专利名称：一种双频并行扫描的红外触摸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外触摸装置，属于计算机人机交互技术领域，特别是用于红外 触摸装置的触摸点检测扫描技术领域。
背景技术：
现有的红外触摸装置(即一般意义的红外触摸屏)，其主要结构和原理是在边框 上安装若干对红外发射和接收对管，然后利用触摸装置内部的微控制器系统通过I/O端 口，控制用于驱动红外发射管的驱动模块和用于选通红外接收管的选通模块，按照一定的 顺序一次驱动和选通每一对红外发射接收对管，完成对触摸表面纵横方向的扫描。再通过 检测哪一对发射和接收管之间的光线被阻挡，从被阻挡的对管所在的位置判断出触摸物在 显示表面的位置。为提高红外触摸装置的抗干扰性，部分设计中还使用了载波来调制红外 发射管的发射信号，同时在接收端使用通频带与调制载波相匹配的滤波电路。这种结构用于尺寸较小的红外触摸装置很适合，但是用于尺寸稍大的触摸装置 时，就会因为红外发射和接收对管的数量多、扫描检测的周期长而导致触摸装置对于操作 的延迟过大等问题，影响正常使用。尤其当使用调制载波时，滤波电路的时域响应特性更限 制了扫描周期的缩短。针对上述问题，号码为200610037391. X和200610140874. 2的中国专 利申请给出了两类不同的解决方案。专利申请200610037391. X给出的是一种采用多个主 从微控制器的技术方案，虽然能够实现快速扫描和抗干扰等功能，但是多处理器的缺点在 于大大增加了整个系统中软硬件的复杂程度，增加了红外触摸装置的设计和制造成本。专 利申请200610140874. 2所公开的技术方案，采用了一种触摸物跟踪的方法来缩短检测触 摸物所需要的时间，只涉及微控制器系统内部控制软件的改变，因此几乎不增加系统硬件 的复杂程度和成本，但是由于跟踪范围采用了特定算法的，所以当触摸物运动速度较快，或 者突然快速运动时，常会有跟踪不到触摸物而需要重新全区域扫描的情况，导致操作过程 中出现停顿和迟滞。
发明内容本发明的目的就是针对现有技术的缺点，公开了一种能够提高红外触摸装置全区 域扫描速度的双频并行扫描技术方案。方案的具体内容如下一种双路并行扫描红外触摸屏，包含有若干对一一对应地安装在红外触摸屏的边 框之内红外发射和接收对管，用于驱动红外发射管的驱动模块和用于同步选通与发射模块 所驱动的发射管相对应的红外接收管的选通模块以及光电信号处理电路，通过I/O端口与 上述模块的控制输入端和光电信号处理电路的输出端相连接的微控制器系统，与所述驱动 模块的载波输入端相连接的载波发生器和与接收模块光电信号输出端相连接的滤波放大 电路。在本发明中，红外发射接收对管及其对应的驱动和选通模块有两组，每组中包含有 一个红外发射管的驱动模块和一个红外接收管的选通模块；两组模块通过与微控制器系统 I/O端口相连接的控制输入端，被微控制器系统同步控制工作；在微控制器系统内还包含
3有两个频率不同的载波发生器，其输出端分别与两组模块中的发射模块的载波输入端相连 接；所述的滤波放大电路也有两个，分别与所述两组模块中的选通模块的光电信号的输出 端相连接；其中的每个滤波电路的通频带，都分别与所在组中发射模块所连接的载波发生 器的输出频率相对应。在本发明中，为了得到最短的扫描时间，可以将两组模块中所包含的红外发射和 接收对管的数量设置为相同；控制发射和接收对管同步工作的最简单方式，是设置发射和 接收模块的每对管子都具有相同的地址译码器，并且将这两个地址译码器的控制输入端的 同名端并联后，与所述微控制器系统的I/O端口相连接。本发明的发射和接收对管的安装方式也有多种。可以为第一组最后一个被驱动或 选通的红外发射对管，与第二组第一个被驱动或选通的红外发射接收对管相邻安装，即与 现有的触摸装置的安装方式一样，沿着触摸装置边框的方向顺序排列安装；也可以第一组 第一个被驱动或选通的红外发射对管，与第二组第一个被驱动或选通的红外发射接收对管 相邻安装，即沿着触摸装置边框向两个相反的方向排列安装。两种方式中每一组中的红外 发射和接收对管，都按照被驱动和选通的顺序安装。或者，两组模块中所包含的红外发射和 接收对管，沿着触摸屏边框伸展方向交替排列安装在边框之内。发明的益处通过上面对发明内容的描述，可知本发明所公开的技术方案因为将 红外发射管和接收管分为了两组，使用不同频率的载波调制同时扫描整个被检测区域而不 会产生互相干扰的现象，因此能够提高扫描速度最高到一倍，所以非常适合应用于尺寸较 大的红外触摸装置。同时本发明的技术方案还具有软硬件结构简单、生产成本低、调试容易 等优点，非常适合于工业化生产。
图1 本发明红外触摸装置的总体电路结构示意图；图2 本发明中的一组发射管与矩阵结构的发射驱动模块之间的连接示意图；图3 本发明中的一组接收管与选通模块之间的连接结构示意图；图1中，101是被扫描检测的区域，102第一组红外发射管，103是驱动第一组红外 发射管的发射驱动模块，104,109是与第一组红外发射管对应的第一组红外接收管及由接 收管构成的光电检测电路，105是用于选通第一组红外接收管的接收选通模块，106是第一 个红外光电信号放大处理电路，107是第二组红外发射管，108是驱动第二组红外发射管的 发射驱动模块，110是与第二组红外发射管对应的第二组红外接收管由接收管构成的光电 检测电路，111是用于选通第二组红外接收管的接收选通模块，112是第二个红外光电信号 放大处理电路，113是红外触摸装置控制的微控制器系统(MCUS)，114是双频载波频率源。图2中，201是发射管驱动矩阵的列驱动单元，202是行驱动单元，203是双频载波 频率源114中的一个载波发生器Fl，204是被驱动的红外发射管，205是载波调制单元。图3中，301是红外接收管，302是与红外接收管构成光电信号接收电路的电阻， 303是多路分配器，304是由译码器/多路分配器构成的多路选择开关的控制电路。具体实施例
以下结合附图，来说明本发明的基本实施例。因为本发明所涉及的技术方案是关 于红外线号的发射和接收的电路部分的内容，因此在实施例中不再给出红外触摸装置(红 外触摸屏)具体的机械结构。[0018]图1是本发明红外触摸装置的总体电路结构示意图。与现有红外触摸装置的基本 机构相比，本图中最大的区别有两处第一，红外发射管和接收管被分成了独立的两个组， 分别与两个红外发射驱动模块和两个红外接收选通模块相连接；第二，触摸装置中包含有 一个双频载波频率源114，其中包含有Fl和F2共2个载波发生器，同时在接收端增加了同 样数量的信号放大处理电路。这里，载波频率源组114中的2个载波发生器，可以由一个基 准频率发生器和一个分频器构成，也可以利用微控制器系统的一个I/O端口输出一个载波 频率，如F1，而后再用分频器分频到另一个载波频率如F2。在图1中可以看到红外发射和接收管安装在被检测表面101的边缘；第一组红 外发射管102被第一个发射驱动模块103所驱动，并且该驱动模块通过地址数据线与微控 制器系统113的I/O端口相连接；在接收端，第一组红外接收管及由接收管构成的光电信号 检测电路104和109，与第一组接收管的选通模块105相连接，并且该选通模块也通过地址 数据线与微控制器系统113的I/O端口相连接；而该组中被选通的接收管及由接收管构成 的检测电路的输出端，则通过选通模块105与第一个信号放大处理电路106的输入端相连 接。信号放大处理电路106由滤波单元fl和放大处理单元Al构成；其中滤波单元fl的 通频带，与载波频率源中的一个载波发生器Fl所生成的频率相对应。图中，信号放大处理 电路106的连接顺序只是一种可用结构，在实际应用中可灵活设计。一般情况下，滤波单元 实际上只是信号放大处理电路中的一个组成部分，其中常还包含有如放大器之类的有源元 件。第二组红外发射管和接收管及其配合部分的结构，与第一组相同，简述如下第二 组红外发射管107被第二个发射驱动模块108所驱动，该驱动模块也通过地址数据线与微 控制器系统113的I/O端口相连接；第二组红外接收管及由接收管构成的光电信号检测电 路110与第二组接收管的选通模块111相连接，并且该选通模块也通过地址数据线与微控 制器系统113的I/O端口相连接；被选通的接收管及由接收管构成的检测电路的输出端，通 过选通模块111与第一个信号放大处理电路112的输入端相连接。信号放大处理电路112 由滤波单元f2和放大处理单元A2构成；其中滤波单元f2的通频带，与载波频率源中的载 波发生器F2所生成的频率相对应。从图中还可以看到，两个发射模块和两个接收模块的地址数据线，与微控制器系 统113的I/O端口之相的连接方式可以是并联，以达到各个对管同步被驱动和选通的目的。图2是一种可用于红外发射管驱动的矩阵结构的发射电路，即矩阵结构的驱动模 块。本图给出的是由列驱动单元201和行驱动单元202构成一个8X8的驱动矩阵，可以驱 动64只红外发射管204。图中还给出了双频载波频率源114中的一个载波发生器203利用 一个与门驱动器205作为调制器将载波施加到发射管的驱动信号之中、实现载波的调制的 一种可用结构。实际设计中，可视每组中红外发射管的数量，用于一组红外发射管中部分发 射管或全部发射管的驱动。这两个驱动单元，又通过用于选择发射地址的地址数据线，与微 控制器系统113的I/O接口相连接。这两个单元可以使用行译码器/多路分配器构成，如 根据输出电平和输出端口数量的要求，使用74HC138或74HC238等逻辑电路单独或级联构 成。由于这部分的电路在现有的红外触摸屏中已经被广泛应用，故无需在此详细说明。如 图所示，各个红外发射管204连接在行驱动单元和列驱动单元的输出端口之间。图3给出的是一种可用于红外接收管组104、110的选通模块105、111的结构，以
5及由红外接收管301为核心构成的光电信号检测电路与信号放大处理电路106、112之间的 连接结构。图中每只红外接收管301与对应的电阻302串联，构成了各个光电信号检测电 路。以第一组红外接收管为例，每个光电信号检测电路的信号输出端，分别与一个单刀多 掷模拟开关(多路分配器)303的各个静触点相连接，单刀多掷模拟开关的各个静触点作为 检测信号的输出端，与信号放大处理电路106的输入端相连接；单刀多掷模拟开关(多路 分配器)303由发射管组的选通电路304控制，二者共同构成了红外接收管的接收选通模块 105。由于光电信号检测电路与信号放大处理电路之间的连接是多选一的结构，因此选通电 路304的可以使用行译码器/多路分配器级联构成NXl的矩阵结构。在这里，选通电路可 以使用如74HC238这样可以分配输出高电平的逻辑电路构成，根据接收管的数量的多少， 来确定级联的结构。选通电路304的地址数据线与微控制器系统113的I/O接口相连接。 上面的实施例是本发明最基本的实施结构，在具体实施时，可以根据本发明的基 本技术方案构建多种实际的电路结构，如由红外接收管构成的光电信号检测电路，还可以 有其它可用的结构；再如发射驱动模块中的载波调制器，也可以设置在列输出单元的输出 端。因此，在本发明基本技术方案基础上的替换、改进、缩减，均属于本发明的保护范围之 内。
权利要求一种双路并行扫描红外触摸装置，包含有若干对一一对应地安装在红外触摸装置的边框之内红外发射和接收对管，用于驱动红外发射管的驱动模块和用于同步选通与发射模块所驱动的发射管相对应的红外接收管的选通模块以及光电信号处理电路，通过I/O端口与上述模块的控制输入端和光电信号处理电路的输出端相连接的微控制器系统，与所述驱动模块的载波输入端相连接的载波发生器和与接收模块光电信号输出端相连接的滤波放大电路，其特征在于所述红外发射和接收对管及其对应的驱动和选通模块有两组，每组中包含有一个所述的驱动模块和一个所述的选通模块；所述两组模块通过与所述I/O端口相连接的控制输入端，被微控制器系统同步控制工作；在所述微控制器系统内还包含有两个频率不同的载波发生器，其输出端分别与两组模块中的发射模块的载波输入端相连接；所述的滤波放大电路也有两个，分别与所述两组模块中的选通模块的光电信号的输出端相连接；其中的每个滤波电路的通频带，都分别与所在组中发射模块所连接的载波发生器的输出频率相对应。
2.根据权利要求1所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块中所包含的红外 发射和接收对管的数量相同。
3.根据权利要求1所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块具有结构相同的 红外发射和接收对管的地址译码器，所述地址译码器的控制输入端的同名端并联后，与所 述微控制器系统的I/O端口相连接。
4.根据权利要求1或2、3所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块中所包含 的红外发射和接收对管中的发射管，分别沿着触摸装置边框向两个相反的方向排列安装。
5.根据权利要求4所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块中所包含的红外 发射和接收对管，其安装顺序为第一组最后一个被驱动或选通的红外发射对管，与第二组 第一个被驱动或选通的红外发射和接收对管相邻安装，且每一组中的红外发射和接收对 管，按照被驱动和选通的顺序安装。
6.根据权利要求4所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块中所包含的红外 发射和接收对管，其安装顺序为第一组第一个被驱动或选通的红外发射对管，与第二组第 一个被驱动或选通的红外发射和接收对管相邻安装，且每一组中的红外发射和接收对管， 按照被驱动和选通的顺序安装在所述边框之内。
7.根据权利要求1或2、3所述的红外触摸装置，其特征在于所述两组模块中所包含 的红外发射和接收对管，沿着触摸装置边框伸展方向交替排列安装在边框之内。
专利摘要一种双路并行扫描红外触摸装置，其中的红外发射接收对管及其对应的驱动和选通模块有两组，每组中包含有一个驱动模块和一个选通模块，并且两组模块通过与微控制器系统的I/O端口相连接被同步控制工作。装置内还包含有两个频率不同的载波发生器，分别与两组发射模块的载波输入端相连接。滤波放大电路也有两个，其中的每个滤波电路的通频带，分别与载波发生器的两个输出频率相对应。本实用新型的两组发射和接收对管同时扫描被检测区域，能够提高扫描速度最高到一倍；并且不同的载波调制避免了互相干扰的现象，所以非常适合应用于尺寸较大的红外触摸装置，具有软硬件结构简单、生产成本低、调试容易等优点，适合于工业化生产。
文档编号G06F3/042GK201681365SQ20092027003
公开日2010年12月22日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者肖衣鉴 申请人:深圳市山鹰科技有限公司