一種稀燈紅外多點觸摸屏的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種稀燈紅外多點觸摸屏，其特征在于，主要由電源(5)、觸摸屏(1)，與該觸摸屏(1)相連接的微處理器MCU(6)，與該微處理器MCU(6)相連接的USB接口、LDO電路模塊(7)、紅外發(fā)射單元(2)、紅外接收單元(3)及放大單元(4)等結(jié)構(gòu)。同時還公開了一種稀燈紅外多點觸摸屏的實現(xiàn)方法，其特征在于，主要包括(1)在觸摸屏上形成X軸左光掃描網(wǎng)和X軸右光掃描網(wǎng)，獲取觸摸物體的初略觸摸點等步驟。本實用新型能同時確認兩個以上觸摸點的精確位置，從而徹底克服傳統(tǒng)觸摸屏不能實現(xiàn)多點觸摸位置定位的缺陷。
【專利說明】一種稀燈紅外多點觸摸屏

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種光學(xué)觸摸屏，具體是指一種稀燈紅外多點觸摸屏。

【背景技術(shù)】
[0002] 紅外觸摸屏是利用X、Y軸上密布的紅外線矩陣來檢測并定位用戶的觸摸設(shè)備。傳 統(tǒng)的紅外觸摸屏是在顯示器的前面安裝一個電路板外框，同時在電路板外框的四邊排布紅 外發(fā)射管和紅外接收管，使其在顯示器屏幕前面形成一一對應(yīng)橫堅交叉的紅外線矩陣。使 用時，當(dāng)用戶在觸控屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫堅兩條紅外線，因而可以判斷出 觸摸點在屏幕的X、Υ坐標(biāo)。
[0003] 為了提高紅外觸摸屏的觸摸精度，傳統(tǒng)紅外觸摸屏必須讓四周紅外發(fā)射管和紅外 接收管的間距小于觸摸物體的外徑。而常規(guī)做法則是將觸摸物體外徑定為大于8mm，紅外發(fā) 射管和紅外接收管的間距定為5?6_，當(dāng)觸摸物體置于觸摸區(qū)域時，將阻擋住兩條或兩條 以上紅外光線，如圖1所示。利用這兩條或兩條以上被阻擋的紅外光線的強弱和質(zhì)心公式， 再計算出觸摸物體更精確的位置。如果四周紅外發(fā)射管和紅外接收管的間距大于觸摸物體 的外徑，則會出現(xiàn)如圖2所示的兩種情況：其一是，當(dāng)觸摸物體位于相鄰兩條紅外光線中間 時，檢測不到觸摸物體；其二是，觸摸物體只能擋住一條紅外光線，沒有辦法利用質(zhì)心公式 得到觸摸物體更精確的位置，導(dǎo)致劃線時不平滑，鋸齒現(xiàn)象嚴(yán)重。
[0004] 為了解決采用上述方法所存在的缺陷，人們就不得不把紅外發(fā)射管和紅外接收管 的間距定位小于觸摸物體的外徑，從而不僅導(dǎo)致傳統(tǒng)紅外觸摸屏的紅外發(fā)射管和紅外接收 管的數(shù)量大大增加，產(chǎn)品成本偏高。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的主要目的在于克服目前紅外觸摸屏所存在的紅外發(fā)射管和紅外接 收管的數(shù)量大、成本高的缺陷，提供一種稀燈紅外多點觸摸屏。
[0006] 本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種稀燈紅外多點觸摸屏，主要由電源、觸摸屏，與該觸摸屏相連接的微處理器 MCU，與該微處理器MCU相連接的USB接口、LD0電路模塊、紅外發(fā)射單元、紅外接收單元及放 大單元組成；所述紅外發(fā)射單元與紅外接收單元的數(shù)量和位置均一一對應(yīng)，且該紅外發(fā)射 單元由發(fā)射選址單元以及與之相連接的發(fā)射管陣列單元組成，而接收選址單元則由接收選 址單元以及與之相連接的接收管陣列單元組成，所述放大單元還與接收選址單元相連接。
[0008] 進一步地，所述發(fā)射管陣列單元由兩條以上的紅外發(fā)射管組成，所述接收管陣列 單元由兩條以上的紅外接收管組成；所述紅外發(fā)射管的數(shù)量與位置與紅外接收管的數(shù)量和 位置一一對應(yīng)，且相鄰兩個紅外發(fā)射管和紅外接收管之間的間距均大于規(guī)定的最小觸摸物 體外徑。
[0009] -種稀燈紅外多點觸摸屏的實現(xiàn)方法，主要包括以下步驟：
[0010] (1)在觸摸屏上形成X軸左光掃描網(wǎng)和X軸右光掃描網(wǎng)，獲取觸摸物體的初略觸摸 占- ^ \\\ ?
[0011] (2)在觸摸屏上形成Y軸左光掃描網(wǎng)和Y軸右光掃描網(wǎng)，排除觸摸物體的虛假觸摸 點，獲得觸摸物體的初略位置；
[0012] (3)判定該初略位置所位于的具體象限區(qū)域，若位于第一象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟 (4);若位于第二象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（5);若位于第三象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（6);若位于 第四象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（7);
[0013] (4)增加 N發(fā)1收的X軸扇形掃描和1發(fā)N收的Y軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置，其中，N的取值為2、3、4……；
[0014] (5)增加 N發(fā)1收的X軸扇形掃描和N發(fā)1收的Y軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置，其中，N的取值為2、3、4……；
[0015] (6)增加1發(fā)N收的X軸扇形掃描和N發(fā)1收的Y軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置，其中，N的取值為2、3、4……；
[0016] (7)增加1發(fā)N收的X軸扇形掃描和1發(fā)N收的Y軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置，其中，N的取值為2、3、4……。
[0017] 為了確保使用效果，步驟（1)中所述的"在觸摸屏上形成X軸左光掃描網(wǎng)和X軸右 光掃描網(wǎng)"，其中，該X軸左光掃描網(wǎng)是指X軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的X軸上的紅外 接收管Rn發(fā)射紅外線的同時，X軸上的紅外發(fā)射管Τη還向左偏移向X軸上的紅外接收管 R(n-l)發(fā)射紅外線；該X軸右光掃描網(wǎng)是指在X軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的X軸上 的紅外接收管Rn發(fā)射紅外線的同時，X軸上的紅外發(fā)射管Τη還向右偏移向X軸上的紅外 接收管R(n+1)發(fā)射紅外線；其中，η的取值為1、2、3、4……。
[0018] 同時，步驟（2)中所述的"在觸摸屏上形成Υ軸左光掃描網(wǎng)和Υ軸右光掃描網(wǎng)"，該 Υ軸左光掃描網(wǎng)指在Υ軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的Υ軸上的紅外接收管Rn發(fā)射紅外 線的同時，Y軸上的紅外發(fā)射管Τη還向左偏移向Y軸上的紅外接收管R(n-l)發(fā)射紅外線； 該Y軸右光掃描網(wǎng)是指在Y軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的Y軸上的紅外接收管Rn發(fā)射 紅外線的同時，Y軸上的紅外發(fā)射管Τη還向右偏移向Y軸上的紅外接收管R(n+1)發(fā)射紅 外線；其中，η的取值為1、2、3、4……。
[0019] 步驟（4)、（5)、（6)及（7)中所述的"計算出觸摸物體的具體觸摸位置"，其具體計 算公式為：X = (X1*Q1+X2*Q2+......+Xn*QnV(Ql+Q2+......+Qn);其中，X1、X2、......、Xn 為在1發(fā)N收或N發(fā)1收掃描時，N個紅外接收管或N個發(fā)射管所對應(yīng)的位置序號，而Ql， Q2........Qn則為紅外接收管所對應(yīng)的紅外光強度。
[0020] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點以及有益效果：
[0021] (1)本實用新型整體結(jié)構(gòu)非常簡單，其使用的紅外發(fā)射管和紅外接收管的數(shù)量較 少，能極大的降低制作成本。
[0022] (2)本實用新型能在相鄰兩個光線中間增加一條對角光線，從而能有效避免當(dāng)觸 摸物體位于相鄰兩條紅外光線中間時，不能檢測到觸摸物體的情況。
[0023] (3)本實用新型開創(chuàng)性的在觸摸屏內(nèi)實行象限區(qū)分，并在每個具體象限區(qū)域?qū)嵭?不同的二次紅外光掃描，從而能精確定位觸摸物的位置，能有效的克服鋸齒現(xiàn)象。
[0024] (4)本實用新型能同時確認兩個以上觸摸點的精確位置，從而徹底克服傳統(tǒng)觸摸 屏不能實現(xiàn)多點觸摸位置定位的缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為傳統(tǒng)紅外觸摸框的觸摸物體擋住兩條或兩條以上紅外光線時的示意圖。
[0026] 圖2為觸摸物只擋住一條及未擋住傳統(tǒng)紅外觸摸框所發(fā)射的紅外光線時的示意 圖。
[0027] 圖3為本實用新型的整體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4為本實用新型的整體流程結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖5為本實用新型的X軸左光掃描網(wǎng)的掃描示意圖。
[0030] 圖6為本實用新型的X軸右光掃描網(wǎng)的掃描示意圖。
[0031] 圖7為本實用新型的Y軸左光掃描網(wǎng)的掃描示意圖。
[0032] 圖8為本實用新型的Y軸右光掃描網(wǎng)的掃描示意圖。
[0033] 圖9為本實用新型同時具有兩個觸摸點時的掃描示意圖。
[0034] 圖10為本實用新型觸摸點在第一象限區(qū)域和第三象限區(qū)域時的掃描示意圖。

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不 限于此。
[0036] 實施例
[0037] 本實用新型的整體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，即包括有觸摸屏1、紅外發(fā)射單元2、 紅外接收單元3、放大單元4、電源5、微處理器MCU6、LD0電路模塊7及USB接口。其中，觸 摸屏1與微處理器MCU6相連接，USB接口、LD0電路模塊7、紅外發(fā)射單元2、紅外接收單元 3及放大單元4均與該微處理器MCU6相連接，而電源5則與USB接口、觸摸屏1、紅外發(fā)射 單元2和紅外接收單元3相連接，并為上述設(shè)備提供工作電能。
[0038] 紅外發(fā)射單元2與紅外接收單元3的數(shù)量和位置均一一對應(yīng)，且該紅外發(fā)射單元 2和紅外接收單元3的數(shù)量均為2個，一個紅外發(fā)射單元2與一個紅外接收單元3相匹配 并為一組。所述的紅外發(fā)射單元2由發(fā)射選址單元21，以及與該發(fā)射選址單元21相連接 的發(fā)射管陣列單元22組成，而紅外接收單元3則由接收選址單元31，以及與該收選址單元 31相連接的接收管陣列單元32組成。其中，發(fā)射管陣列單元22由兩條以上的紅外發(fā)射管 組成，而接收管陣列單元32由兩條以上的紅外接收管組成。同時，一個紅外發(fā)射管對應(yīng)一 個紅外接收管。
[0039] 整個系統(tǒng)從PC機的USB接口取電，USB接口供電電壓為5V，供電電流最大值為 500mA。紅外發(fā)射單元2、紅外接收單元3是直接使用5V電源；微處理器MCU6使用3. 3V電 源，因此，使用LD0電路模塊7將USB接口的5V電壓轉(zhuǎn)化為3. 3V，以適應(yīng)微處理器MCU6的 需要。
[0040] MCU處理器6通過控制發(fā)射選址單元21來控制紅外發(fā)射管的時序；同時MCU通過 控制接收選址單元31來控制紅外接收管的時序。在具體實施時，MCU處理器6選用型號為 STM32F103C8的32位高性能處理器，運行所有的控制邏輯及數(shù)據(jù)處理算法。微處理器MCU6 對所有燈管進行采樣后，集中處理算點算法，算出觸摸坐標(biāo)，經(jīng)過USB發(fā)給PC機。
[0041] 安裝時，每組發(fā)射管陣列單元22中的所有紅外發(fā)射管排成一列，同時，每組接收 管陣列單元32中的所有紅外接收管也排成一列。發(fā)射管陣列單元22和接收管陣列單元 32分別在觸摸屏1上呈矩形分布，從而在觸摸屏1上形成X軸和Y軸兩組紅外發(fā)射管和紅 外接收管，且每組紅外發(fā)射管和紅外接收管相互之間的間距均大于規(guī)定的最小觸摸物體外 徑。根據(jù)行業(yè)的基本規(guī)則，該觸摸物體外徑一般定位8_，而本申請中所述的每組紅外發(fā)射 管和紅外接收管相互之間的間距優(yōu)先為9mm。
[0042] 發(fā)射管陣列單元22和接收管陣列單元32,可以采用矩陣式布局，根據(jù)觸摸屏尺寸 不同，可以采用8X8陣列或8X12陣列。這樣布局的好處是控制線較少，例如8X8陣列只需 要16個引腳就可以控制64個發(fā)射管或接收管。
[0043] 放大單元4, 一般采用一級到二級運放，可以使用單電源運放芯片或者是雙電源運 放芯片。
[0044] 運行時，該觸摸點的定位流程如圖4所示，主要包括以下步驟：
[0045] (1)在觸摸屏上形成X軸左光掃描網(wǎng)和X軸右光掃描網(wǎng)，獲取觸摸物體的初略觸摸 點。該X軸左光掃描網(wǎng)是指X軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的X軸上的紅外接收管Rn發(fā) 射紅外線的同時，X軸上的紅外發(fā)射管Τη還向左偏移向X軸上的紅外接收管R(n-l)發(fā)射 紅外線，其中η的取值為1、2、3、4……，其具體結(jié)構(gòu)如圖5所示；
[0046] 該X軸右光掃描網(wǎng)是指在X軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的X軸上的紅外接收管 Rn發(fā)射紅外線的同時，X軸上的紅外發(fā)射管Τη還向右偏移向X軸上的紅外接收管R(n+1) 發(fā)射紅外線，其中，η的取值為1、2、3、4……，其具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。
[0047] (2)在觸摸屏上形成Υ軸左光掃描網(wǎng)和Υ軸右光掃描網(wǎng)，排除觸摸物體的虛假觸摸 點，獲得觸摸物體的初略位置。該Υ軸左光掃描網(wǎng)指在Υ軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的 Υ軸上的紅外接收管Rn發(fā)射紅外線的同時，Υ軸上的紅外發(fā)射管Τη還向左偏移向Υ軸上的 紅外接收管R(n-l)發(fā)射紅外線，其中，η的取值為1、2、3、4……，其具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。
[0048] 該Υ軸右光掃描網(wǎng)是指在Υ軸上的紅外發(fā)射管Τη對應(yīng)相應(yīng)的Υ軸上的紅外接收管 Rn發(fā)射紅外線的同時，Υ軸上的紅外發(fā)射管Τη還向右偏移向Υ軸上的紅外接收管R(n+1) 發(fā)射紅外線，其中，η的取值為1、2、3、4……，其具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。
[0049] (3)判定該初略位置所位于的具體象限區(qū)域，若位于第一象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟 (4);若位于第二象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（5);若位于第三象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（6);若位于 第四象限區(qū)域，則執(zhí)行步驟（7)。
[0050] 其中，所謂的象限區(qū)域是指在觸摸區(qū)域內(nèi)按X軸中軸線和Υ軸中軸線所分成的四 個區(qū)域，按逆時針方向依次為第一象限區(qū)域、第二象限區(qū)域、第三象限區(qū)域和第四象限區(qū) 域。
[0051] (4)增加 Ν發(fā)1收的X軸扇形掃描和1發(fā)Ν收的Υ軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置。其中，Ν的取值為2、3、4……。
[0052] (5)增加 Ν發(fā)1收的X軸扇形掃描和Ν發(fā)1收的Υ軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置。其中，Ν的取值為2、3、4……。
[0053] (6)增加1發(fā)Ν收的X軸扇形掃描和Ν發(fā)1收的Υ軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置。其中，Ν的取值為2、3、4……。
[0054] (7)增加1發(fā)Ν收的X軸扇形掃描和1發(fā)Ν收的Υ軸扇形掃描，并計算出觸摸物體 的具體觸摸位置。其中，Ν的取值為2、3、4……。
[0055] 在計算觸摸物體的具體觸摸位置時，其具體觸摸位置X為：X = (X1*Q1+X2*Q2+......+Xn*QnV(Ql+Q2+......+Qn)。其中，X1、X2、......、Xn 為在 1 發(fā) N 收 或N發(fā)1收掃描時，N個紅外接收管或N個發(fā)射管所對應(yīng)的位置序號，而Ql，Q2........Qn 則為紅外接收管所對應(yīng)的紅外光強度。
[0056] 而上述的N發(fā)1收是指通過微處理器MCU6來控制發(fā)射選址單元和接收選址單元 形成多個紅外發(fā)射管依次發(fā)射、固定1個紅外接收管接收的信號采集方式；而1發(fā)N收則是 指通過微處理器MCU6來控制發(fā)射選址單元和接收選址單元形成固定1個紅外發(fā)射管發(fā)射、 多個紅外接收管依次接收的信號采集方式。
[0057] 當(dāng)觸摸屏上同時出現(xiàn)兩個或兩個以上的觸摸點時，傳統(tǒng)的觸摸屏無法進行識別， 但采用本申請則能很好地進行解決?，F(xiàn)以觸摸屏上同時出現(xiàn)2個觸摸物體來進行說明：
[0058] 假定觸摸屏上面有兩個觸摸物體A和B，如圖9所示。運行時，先由X軸左光掃描 網(wǎng)和Y軸左光掃描網(wǎng)進行掃描，此時可得到觸摸屏上可能含有四個觸摸點A、B、C、D，其中A 和B是真實點，C和D是兩個偽觸摸點。
[0059] 其次，結(jié)合X軸右光掃描網(wǎng)和Y軸右光掃描網(wǎng)便可以排除偽觸摸點C和D，得到真 實觸摸點A和B以及相應(yīng)的坐標(biāo)，其結(jié)構(gòu)如圖10所示。此時，我們便可以確定出A、B兩點 的坐標(biāo)值及所處的象限區(qū)域，即A點處于第一象限區(qū)域，B點位于第三象限區(qū)域。
[0060] 由于A點在第一象限區(qū)域，則執(zhí)行：增加 N發(fā)1收的X軸扇形掃描和1發(fā)N收的Y 軸扇形掃描，并按照公式X= (X1*Q1+X2*Q2+……+Xn*QnV(Ql+Q2+......+Qn)計算出A點 的準(zhǔn)確位置。
[0061] 同時，由于B點在第三象限區(qū)域，則執(zhí)行：增加1發(fā)N收的X軸扇形掃描和N發(fā)1 收的Y軸扇形掃描，并根據(jù)公式x= (X1*Q1+X2*Q2+……+Xn*Qn) AQ1+Q2+......+Qn)計算 出B點的準(zhǔn)確位置。
[〇〇62] 如上所述，便可較好的實施本實用新型。
【權(quán)利要求】
1. 一種稀燈紅外多點觸摸屏，其特征在于，主要由電源（5)、觸摸屏（1)，與該觸摸屏 (1)相連接的微處理器MCU (6)，與該微處理器MCU (6)相連接的USB接口、LDO電路模塊（7)、 紅外發(fā)射單元（2)、紅外接收單元（3)及放大單元（4)組成；所述紅外發(fā)射單元（2)與紅外 接收單元（3)的數(shù)量和位置均一一對應(yīng)，且該紅外發(fā)射單元（2)由發(fā)射選址單元（21)以及 與之相連接的發(fā)射管陣列單元（22)組成，而接收選址單元（3)則由接收選址單元（31)以 及與之相連接的接收管陣列單元（32)組成；所述放大單元（4)還與接收選址單元（3)相連 接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀燈紅外多點觸摸屏，其特征在于，所述發(fā)射管陣列單 元（22)由兩條以上的紅外發(fā)射管組成，所述接收管陣列單元（32)由兩條以上的紅外接收 管組成；所述紅外發(fā)射管的數(shù)量與位置與紅外接收管的數(shù)量和位置一一對應(yīng)，且相鄰兩個 紅外發(fā)射管和紅外接收管之間的間距均大于規(guī)定的最小觸摸物體外徑。
【文檔編號】G06F3/042GK203849710SQ201420209686
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】劉衛(wèi) 申請人:深圳富創(chuàng)通科技有限公司