觸摸屏原理

紅外觸摸屏原理1

05月04日

分類：觸摸屏原理

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紅外觸摸屏技術(shù)是在屏幕四周安裝紅外發(fā)射管和紅外接收管，形成紅外光矩陣，然后分別在橫、豎兩個(gè)方向上不斷的掃描并探測，當(dāng)觸摸物阻擋紅外光時(shí)進(jìn)行位置判斷的坐標(biāo)定位技術(shù)。一般是在顯示器的前而安裝一個(gè)電路板框架，在電路板上四邊安裝對(duì)應(yīng)紅外發(fā)射管和紅外接收管，如下圖所示，白色的是紅外發(fā)射管，黑色的是紅外接收管，通過電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，位置相對(duì)的接收管接收紅外光信號(hào)。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎方向的外線，光信號(hào)的改變引起光電探測電路輸出的電信號(hào)發(fā)生變化，通過對(duì)電信號(hào)處理可以對(duì)觸摸點(diǎn)在屏幕的位置進(jìn)行定位。任何對(duì)紅外光不透明的觸摸物體都可阻斷紅外線實(shí)現(xiàn)觸摸定位。本文由紅外線供應(yīng)網(wǎng)提供

紅外觸摸屏的原理是在屏幕四邊放置紅外發(fā)射管和紅外接收管，微處理器控制驅(qū)動(dòng)電路依次接通紅外發(fā)射管并檢查相應(yīng)的紅外接收管，以形成橫堅(jiān)交叉的紅外光陣列，得到定位的信息。本論文中以Philips公司的ARM7芯片LPC2132為微處理器，通過對(duì)移位鎖存器74HC595的控制對(duì)紅外發(fā)射管的逐個(gè)掃描，同時(shí)微處理器通過12C總線尋址每個(gè)相應(yīng)的紅外接收管，得到相應(yīng)的光強(qiáng)值。微處理器根據(jù)接收到的被遮擋前后的光強(qiáng)信號(hào)得到觸摸的位置信息，并通過串口將該信息傳送給主機(jī)?？刂品绞饺缦聢D所示：

      微處理器電路：
      微處理器在紅外觸摸屏硬件系統(tǒng)中起著核心的作用:
      1、完成對(duì)紅外發(fā)射電路的驅(qū)動(dòng);
      2、完成對(duì)紅外接收電路的驅(qū)動(dòng);
      3、完成對(duì)是否被觸摸的判斷以及觸摸位置信息的計(jì)算;
      4、將觸摸位置信息通過中P1傳送給主機(jī);
      5、調(diào)試整個(gè)程序的運(yùn)行。
      本論文中采用Philips公司的ARM7芯片LPC2132作為微處理器。該芯片是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TDMI微控制器，并帶有64kB的嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。具有EmbeddedICE-RT和嵌入式跟蹤接口，可實(shí)時(shí)調(diào)試；多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DART，2個(gè)高速I2C接口 SP1;多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)10位8路ADC, 10位DAC，PWM通道和47個(gè)GP10以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。
      這部分電路中主要包括驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分，驅(qū)動(dòng)紅外接收部分，出口通信部分，JTAG調(diào)試部分。驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射部分是由芯片上的第4腳，第44腳，第48腳來完成的，它們分別用于控制紅外發(fā)射管亮暗狀態(tài)的信號(hào):DS、 SH-CP、ST-CP。電路原理理如下圖所示：

微處理器通過分別將二個(gè)信號(hào)按照一定的時(shí)序置高低電平，來控制每支紅外發(fā)射管的亮暗狀態(tài)。每個(gè)管腳最大耐壓為 5V，但由于需要驅(qū)動(dòng)165支紅外發(fā)射管，導(dǎo)致電流很大，以至于容易將管腳燒壞。為了解決這樣的問題，在以上二個(gè)管腳上分別接上NPN管采用集電極輸出電路來增大驅(qū)動(dòng)能力。同時(shí)由于輸出反向，所以需將原來寫入的高電平置為低電平，低電平置為髙電平。
驅(qū)動(dòng)紅外接收部分是由芯片上第8腳，第12腳，第16腳，第37腳，第41腳來成的。其中第37腳，第41腳分別為I2C總線上的信號(hào)SCL，SDA;第8腳，第12腳，第16腳是芯片74HC4051的地址線信號(hào)。電路原理于如下圖所示：

這部分主要是微處理器通過I2C總線來尋址每個(gè)ADS7830來完成165支紅外接收管的光強(qiáng)信號(hào)的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換并將值傳回到微處理器中。由于165支紅外接收管需要21片ADS7830來完成尋址，而微處理器上只有2個(gè)I2C接口所以必須要擴(kuò)展I2C接口。這里選用芯74HC4051，用二個(gè)地址線來擴(kuò)展得到5個(gè)I2C接口，選通五組紅外接收模塊。這樣微處理器可以通過I2C總線逐一的尋址每支紅外接收管。串口通信部分是由第19腳，第21腳來完成的。它們分別是串口總線上的信號(hào)TxDO,RxDO,用來將處理得到的觸摸位置信息傳送給主機(jī)。電路原理圖如下圖所示：

由于RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。其傳送距離最大約為15米，最高速率為20kb/s。 RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載低，只適合本地設(shè)備之間的通信。它是一種非平衡的傳送方式。為了更好的滿足紅外觸控的要求，這里采用RS-422標(biāo)準(zhǔn)串行接口進(jìn)行傳輸。RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。由于接收器采用髙輸入阻抗，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS-232具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Salve,從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1219米)，最大傳輸速率為10Mb/s。
本文中采用芯片Max3490作為RS-422的串行接口芯片。Max3490是一款工作在3.3V電壓下，傳輸速率可達(dá)到10M bps的RS-422發(fā)送接收器。它的引腳定義及應(yīng)用電路如下圖所示：