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红外触摸屏原理与设计

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:14 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览
的采样值。若小于允许的最大值,可认为本次采样值有效。该种方法能有效的消除偶发性的
干扰对采集结果的影响,但对周期性的干扰则无法抑止。
    5、中位值滤波
    此法是连续采集N<N为奇数)个值,然后对这N个值进行排序,取中间那个值为有效
值。此方法能有效克制突发或偶然的波动干扰影响采样的结果,但是如果被采样的信号本身
变化很快,则不适用。
    6、滑动平均值滤波
    平均值滤波必须连续采样若干次才能得到一个滤波后的值,当采样速度较慢或被采样模
拟量变化较快时,采样的实时性较差。滑动平均值滤波用N个存储单元作为循环队列,每次
采样后在存储最老的那一个采样值的存储单元里,存入最新的采样值,这样队列中始终保持
N个“最新”采样值,然后计算出算术平均值作为当前的采样值。
    上述的几种滤波方式,限幅滤波,中位值滤波,去掉最大采样值和最小采样值滤波等适
用于过滤大脉冲干扰;算术平均值滤波,加权平均值滤波,滑动平均值滤波适用于过滤小幅
度高频噪声干扰。
    对于红外触摸屏的信号采集而言,触摸点的位置变化反映到系统中,理论上是连续变化
量或暂态稳定量,但由于千扰或电源波动不可避免会出现随机大脉冲瞬间千扰和频繁的电压
起伏。因此,必须采取过滤大脉冲干扰和小幅度噪声相结合的方法进行数据处理。
    对于大脉冲干扰引入限幅滤波的方式,能够去除偶发的随机干扰,有效的遏制环境的负
面影响;而滑动平均法则是一种简捷有效过滤小幅度噪声的方法,与其他算法相比,有铡氏
的时间和空间的复杂度。
    因此,在本课题的设计中,采取了限幅滤波和滑动平均值滤波相结合的方法,有效地排
除了干扰信号,采集到正确的输入信息。下面将对这种方法做出详细说明:
    系统开始对坐标X和丫的模拟量进行采样,根据试验选取适合的采集次数,分别记入到
data川和data丫f]数组中。
    以处理X坐标为例:
    采集的第一个坐标记为dataX [0],接着采集dataX [1],计算这两个数据差值的绝对值,
如果超过预设的门限值,则该次采样无效,返回重新开始采集dataX [0]。如果dataX [1]与dataX
[0]差值的绝对值没有超过预设的门限值,则继续采集dataX [2],并判断dataX [2]与dataX [1]
差值的的绝对值是否超过门限。同样的,超过就抛弃,返回开始采集dataX [0]。一直到采集
的n个数据都符合门限值的规定,再利用算术平均滤波法进行计算,得到最终结果。程序流
程图如图3-11所示。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:18 | 只看该作者
    红外触摸屏最大的问题是易受光干扰,因为其原理是通过接收红外发射管发出的红外光,
进行光电转换来实现工作的,而太阳光中,红外光约占50}['}],因此,红外触摸屏很容易受
到阳光中红外线的干扰,产生误操作。第一章介绍了许多目前常用的方法,主要分为物理防
光和电气防光两种。本章将对此开展研究工作,以消除各种光干扰的影响。
    研究工作分两步开展,第一步是抗环境光的干扰,第二步是抗强光的干扰。
4. 1抗环境光干扰
本系统采取电气防光与物理防光相结合的方法,滤除环境光的干扰。
4.1.1电气防光
    环境光的强度不大,不足以使红外接收管达到饱和状态,常用的做法是在触摸屏的初始
化阶段关闭所有的发射管,接收管对环境光进行采样,将此采样值存储起来,当正常工作检
测触摸计算坐标时,再将初始化的值减掉[Izzl。这样做一是增加主控制器的负担,二是当环境
光强度有所改变时,不能实时检测。因此,本文设计了一种新型的箱位电路,来消除环境光
的干扰。
    所谓箱位,就是将信号叠加到某一电平上使之保持相对的恒定。箱位电路就是将脉冲信
号波形的顶部或底部固定在一个确定的直流电平上,而使原信号其余部分的波形保持不变的
电路。箱位电路可以使失去直流分量的脉冲信号恢复直流成分[36]
    在本系统中,红外接收电路收到的是一个个高频脉冲信号,环境光可以看成是直流信号,
因此可以采用籍位的方法,消除环境光的影响。设计中只需要一个电容和模拟开关就可以完
成,如图4-1所示。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:25 | 只看该作者
    电容器是一个在其电场中储存能量的无源元件,对直流电而言,电容是开路的,对高频
而言,电容相当于短路37]。设计中正是巧妙利用了电容高频短路这一特点,滤除环境光的直
流分量。
    电容与模拟开关的工作状态是:在发射管未工作时,接收管只收到环境光,此时命令模
拟开关导通,近似为直流信号的环境光被迅速过滤掉,输出被强制拉为参考电压:在发射管
工作时,命令模拟开关断开,电容对高频脉冲导通,则输出的信号就是滤除掉环境光的有用
信号。该方法设计简单,成本低廉。
    为了保证采样的可靠性,本系统设计了三级箱位,同时配合三级增益放大。其原理框图
如图4-2所示。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:26 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:26 | 只看该作者
    除了采用改进电路的措施,本系统还对触摸屏进行了物理防光处理,在红外管的前方加
装红外光谱波段滤色片,减少或消除红外发射管主波峰波段外的环境散射光影响,提高
触摸屏抗环境散射光的能力。在滤色片的选择上,由于本系统的红外发射管主波波长为
940nm,因此设计滤色片波段通过范围为940士20nm,就可以消除环境光中770 nm^}920
nm及%Onm^-1200 nm波长红外波段环境杂散光对红外接收管的干扰。
    安装时,将电路板的背面朝上,这样红外管隐藏在电路板下方,不容易被环境光直
射,只要保证红外发射管和对应的接收管处于同一个水平线,就不会影响正常的发射与
接收;然后在外框的内侧即红外管的前方装上滤色片,如图4-4所示。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:27 | 只看该作者
    在图4-5中,所有的接收管均排布在发射管的后排,最大程度的减少入射阳光的影
响。接收管在后排,完全可以满足多点触摸斜扫的要求,这在第三章已经做过计算验证。
抗强光干扰的双备份排布方式实际就是将提高物理分辨率的双排布局方式加以改进,前
排放置发射管,后排放置接收管。
    由于触摸屏是配合显示器使用的,显示器正常垂直放置,阳光不可能从下侧射入,因此
下边框抖沛了发射管,与太阳光反向,排除干扰。而左右两侧,则都有可能受到阳光照射,
因此分别布置了发射管和接收管。
    在同一个时刻,阳光只会从一侧射入,当光强使得一侧的接收管达到饱和无法检测触摸
时,另一侧的接收管由于与阳光反向,完全不受影响,仍处于正常工作状态,因此只需要单
边即可完成触摸检测功能和坐标计算功能。只使用一边,相当于触摸屏丫方向的物理分辨率
减少了一半,触摸精度一定会收到影响,但由于作为长边的X方向不受影响,所以从整体上
看,短边丫方向带来的影响不大。
    需要注意的是,使用单边时,在计算坐标值的过程中,每对红外管代表的逻辑分辨率必
须加倍。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:28 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:29 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:29 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:30 | 只看该作者
    利用斜扫进行两点触摸定位的方法虽然有效,但对于手写、画线功能来说,速度仍
需提高。触摸屏的响应时间由两部分组成,第一部分为红外管的扫描时间,这个时间占
据了绝大多数的比例,第二部分为计算坐标和上传主机的时间,这个时间和主控制器的
执行速度有关,与扫描时间相比而言,几乎可以忽略。
    两点触摸的响应时间明显长于单点触摸,这是由于两点触摸在单点的基础上增加了
斜扫部分的扫描时间,并且如果X方向斜扫落入盲区,还要进行丫方向的斜扫,这会严
重影响系统的响应速度,表现为画线响应延迟或者断线。
    为了解决这个问题,引入了移动跟踪的概念。所谓移动跟踪,就是根据己知触点的
位置和移动趋势来判断下一个点的位置.
    如图5-7所示,假设有触摸点A和B分别沿着箭头方向移动。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:30 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-10 13:31 | 只看该作者

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小阿克2| | 2019-1-11 10:06 | 只看该作者

支持楼主,继续更新。看后面是否有实际案例,设计再优化,做得更好。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-17 17:31 | 只看该作者
案例 需要找找 我也是刚刚研究 这个技术!

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guanjiaer| | 2019-2-1 12:46 | 只看该作者
非常感谢楼主分享啊

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heimaojingzhang| | 2019-2-1 14:41 | 只看该作者
好资料啊感谢楼主

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keaibukelian| | 2019-2-1 14:47 | 只看该作者
楼主的资料非常好啊

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labasi| | 2019-2-1 15:40 | 只看该作者
红外的话 是不是就是检测温度的呀

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paotangsan| | 2019-2-1 16:14 | 只看该作者
请问这个是成熟的产品吗

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renzheshengui| | 2019-2-1 16:23 | 只看该作者
触摸屏的敏感度如何呀

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