基于红外光电技术的多点触摸屏设计与实现

论文摘要

多点触摸技术能够实现更好的人机交互性能,近年来得到广泛的关注。本课题在研究了各种类型触摸屏原理的基础上,设计并开发了一种基于红外光电技术的多点触摸屏,并对设计的方案进行了验证。红外触摸屏的硬件设计采用了微控制器与可编程逻辑控制器的系统结构,微控制器负责数据处理任务和与上位机的信息交互,可编程逻辑控制器负责红外光发射模块和红外光接收模块的逻辑扫描任务,利用各自的性能优势,使系统达到更快的扫描速度,为多点触摸坐标的识别奠定基础。红外触摸屏的软件系统是在精简的嵌入式实时内核μC/OS-Ⅱ基础上进行开发的,主要完成了红外接收管信号的数据采集、坐标信息的计算处理、USB通信等任务。将系统资源交给实时内核进行管理,能够使软件系统具有更好的稳定性和可靠性。红外触摸屏采用USB总线作为与上位机通信的接口,并且通过USB总线实现系统的供电,设备即插即用。利用红外发光管的发光特性,提出了去掉虚伪触摸点的红外光多轴扫描方案,并应用在多点触摸的扫描程序中。在实时的检测环境光照的基础上,通过调节发光管的驱动电流大小来适应外界光照的变化,达到提高触摸屏的抗干扰能力的目的。通过对采集的模拟电压进行量化处理,提高红外触摸屏的分辨率。上位机测试软件是在Windows操作系统下开发的,在VC6.0开发环境中调用Silicon Labs公司提供的USB驱动文件和API函数,以及OpenCV库中的画图函数编写了测试程序,对红外触摸屏系统进行功能验证。本课题设计的多点触摸屏可以实现两点任意组合的触控功能,并达到了较高的响应速度,抗干扰特性允许触摸屏在室内外环境中正常运行,分辨率可以达到1024×768,能够满足通用显示器的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及应用价值
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 2 系统总体设计
• 2.1 红外触摸屏介绍
• 2.1.1 红外触摸屏的原理
• 2.1.2 红外触摸屏的性能特点
• 2.2 系统方案设计
• 2.2.1 系统结构设计
• 2.2.2 系统硬件功能
• 2.2.3 系统软件功能
• 2.3 本章小结
• 3 红外触摸屏的硬件系统设计
• 3.1 主控制器系统设计
• 3.1.1 微控制器电路
• 3.1.2 主控逻辑电路
• 3.2 辅控制器系统设计
• 3.2.1 辅控逻辑电路
• 3.2.2 RS-485通信接口电路
• 3.3 外发光管电路设计
• 3.3.1 红外发光管驱动电流源电路
• 3.3.2 红外发光管开关矩阵电路
• 3.4 红外接收管电路设计
• 3.4.1 光电信号转换电路
• 3.4.2 多路信号选择电路
• 3.4.3 信号放大电路
• 3.5 模数转换器电路设计
• 3.6 系统供电电源设计
• 3.7 本章小结
• 4 红外触摸屏的软件系统设计
• 4.1 μC/OS-Ⅱ实时内核的移植
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ实时内核移植概述
• 4.1.2 移植条件分析
• 4.1.3 系统内核在移植过程中需要注意的问题
• 4.2 主控制器固件程序设计
• 4.2.1 系统软件的任务
• 4.2.2 USB通信任务
• 4.3 可编程逻辑控制器程序设计
• 4.3.1 主控制器逻辑
• 4.3.2 红外光发射逻辑和扫描逻辑
• 4.4 多点触摸坐标的识别
• 4.5 上位机测试程序设计
• 4.6 本章小结
• 5 红外触摸屏系统调试
• 5.1 系统软硬件调试
• 5.1.1 电源电路调试
• 5.1.2 主控器及相关电路调试
• 5.1.3 可编程逻辑控制器调试
• 5.1.4 发光管和接收管电路调试
• 5.1.5 板间RS-485通信调试
• 5.2 系统功能测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢