一种红外触摸屏定位装置及定位方法

1.一种红外触摸屏定位装置，包括设置在触摸屏(1)上的红外发射模块、红外接收模块和用于控制红外发射模块、红外接收模块工作的主控制模块，其特征在于：所述红外发射模块分布在触摸屏(1)的角落或边缘，至少以两个方向发射红外信号，并覆盖到所有的红外接收模块；所述红外接收模块分布在触摸屏(1)的至少三个边上，用以检测红外发射模块所发射的红外信号；所述红外发射模块、红外接收模块同步工作；所述主控制模块设有对外的通讯接口，主控制模块完成所有的红外扫描过程，以及发送触摸数据至主机设备，所述红外发射模块包括分布在触摸屏(1)的一边两个角落的第一红外发射模块(104)和第二红外发射模块(105)，红外接收模块包括分布在触摸屏(1)的另外三个边上的第一红外接收模块(101)、第二红外接收模块(102)和第三红外接收模块(103)，第一红外发射模块(104)发射的红外信号由第二红外接收模块(102)和第三红外接收模块(103)检测接收，第二红外发射模块(105)发射的红外信号由第一红外接收模块(101)、第二红外接收模块(102)检测接收。
2.根据权利要求1所述的红外触摸屏定位装置，其特征在于：所述主控制模块与红外接收模块和红外发射模块直接相连。
3.根据权利要求1所述的红外触摸屏定位装置，其特征在于：所述主控制模块与红外接收模块和红外发射模块通过安装在红外发射模块和接收模块上的控制器相连。
4.根据权利要求1所述的红外触摸屏定位装置，其特征在于：所述第一红外发射模块(104)和第二红外发射模块(105)分别由单个发射角度大于90度的红外发射管或N个发射角度大于90/N的发射管及其驱动电路组成。
5.根据权利要求1所述的红外触摸屏定位装置，其特征在于：所述红外发射模块还包括分布在触摸屏(1)的一边的第三红外发射模块(106)，第三红外发射模块(106)发射的红外信号由第一红外接收模块(101)、第二红外接收模块(102)和第三红外接收模块(103)检测接收。
6.根据权利要求5所述的红外触摸屏定位装置，其特征在于：所述所述第三红外发射模块(106)由单个发射角度为180度的红外发射管或N个发射角度大于180/N的红外发射管及其驱动电路组成。
7.一种根据权利要求1所述的红外触摸屏定位装置的定位方法，其特征在于：启动红外扫描；建立红外发射模块至遮挡位置组成的多个线段；计算不同红外发射模块建立的线段的交点来获取触摸物坐标，包括下列步骤：
步骤1：启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；
步骤：2：启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L1i；
步骤3：启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L2k；
步骤4：若步骤2和步骤3中都检测到有遮挡，计算所述线段L1i与L2k的交点，发送至主机设备；
步骤5：跳转至步骤2重新检测；
其中，步骤2和步骤3可以交换顺序进行，也可以同时进行，检测是否有信号被遮挡的方法是将当前检测的红外信号值与步骤1中记录的对应的检测值对比，若当前检测值小于一定的阈值则判断为有遮挡。

一种红外触摸屏定位装置及定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及触摸屏技术领域，特别涉及一种红外触摸屏定位装置及定位方法。\n背景技术\n[0002] 触摸屏作为一种新型的计算机输入设备，使人机交互更为直观，由于给用户带来的极大地便利性，触摸屏技术除了应用于个人便携式信息产品外，应用领域已遍及信息家电、公共信息、电子游戏、办公自动化设备等各个领域。现有技术中的红外触摸屏装置，通常都具有两个方向上的红外发射、接收管，双向的红外发射、接收管共同组成一个定位平面，依次扫描横向和纵向上所有红外对管间是否有红外信号被遮挡变化，根据遮挡位置来计算触摸物的坐标，该触摸系统实现容易，抗干扰性好，但使用的红外发射、接收管的数目多；现有触摸技术中还有摄像头检测定位系统，它采用在显示设备的多个角落里安装摄像头，并配有红外光源，以及四周的反光条，通过在摄像装置中拍摄触摸物的位置转换成角度信息，进一步转换成以摄像装置为中心出发的多条射线，多条射线的交点即为触摸物坐标，但这种检测定位系统硬件系统较为复杂，抗干扰性不如红外触摸系统。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种结构简单、所使用的红外发射和接收管的数目较少、响应速度快、可靠性高且更易实现多点触摸检测的红外触摸屏定位装置及定位方法。\n[0004] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：\n[0005] 一种红外触摸屏定位装置，包括设置在触摸屏上的红外发射模块、红外接收模块和用于控制红外发射模块、红外接收模块工作的主控制模块，所述红外发射模块分布在触摸屏的角落或边缘，至少以两个方向发射红外信号，并覆盖到所有的红外接收模块；所述红外接收模块分布在触摸屏的至少三个边上，用以检测红外发射模块所发射的红外信号；所述红外发射模块、红外接收模块同步工作；所述主控制模块设有对外的通讯接口，主控制模块完成所有的红外扫描过程，以及发送触摸数据至主机设备。\n[0006] 所述主控制模块与红外接收模块和红外发射模块直接相连。\n[0007] 所述主控制模块与红外接收模块和红外发射模块通过安装在红外发射模块和接收模块上的控制器相连。\n[0008] 所述红外发射模块包括分布在触摸屏的一边两个角落的第一红外发射模块和第二红外发射模块，红外接收模块包括分布在触摸屏的另外三个边上的第一红外接收模块、第二红外接收模块和第三红外接收模块，第一红外发射模块发射的红外信号由第二红外接收模块和第三红外接收模块检测接收，第二红外发射模块发射的红外信号由第一红外接收模块、第二红外接收模块检测接收。\n[0009] 所述第一红外发射模块和第二红外发射模块)分别由单个发射角度大于90度的红外发射管或N个发射角度大于90/N的发射管及其驱动电路组成。\n[0010] 所述红外发射模块包括分布在触摸屏的一边及该边两个角落的第一红外发射模块、第二红外发射模块)和第三红外发射模块，红外接收模块包括分布在触摸屏的另外三个边上的第一红外接收模块、第二红外接收模块和第三红外接收模块，第一红外发射模块发射的红外信号由第二红外接收模块和第三红外接收模块检测接收，第二红外发射模块发射的红外信号由第一红外接收模块、第二红外接收模块检测接收，第三红外发射模块发射的红外信号由第一红外接收模块、第二红外接收模块和第三红外接收模块检测接收。\n[0011] 所述第一红外发射模块和第二红外发射模块分别由单个发射角度大于90度的红外发射管或N个发射角度大于90/N的发射管及其驱动电路组成，所述第三红外发射模块由单个发射角度为180度的红外发射管或N个发射角度大于180/N的红外发射管及其驱动电路组成。\n[0012] 所述的红外触摸屏定位装置的定位方法：启动红外扫描；建立红外发射模块至遮挡位置组成的多个线段；计算不同红外发射模块建立的线段的交点来获取触摸物坐标。\n[0013] 所述的红外触摸屏定位装置的定位方法，包括下列步骤：\n[0014] 步骤1：启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；\n[0015] 步骤：2：启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L1i；\n[0016] 步骤3：启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L2k；\n[0017] 步骤4：若步骤2和步骤3中都检测到有遮挡，计算所述线段L1i与L2k的交点，发送至主机设备；\n[0018] 步骤5：跳转至步骤2重新检测；\n[0019] 其中，步骤2和步骤3可以交换顺序进行，也可以同时进行，检测是否有信号被遮挡的方法是将当前检测的红外信号值与步骤1中记录的对应的检测值对比，若当前检测值小于一定的阈值则判断为有遮挡。\n[0020] 本发明相对于现有技术的有益效果是：\n[0021] 1、减少红外发射模块，降低了硬件成本和系统功耗，结构更为简单、安装方便；\n[0022] 2、方便实现单点、多点触摸技术，响应速度快，且稳定可靠。\n附图说明\n[0023] 图1是本发明红外触摸屏定位装置的结构示意图；\n[0024] 图2是本发明红外发射模块的结构一；\n[0025] 图3是本发明红外发射模块的结构二；\n[0026] 图4是本发明采用红外发射模块的结构二时发射的示意图；\n[0027] 图5是本发明红外触摸屏定位装置的定位原理示意图；\n[0028] 图6是本发明红外触摸屏定位装置的多点定位原理示意图；\n[0029] 图7是本发明红外触摸屏定位装置的定位方法的流程示意图。\n具体实施方式\n[0030] 下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。\n[0031] 参见图1，本发明红外触摸屏定位装置，包括设置在触摸屏1上的红外发射模块\n104、105、红外接收模块101、102、103和用于控制红外发射模块、红外接收模块工作的主控制模块107，其中红外发射模块分布在触摸屏1的左下角和右下角，以总线的方式与主控制模块相连，发射的红外信号覆盖到所有的红外接收模块；所述红外接收模块分布在触摸屏\n1左边、上边和右边，红外接收模块由若干个红外接收线路板组成，以总线的方式与主控制模块相连，用以检测红外发射模块所发射的红外信号；所述红外发射模块、红外接收模块同步工作；所述主控制模块设有对外的通讯接口，主控制模块完成所有的红外扫描过程，以及发送触摸数据至主机设备。\n[0032] 第一红外发射模块104和第二红外发射模块105分别设在触摸屏1的左下角，右下角，而左边、上边、右边安装第一红外接收模块101、第二红外接收模块102和第三红外接收模块103，主控制模块107可根据实际情况选择安装位置，主控制模块107设有可对外发送触摸数据的通讯接口。第一红外发射模块104和第二红外发射模块105由单只大角度的红外发射管及驱动电路组成，也可采用多只红外发射管成一定弧度摆放，使其发射的红外信号覆盖到相应的红外接收模块，并将红外接收模块分成多个区域，由不同的红外发射管覆盖不同的区域。红外接收模块由依次排列的若干红外接收管组成。\n[0033] 第一红外发射模块104发射的红外信号由第二红外接收模块102和第三红外接收模块103检测接收，第二红外发射模块105发射的红外信号由第一红外接收模块101、第二红外接收模块102检测接收。红外发射模块中红外发射管与红外接收模块中的红外接收管，都是分别同步工作的，红外管用于发射，红外管用于接收，用以检测在这一对红外发射接收管对应的扫描线上是否有遮挡物。正常工作时点亮第一红外发射模块104中的红外发射管，并在同一时刻依次检测第二红外接收模块102和第三红外接收模块103中每个红外接收管上的信号变化，以信号的有无或者强弱来判断是否有遮挡。并用样的方法点亮第二红外发射模块105，并扫描第一红外接收模块101、第二红外接收模块102中的红外接收管。\n在一个扫描周期内，第二红外接收模块102和第三红外接收模块103检测了一次第一红外发射模块104所发射的红外信号，第一红外接收模块101、第二红外接收模块102检测了一次第二红外发射模块105所发射的红外信号，而第一红外发射模块104和第二红外发射模块105在红外接收模块每个管检测的同时点亮，然后关闭以降低功耗，也可以在相应的接收模块工作期间持续点亮。\n[0034] 其中第一红外发射模块104和第二红外发射模块105分别从两个方向发射红外信号，第一红外接收模块101、第二红外接收模块102和第三红外接收模块103接收，由此组成了交织的红外扫描网络。第一红外发射模块104和第二红外发射模块105分别由单个大角度(大于90度)的红外发射管及其驱动电路组成，也可以采用多个小角度组成，若采用N个红外发射管，那么每个发射管的发射角度需满足大于90/N，如图2、图3中所示，第一红外发射模块104中红外发射管的角度为A，在采用两个红外发射管后，如1041、1042，其角度分别是A1、A2，且1041、1042成一定弧度安装，增加了发射模块的发射角度，在图4中第二红外接收模块102检测1041发射的红外信号，第三红外接收模块103检测1042发射的红外信号，另外第二红外接收模块102检测1051发射的红外信号，第一红外接收模块101检测1052发射的红外信号。\n[0035] 图5是本发明方法的定位原理图，在一个扫描周期内，红外发射模块中的红外发射管被点亮次数与其覆盖的红外接收模块中的红外接收管个数相同，每个红外接收管都检测一次是否有遮挡，而部分红外接收模块能接收到两个红外发射模块红外信号，所以需要检测两次是否在各个方向都有遮挡。在本发明的触摸屏装置工作之前，需对系统进行初始化，启动一次扫描，并将此时红外接收管所检测到的信号全部记录下来作为基准值，作为之后的判断依据，此后可进入正常的工作状态。在触摸屏定位装置正常工作的情况下，若没有触摸点，那么所有的红外接收管所检测到的信号均接近于各自的信号基准值或者相等，当有触摸点时，该触摸点所对应的红外接收管所检测到的信号就会与信号基准值相差较大，当这个相差值大于或者等于预定值时，即可判定存在触摸点。如图6中601是一个触摸点，第一红外发射模块104发射的红外信号被遮挡，而第三红外接收模块103在扫描的过程中，\n602位置上的红外接收管此时检测到的信号与信号基准值相差较大，即大于或者等于预定值，主控制模块107将记录下信号发生变化的红外接收管的编号，而该编号可以进一步换算成虚拟的位置信息，并建立该位置到第一红外发射模块104的线段L1；此时第二红外发射模块105发射的红外信号也被遮挡，而第一红外接收模块101在扫描的过程中，601位置上的红外接收管此时检测到的信号与信号基准值相差较大，即大于或者等于预定值，主控制模块107将记录下信号发生变化的红外接收管的编号，而该编号可以进一步换算成虚拟的位置信息，并建立该位置到第二红外发射模块105的线段L2；计算L1与L2的交点，交点位置即是603，也就是实际触摸物的坐标。\n[0036] 图6是本发明实施例的红外触摸装置的多点定位原理示意图，根据本发明的定位方法当出现多个触摸点时，在红外接收模块上检测到多个遮挡位置，根据两个方向上的红外发射模块建立多条遮挡线段，并能计算出多于实际触摸物个数的触摸点，即出现了“鬼点”，这个跟传统的红外触摸技术类似。所以在图中增加一个红外发射模块为第三红外发射模块106，该红外发射模块所发射的红外信号需要覆盖所有红外接收模块即第一红外接收模块101、第二红外接收模块102和第三红外接收模块103，如果采用单只红外发射管，那么第三红外发射模块106的红外发射管的角度必须是180度，或者采用光学处理(如透镜等)将其发射角度扩展到180度，或采用上述提到的以多个小角度红外发射管成弧度摆放，以达到扩展角度的目的。\n[0037] 图中702、704是两个触摸点，在触摸屏扫描过程中，当第一红外发射模块104发射红外信号时，第二红外接收模块102和第三红外接收模块103检测接收红外信号，分别在\n1041、1042处检测到红外信号被遮挡，建立第一红外发射模块104至1041和1042的两条线段L1，L2；当第二红外发射模块105发射红外信号时，第一红外接收模块101、第二红外接收模块102检测接收红外信号，分别在1051、1052处检测到红外信号被遮挡，建立第二红外发射模块105至1051和1052的两条线段L3，L4，当第三红外发射模块106发射红外信号时，第一红外接收模块101、第二红外接收模块102和第三红外接收模块103检测接收红外信号，分别在1061、1062处检测到红外信号被遮挡，建立第三红外发射模块106至1061、1062的两条线段L5、L6，根据本发明的定位方法，计算线段L1、L2与线段L3、L4间的交点，分别得到701、702、703、704，再根据第三个红外发射模块106所产生的遮挡线段L5、L6判断，只有702、704分别在这两条线段上，最终判定真正的触摸点为702、704。在本计算方法中，也可根据线段L1、L2、L3、L4与线段L5、L6间的交点，分别得到最多8个交点，真实的触摸点一定可以挡住各个方向上发射的红外信号，在所有方向上的产生线段都相交在同一个点上时，该交点即为实际的触摸点，在图7中，只有702、704分别是三条线段的交点。所以可以排除其他6个“鬼点”。\n[0038] 其中第三个红外发射模块106的位置还可以选择其他边上任一位置，可放置在左上角或右上角，在这种方案中，必须在四周都放置红外接收模块，以接收所有角度上发射的红外信号，在坐标计算中不会出现“鬼点”，多点触摸的使用更加可靠。\n[0039] 本发明的触摸屏定位装置利用少量的红外发射模块，及周边的红外接收模块组成了红外扫描网络，通过建立红外发射模块至遮挡位置组成的多个线段，计算不同红外发射模块建立的线段的交点来获取触摸物坐标，方便实现单点触摸技术，也可通过软件跟踪处理的方法实现多点触摸，也可通过增加至少一个红外发射模块而实现真多点触摸技术，结构简单，响应速度快且可靠性高。\n[0040] 参见图7所示，是本发明的触摸屏定位装置的定位方法的流程示意图，如图所示，本发明的定位方法包括步骤；\n[0041] S101：启动一次红外扫描，记录当前状态下的每次红外接收管所检测到的信号强度值，具体是：\n[0042] 启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，并记录；\n[0043] S102：启动第一红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L1i；\n[0044] S103：启动第二红外发射模块，检测其覆盖范围内所有红外接收模块所接收的红外信号，检测是否有信号被遮挡，记录遮挡位置，建立发射模块位置到一个或多个所述遮挡位置的线段L2k；\n[0045] S104：若S102和S103中都检测到有遮挡，计算所述线段L1i与L2k的交点，即是实际的触摸物坐标，发送至主机设备；\n[0046] S105：跳转至S102重新检测；\n[0047] 其中，S102和S103可以交换顺序进行，也可以同时进行。检测是否有信号被遮挡的方法是将当前检测的红外信号值与S101中记录的对应的检测值对比，若当前检测值小于一定的阈值则判断为有遮挡。