专利名称：抗干扰型红外触摸装置及定位方法
技术领域：
本发明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抗干扰型红外触摸装置及定位方法。
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12，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对准，增加了生产工艺难度。
图1为本发明红外定位触摸装置结构及光路示意图，如图所示在X方向上有三组发射、接收模块，在Y方向上有三组发射、接收模块。图3为一般的红外定位技术相邻或相隔发射或接收模块的红外管扫描工作示意图。由于红外发射管有一定的发射角度β，发射模块上发射管的发射范围会覆盖到相邻或相隔模块的红外接收管，所以如果红外触摸装置采用图3所示的一般扫描方法，以m号红外管为例说明其扫描方法的局限性，在图1示的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，这样在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，而且在发射角度β一定条件下，随着红外触摸装置尺寸的加大，发射管m会干扰到更多模块相对应的红外管，其它红外管也是一样的原理；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，因此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，采用一般的扫描方法和主从召唤式的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1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及定位方法。
发明内容本发明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抗干扰型红外触摸装置及定位方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案提供一种抗干扰型红外触摸装置，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。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，一般从微处理器以主动形式将所述信息传递给主微处理器。同时，为进一步消除拐角处红外管间的干扰现象，位于该抗干扰型红外触摸装置的至少一个拐角处的相邻的发射模块和接收模块上相对应红外管采用时序错开的工作方式。
该发射模块和接收模块的原理图如图4、5所示，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。
该主微处理器的原理图如图6所示，其中主微处理器的具备PWM输出功能的端口与从微处理器的具有中断功能的端口相连，各接收模块的微处理器可以通过I2C接口或SPI接口与主微处理器相连。该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，该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。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。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和抗外界光干扰的透光片。并且该抗干扰型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透光片上形成反射，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。
一种采用上述的抗干扰型红外触摸装置的定位方法发射模块和接收模块响应所述主微处理器提供的基准同步信号产生特定同步信号逐个扫描第1到第N个发射管和接收管，每组发射模块和接收模块的红外发射接收对管同步工作，而至少一个相邻或相隔的其他发射模块和接收模块组的相对应的红外管采用时序错开的工作方式，该特定同步信号是从基准同步信号根据时序错开的需要来配置。
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，一般采用I2C通信接口传递。同时，位于该抗干扰型红外触摸装置的至少一个拐角处的相邻的发射模块和接收模块上相对应的红外管采用时序错开的工作方式。
每对红外发射、接收模块在同一时刻只有一对红外对管在工作，而且相邻板相对应的红外对管工作的时刻不一致，即采取了时序错开的扫描方式；红外接收管接收到的红外发射管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。每个发射模块或接收模块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。
本发明抗干扰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均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，本发明有如下有益效果本发明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。本发明相邻或相隔的发射、接收模块采用特别的时序错开工作方式提高了该红外定位触摸装置的抗干扰性。本发明为提高大尺寸红外线定位触摸屏的刷新速度，I2C采用了特别的分时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。
图1是本发明红外定位触摸装置的结构及光路示意图；图2是本发明抗干扰型红外触摸装置的微处理器分布示意图；图3是现有的红外触摸装置的红外管扫描工作时序图；图4是本发明发射模块原理示意图；图5是本发明接收模块原理示意图；图6是本发明主模块原理示意图；图7是本发明各模块间的连接关系示意图；图8是本发明抗干扰型红外触摸装置的发射模块或接收模块的扫描工作时序图；图9是本发明抗干扰型红外触摸装置的X方向上相邻或相隔发射模块、接收模块的相对应红外管的工作状态时序图；图10是本发明抗干扰型红外触摸装置左下角处相邻发射模块和接收模块的相对应红外管的工作状态时序图；图11是本发明抗干扰型红外触摸装置的I2C线分时发送检测到的遮挡信息的工作时序图；图12是现有装有导光孔的红外定位触摸装置的示意图。
具体实施方式请参照图1，本发明抗干扰型红外触摸装置在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。X轴方向上安装三对X_SND1、X_RCV1；X_SND2、X_RCV2；X_SND3、X_RCV3。Y轴方向上安装三对Y_SND1、Y_RCV1；Y_SND2、Y_RCV2；Y_SND3、Y_RCV3；对于其他的实施例可以改变X和Y方向上的发射模块、接收模块个数形成不同尺寸的红外触摸装置。每个发射模块或接收模块上有N个红外管，根据红外线触摸屏的大小尺寸要求可增加或减少发射模块、接收模块的数目或发射模块、接收模块上红外管的数目。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移处理，在该抗干扰型红外触摸装置中各发射模块和接收模块分别包含有从微处理器，另外该抗干扰型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2中的主微处理器+X_RCV1，主微处理器和从微处理器分布如图2所示。
各模块间连接关系如图7所示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。
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时序信号。在同步信号的同步下，以X方向上发射模块、接收模块为例，其扫描方法按图8所示，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，而相邻其他发射模块和接收模块组上相对应的红外管异步工作；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号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。
本发明设计出一个特别的时序，可有效避开因为红外发射管发射角度造成的干扰。如图9所示的时序逐个扫描各个红外对管，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工作的时刻设计成不一致，以图1中2号管为例，即发射模块X_SND2和接收模块X_RCV2的2号红外对管工作时，发射模块X_SND1、X_SND3和接收模块X_RCV1、X_RCV3的2号红外对管处于停止工作状态。请参阅图9示，采用这种工作时序方式，即使X_SND2的2号发射管会照射到相邻的其他接收模块相对应的2号红外接收管，但由于同时刻，相邻板的2号管处于停止工作状态，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方向在同一时刻也只检测到一个遮挡信息。这样就不会同时检测到多个信息，即可以判断出准确的遮挡信息。
同时图1中所示的红外触摸装置左下角相邻的发射模块和接收模块相对应的红外发射管接收管我们设计成工作在不同的时序，仍以2号管为例，即发射模块Y_SND1和接收模块Y_RCV1的2号红外对管工作时，接收模块X_RCV1、发射模块X_SND1的2号红外对管处于停止工作状态。请参阅图10示，采用这种工作时序方式，即使Y_SND1的2号发射管会照射到相邻板X_RCV1相对应的2号红外接收管，但由于同时刻X_RCV1板的2号管处于停止工作状态，同理该触摸装置右上角的发射模块X_SEND3和接收模块Y_RCV3也设计成工作在不同时序。因此同一时刻左下角和右上角上接收模块的红外管接收不到相邻的发射模块红外管发射的红外光，这样就不会产生干扰，红外触摸装置就能准确检测遮挡物的具体位置信息。
本发明的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。本发明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11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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明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发明技术方案上非实质性变更均包括在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种抗干扰型红外触摸装置，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，所述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，该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，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。
2如权利要求1所述的抗干扰型红外触摸装置，其特征在于，该抗干扰型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1所述的抗干扰型红外触摸装置，其特征在于，该发射模块和接收模块的红外发射管、红外接收管的行驱动与微处理器连接，红外发射管的列驱动和高频调制器输出的调制信号相连，红外接收管的列驱动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驱动同频率。
4.如权利要求1所述的抗干扰型红外触摸装置，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所述的抗干扰型红外触摸装置，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所述的抗干扰型红外触摸装置，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所述的抗干扰型红外触摸装置，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。
8.一种抗干扰型红外触摸装置的定位方法，其特征在于，该抗干扰型红外触摸装置包括在纵、横方向上排列的一组或多组发射模块和接收模块，该发射模块之间或各接收模块之间通过同步信号线、总线相连，该接收模块和发射模块均包括有从微处理器，该从微处理器通过总线接口与主微处理器相连，发射模块和接收模块响应所述基准同步信号产生特定同步信号逐个扫描第1到第N个发射管和接收管，每组发射模块和接收模块的红外发射接收对管同步工作，而至少一个相邻或相隔的其他发射模块和接收模块组的相对应的红外管采用时序错开的工作方式，该特定同步信号是基准同步信号根据时序错开的需要来配置。
9.如权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述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。
10.如权利要求8所述的定位方法，其特征在于，位于该抗干扰型红外触摸装置的至少一个拐角处的相邻的发射模块和接收模块上的相对应红外管采用时序错开的工作方式。
全文摘要
本发明公开了一种抗干扰型红外触摸装置，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，该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，该接收模块和发射模块均包括有从微处理器，该红外定位触摸装置还包含一主微处理器。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，并根据时序错开的需要来从基准同步信号配置产生特定同步信号逐个扫描第1到第N个发射管和接收管，每组发射模块和接收模块的红外发射、接收对管同步工作，而至少一个相邻或相隔的其他发射模块和接收模块组相对应的红外管采用异步的工作方式。该抗干扰型红外触摸装置及定位方法抗干扰性强、处理速度快、适用于大屏幕定位。
文档编号G06F3/042GK1945514SQ200610126079
公开日2007年4月11日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年7月27日
发明者周春景, 卢如西 申请人:广东威创日新电子有限公司