[发明专利]红外触摸屏光电检测定位系统

说明书

本发明涉及一种电子计算机多媒体技术用的、红外触摸屏的光电定位检测电路系统，属于计算机多媒体技术领域。

现有的触摸屏技术，包括一些目前市场占有率较大的国外品牌的产品，所用的技术不外乎薄膜屏和和无膜屏两大类型。其中的无膜触摸屏主要是红外光触摸屏，即使用红外发射和接收管在显示屏前面组成红外光发射、接收矩阵，通过检测手指在显示屏前面所阻挡的矩阵单元，来判定手指的位置而工作。由于红外触摸屏在显示屏前面不增加任何遮挡，而且价格低、寿命长、安装方便、抗静电干扰而被广泛应用。但是现有的红外触摸屏有三个很主要的缺点：一是环境光线对它的影响很大，当光照环境恶劣时，如开关日光灯、闪光灯、或阳光较强时，会导致系统紊乱或死机；二是检测及反应的时间较幔；三是精度，即分辨率不能达到很高。这些缺点是以往的检测原理的原因所造成的，无法避免。因为以往的触摸屏的定位检测系统，采用的是测量红外接收回路的电阻值的方法：首先用单稳态触发电路，把红外光接收回路的电阻值转换为时间值，再用计时器计时，如此循环测量每一只接收管，然后把测得的时间值，与这只接收管以前的平均值作比较来作判定，若变化较大则认为这一路光线被阻挡。这种工作方式就决定了在环境光变化较大时容易产生误判。此外，进行时间转换测量，就必然需要进行时间积累，这就不可避免地导致反应迟钝，路数越多、精度越高时这种情况越严重；再有进行时间检测，每一回路都至少需要一个寄存器用以保存检测记录的平均值。当路数多时，如实现64路或更多检测路数的高精度检测定位时，为保证检测速度，整个系统就要选用能提供更多的直接寻址寄存器的、高档次的单片机系统进行控制和处理，使得触摸屏的硬件成本上升较大，因此而限制了该产品升档速度，进而影响了它的应用范围。

本发明的目的就是为了消除上述三个缺点，采用全新的检测方法，在不增加电路的复杂程度、甚至简化的前提下，实现高抗干扰性、高反应速度和高精度的目的。

为了实现上述目的，在本专利的红外光检测系统中使用了三个新的方案来实现红外光的检测：第一，使用脉冲同步计数的方法来进行信号的检测，即通过一个同步计数系统，在红外光的接收端检测有无收到与发射端的发射源同频的脉冲。当发射端发射脉冲的同时，在接收端同时计数，并同时与发射端所发射的脉冲数目相比较，根据数目是否相同，或是否达到应接收到的脉冲数目，来判定红外光线在中途有无被阻挡。

本发明的脉冲同步计数系统可以由单片微型计算机系统构成，通过一特定的同步计数检测程序的控制，使单片机内部的计数器与控制发射端红外发射管阵列中、发射管单元的选通驱动和脉冲发射的单片机的发射地址总线，和控制接收端接收管阵列中、接收管单元的选通和脉冲接收的接收地址总线同步工作，按照同一地址和顺序选通红外发射管阵列中的发射管单元和红外接收管阵列中的红外接收管单元，发射和接收脉冲，并控制计数器进行计数比较，其工作原理如下：当脉冲发射阵列中的某个发射管单元，在循环扫描过程中按顺序被选通驱动后，该发射管单元就被发射地址总线断续驱动而连续发射出数个脉冲，与此同时，接收管地址总线在发射管单元连续发射脉冲的时间段内，通过模拟开关，选通与该发射管单元相对应的接收管单元，接收检测结果；计数器同时对接收到的脉冲数目进行统计，并把计数结果与设定的应发射的脉冲的数值相比较，根据数值是否相同或是否在容错范围之内，来判定是否有光线被阻挡。之所以设定一个容错范围，是考虑到毕竟触摸屏的应用环境很复杂，系统本身难以百分之百地排除一切干扰。但这个容错方案也不是绝对必要的。

从提高检测速度方面来考虑，脉冲的发射频率高些为好，但综合考虑到单片机的处理速度和红外发射和接收管的响应时间等因素的影响，发射频率以在3～7KHz范围内最为合适。

第二，对于接收管接收到的信号，首先输出到一个滤波电路进行预处理，滤掉主要由环境光所产生的杂波干扰后，输入到后面的运算放大器中进行整形处理，而后被送到单片机系统之中被计数、处理。

滤波电路由高通或带通滤波器和箝位电路构成。由于环境光的干扰主要是低频干扰，因此一般选用高通滤波器即可满足需要。箝位电路的作用是消掉由选通接收管的模拟开关切换时带来的阶跃干扰信号，在通过滤波器后所产生的尖峰对后面的放大电路的影响，使系统的工作更稳定。该电路由稳压元件构成。在本发明中，主要是使用由高通滤波器和稳压二极管构成的滤波电路。