率源114中的一個(gè)載波發(fā)生器F1，204是被驅(qū)動(dòng)的紅外發(fā)射管，205是載波調(diào)制單元。
圖3中，301是紅外接收管，302是與紅外接收管構(gòu)成光電信號(hào)接收電路的電阻， 303是多路分配器，304是由譯碼器/多路分配器構(gòu)成的多路選擇開(kāi)關(guān)的控制電路。
具體實(shí)施例 下面結(jié)合附圖，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的基本實(shí)施例。因?yàn)楸景l(fā)明所涉及的技術(shù)方案是關(guān) 于紅外線號(hào)的發(fā)射和接收的電路部分的內(nèi)容，因此在實(shí)施例中不再給出紅外觸摸裝置(紅外觸摸屏)具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 圖1是本發(fā)明紅外觸摸裝置的總體電路結(jié)構(gòu)示意圖。與現(xiàn)有紅外觸摸裝置的基本 機(jī)構(gòu)相比，本圖中最大的區(qū)別有兩處第一，紅外發(fā)射管和接收管被分成了獨(dú)立的兩個(gè)組， 分別與兩個(gè)紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊和兩個(gè)紅外接收選通模塊相連接；第二，觸摸裝置中包含有 一個(gè)雙頻載波頻率源114，其中包含有Fl和F2共2個(gè)載波發(fā)生器，同時(shí)在接收端增加了同 樣數(shù)量的信號(hào)放大處理電路。這里，載波頻率源組114中的2個(gè)載波發(fā)生器，可以由一個(gè)基 準(zhǔn)頻率發(fā)生器和一個(gè)分頻器構(gòu)成，也可以利用微控制器系統(tǒng)的一個(gè)1/0端口輸出一個(gè)載波 頻率，如Fl，而后再用分頻器分頻到另一個(gè)載波頻率如F2。 在圖1中可以看到紅外發(fā)射和接收管安裝在被檢測(cè)表面101的邊緣；第一組紅 外發(fā)射管102被第一個(gè)發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊103所驅(qū)動(dòng)，并且該驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)地址數(shù)據(jù)線與微控 制器系統(tǒng)113的I/0端口相連接；在接收端，第一組紅外接收管及由接收管構(gòu)成的光電信號(hào) 檢測(cè)電路104和109，與第一組接收管的選通模塊105相連接，并且該選通模塊也通過(guò)地址 數(shù)據(jù)線與微控制器系統(tǒng)113的1/0端口相連接；而該組中被選通的接收管及由接收管構(gòu)成 的檢測(cè)電路的輸出端，則通過(guò)選通模塊105與第一個(gè)信號(hào)放大處理電路106的輸入端相連 接。信號(hào)放大處理電路106由濾波單元fl和放大處理單元Al構(gòu)成；其中濾波單元fl的 通頻帶，與載波頻率源中的一個(gè)載波發(fā)生器F1所生成的頻率相對(duì)應(yīng)。圖中，信號(hào)放大處理 電路106的連接順序只是一種可用結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中可靈活設(shè)計(jì)。 一般情況下，濾波單元 實(shí)際上只是信號(hào)放大處理電路中的一個(gè)組成部分，其中常還包含有如放大器之類的有源元 件。 第二組紅外發(fā)射管和接收管及其配合部分的結(jié)構(gòu)，與第一組相同，簡(jiǎn)述如下第二 組紅外發(fā)射管107被第二個(gè)發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊108所驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)模塊也通過(guò)地址數(shù)據(jù)線與微 控制器系統(tǒng)113的1/0端口相連接；第二組紅外接收管及由接收管構(gòu)成的光電信號(hào)檢測(cè)電 路110與第二組接收管的選通模塊111相連接，并且該選通模塊也通過(guò)地址數(shù)據(jù)線與微控 制器系統(tǒng)113的I/0端口相連接；被選通的接收管及由接收管構(gòu)成的檢測(cè)電路的輸出端，通 過(guò)選通模塊111與第一個(gè)信號(hào)放大處理電路112的輸入端相連接。信號(hào)放大處理電路112 由濾波單元f2和放大處理單元A2構(gòu)成；其中濾波單元f2的通頻帶，與載波頻率源中的載 波發(fā)生器F2所生成的頻率相對(duì)應(yīng)。 從圖中還可以看到，兩個(gè)發(fā)射模塊和兩個(gè)接收模塊的地址數(shù)據(jù)線，與微控制器系 統(tǒng)113的1/0端口之相的連接方式可以是并聯(lián)，以達(dá)到各個(gè)對(duì)管同步被驅(qū)動(dòng)和選通的目的。
圖2是一種可用于紅外發(fā)射管驅(qū)動(dòng)的矩陣結(jié)構(gòu)的發(fā)射電路，即矩陣結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模 塊。本圖給出的是由列驅(qū)動(dòng)單元201和行驅(qū)動(dòng)單元202構(gòu)成一個(gè)8X8的驅(qū)動(dòng)矩陣，可以驅(qū) 動(dòng)64只紅外發(fā)射管204。圖中還給出了雙頻載波頻率源114中的一個(gè)載波發(fā)生器203利用 一個(gè)與門(mén)驅(qū)動(dòng)器205作為調(diào)制器將載波施加到發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之中、實(shí)現(xiàn)載波的調(diào)制的 一種可用結(jié)構(gòu)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可視每組中紅外發(fā)射管的數(shù)量，用于一組紅外發(fā)射管中部分發(fā) 射管或全部發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)。這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，又通過(guò)用于選擇發(fā)射地址的地址數(shù)據(jù)線，與微 控制器系統(tǒng)113的I/O接口相連接。這兩個(gè)單元可以使用行譯碼器/多路分配器構(gòu)成，如 根據(jù)輸出電平和輸出端口數(shù)量的要求，使用74HC138或74HC238等邏輯電路單獨(dú)或級(jí)聯(lián)構(gòu) 成。由于這部分的電路在現(xiàn)有的紅外觸摸屏中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，故無(wú)需在此詳細(xì)說(shuō)明。如 圖所示，各個(gè)紅外發(fā)射管204連接在行驅(qū)動(dòng)單元和列驅(qū)動(dòng)單元的輸出端口之間。
5
圖3給出的是一種可用于紅外接收管組104、 110的選通模塊105、111的結(jié)構(gòu)，以 及由紅外接收管301為核心構(gòu)成的光電信號(hào)檢測(cè)電路與信號(hào)放大處理電路106U12之間 的連接結(jié)構(gòu)。圖中每只紅外接收管301與對(duì)應(yīng)的電阻302串聯(lián)，構(gòu)成了各個(gè)光電信號(hào)檢測(cè) 電路。以第一組紅外接收管為例，每個(gè)光電信號(hào)檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端，分別與一個(gè)單刀多 擲模擬開(kāi)關(guān)(多路分配器)303的各個(gè)靜觸點(diǎn)相連接，單刀多擲模擬開(kāi)關(guān)的各個(gè)靜觸點(diǎn)作為 檢測(cè)信號(hào)的輸出端，與信號(hào)放大處理電路106的輸入端相連接；單刀多擲模擬開(kāi)關(guān)(多路 分配器)303由發(fā)射管組的選通電路304控制，二者共同構(gòu)成了紅外接收管的接收選通模塊 105。由于光電信號(hào)檢測(cè)電路與信號(hào)放大處理電路之間的連接是多選一的結(jié)構(gòu)，因此選通電 路304的可以使用行譯碼器/多路分配器級(jí)聯(lián)構(gòu)成NXl的矩陣結(jié)構(gòu)。在這里，選通電路可 以使用如74HC238這樣可以分配輸出高電平的邏輯電路構(gòu)成，根據(jù)接收管的數(shù)量的多少， 來(lái)確定級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。選通電路304的地址數(shù)據(jù)線與微控制器系統(tǒng)113的I/O接口相連接。
上面的實(shí)施例是本發(fā)明最基本的實(shí)施結(jié)構(gòu)，在具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)本發(fā)明的基 本技術(shù)方案構(gòu)建多種實(shí)際的電路結(jié)構(gòu)，如由紅外接收管構(gòu)成的光電信號(hào)檢測(cè)電路，還可以 有其它可用的結(jié)構(gòu)；再如發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊中的載波調(diào)制器，也可以設(shè)置在列輸出單元的輸出 端。因此，在本發(fā)明基本技術(shù)方案基礎(chǔ)上的替換、改進(jìn)、縮減，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種雙路并行掃描紅外觸摸裝置，包含有若干對(duì)一一對(duì)應(yīng)地安裝在紅外觸摸裝置的邊框之內(nèi)紅外發(fā)射和接收對(duì)管，用于驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)模塊和用于同步選通與發(fā)射模塊所驅(qū)動(dòng)的發(fā)射管相對(duì)應(yīng)的紅外接收管的選通模塊以及光電信號(hào)處理電路，通過(guò)I/O端口與上述模塊的控制輸入端和光電信號(hào)處理電路的輸出端相連接的微控制器系統(tǒng)，與所述驅(qū)動(dòng)模塊的載波輸入端相連接的載波發(fā)生器和與接收模塊光電信號(hào)輸出端相連接的濾波放大電路，其特征在于所述紅外發(fā)射接收對(duì)管及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和選通模塊有兩組，每組中包含有一個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)所述的選通模塊；所述兩組模塊通過(guò)與所述I/O端口相連接的控制輸入端，被微控制器系統(tǒng)同步控制工作；在所述微控制器系統(tǒng)內(nèi)還包含有兩個(gè)頻率不同的載波發(fā)生器，其輸出端分別與兩組模塊中的發(fā)射模塊的載波輸入端相連接；所述的濾波放大電路也有兩個(gè)，分別與所述兩組模塊中的選通模塊的光電信號(hào)的輸出端相連接；其中的每個(gè)濾波電路的通頻帶，都分別與所在組中發(fā)射模塊所連接的載波發(fā)生器的輸出頻率相對(duì)應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊中所包含的紅外 發(fā)射和接收對(duì)管的數(shù)量相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊具有結(jié)構(gòu)相同的 發(fā)射接收對(duì)管的地址譯碼器，所述地址譯碼器的控制輸入端的同名端并聯(lián)后，與所述微控 制器系統(tǒng)的I/0端口相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊中所包含 的紅外發(fā)射和接收對(duì)管中的發(fā)射管，分別沿著觸摸裝置邊框向兩個(gè)相反的方向排列安裝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊中所包含的紅外 發(fā)射和接收對(duì)管，其安裝順序?yàn)榈谝唤M最后一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射對(duì)管，與第二組 第一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射接收對(duì)管相鄰安裝，且每一組中的紅外發(fā)射和接收對(duì)管， 按照被驅(qū)動(dòng)和選通的順序安裝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊中所包含的紅外 發(fā)射和接收對(duì)管，其安裝順序?yàn)榈谝唤M第一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射對(duì)管，與第二組第 一個(gè)被驅(qū)動(dòng)或選通的紅外發(fā)射接收對(duì)管相鄰安裝，且每一組中的紅外發(fā)射和接收對(duì)管，按 照被驅(qū)動(dòng)和選通的順序安裝在所述邊框之內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的紅外觸摸裝置，其特征在于所述兩組模塊中所包含 的紅外發(fā)射和接收對(duì)管，沿著觸摸裝置邊框伸展方向交替排列安裝在邊框之內(nèi)。
全文摘要
一種雙路并行掃描紅外觸摸裝置，其中的紅外發(fā)射接收對(duì)管及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和選通模塊有兩組，每組中包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)選通模塊，并且兩組模塊通過(guò)與微控制器系統(tǒng)的I/O端口相連接被同步控制工作。裝置內(nèi)還包含有兩個(gè)頻率不同的載波發(fā)生器，分別與兩組發(fā)射模塊的載波輸入端相連接。濾波放大電路也有兩個(gè)，其中的每個(gè)濾波電路的通頻帶，分別與載波發(fā)生器的兩個(gè)輸出頻率相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的兩組發(fā)射和接收對(duì)管同時(shí)掃描被檢測(cè)區(qū)域，能夠提高掃描速度最高到一倍；并且不同的載波調(diào)制避免了互相干擾的現(xiàn)象，所以非常適合應(yīng)用于尺寸較大的紅外觸摸裝置，具有軟硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G06F3/042GK101788871SQ20091020986
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
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