電源電路：
電源在整個系統(tǒng)中也起著很重要的作用，將很大程度上影響整個系統(tǒng)是否能夠正常的工作。本文中的電源電路中主要由5V和3.3V電源模塊構(gòu)成。
5V電壓是通過外部的電源來提供，它一部分主要提供給紅外發(fā)射電路的驅(qū)動芯片74HC595,并驅(qū)動所有的紅外發(fā)射管。還需提供給紅外接收電路的驅(qū)動芯片ADS7830。另一部分則被轉(zhuǎn)換為3. 3V提供給微處理器芯片LPC2132，串口通信接口芯片Max3490。由于每支紅外發(fā)射管的電流在10-100mA間變化，所以外部的電源模塊必須滿足輸出電流為2A。在5V轉(zhuǎn)換為3.3V電路中是通過SPX1117M3和濾波電路輸出得到的。其中，SPX 1117M3是Sipex公司生產(chǎn)的,輸出電流可達(dá)800mA,輸出電壓的精度在士 1%以內(nèi)，還具有電流限制和熱保護(hù)功能。SPX1117系列的芯片有很低的靜態(tài)電流，在滿負(fù)載時其低壓差僅為1.1V,當(dāng)輸出電流減少時，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。轉(zhuǎn)換電路如下圖：
在其輸入端和輸出端使用一個0.1 uF及470uF的鈕電容來改善SPX1117的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。
高分辨率的實現(xiàn)：
觸換屏的分辨率是通過在屏上x方向所能探測的點(diǎn)數(shù)與Y方向上所能探測的點(diǎn)數(shù)的乘積來表示的。早期紅外觸摸屏是根據(jù)接收管有無接收到光信號來判斷是否被觸換的，其分辨率則由紅外管的對數(shù)決定，因此它的分辨率就等十屏的物理分辨率，即當(dāng)紅外觸摸屏的X方向上有120對紅外管，Y方向上有45對紅外管時，它的分辨率為120x45。這樣觸換屏的分辨率比較低。
但實際上當(dāng)物體觸換后，不同的觸摸位置不僅會影響到紅外接收管是否能接收到信號，會影響到其接收信號的強(qiáng)度有所不同。即觸摸物的位置與接收的紅外光信號強(qiáng)度有直接的對應(yīng)關(guān)系。岡此如果將接收的紅外光信號強(qiáng)度進(jìn)行量化分級處理，對十接收管不僅要判斷是否收到信號，還要判斷出接收到的信號的具_(dá)體強(qiáng)度，這樣即使觸摸物移動非常小的距離，由十收到的信號強(qiáng)度發(fā)生了改變，也可探測到觸摸位置，從而可以得到極高的分辨率。此時的觸摸屏分辨率主要由紅外管對數(shù)和每對紅外管的光強(qiáng)量化級數(shù)決定。觸摸屏坐標(biāo)則由紅外管的物理坐標(biāo)和觸換點(diǎn)在相應(yīng)管中的坐標(biāo)共同決定為了驗證并得到觸摸物的位置與接收的紅外光信號強(qiáng)度的關(guān)系，本文中做了遮擋位置和接收電壓的實驗，實驗裝置如下所示：
位置與電壓關(guān)系
通過曲線可以看出遮擋的位置與輸出電壓是一種近似的線性關(guān)系，閃此觸摸物的位置與接收的紅外信號強(qiáng)度建立起了一種線性的對應(yīng)關(guān)系。基于以上的原理，在“0”狀態(tài)下采集紅外接收管的光強(qiáng)信號作為零點(diǎn)值，在“1”狀態(tài)下采集紅外接收管的光強(qiáng)信號作為滿度值，這樣將兩次釆集到的紅外接收管的光強(qiáng)歸一化進(jìn)行256級量化，即接收到的光強(qiáng)信的值的取值范圍為0～255。這樣得到的最小的分辨率為0.0195，即在0.0195mm的距離上即可探測到一個點(diǎn)。由設(shè)計的紅外觸摸屏的尺寸為600mmX225，所以理論上可以在屏上探測到30769X11538個點(diǎn)，大大提高了紅外觸摸屏的分辨率.但由于顯示屏的分辨率為2048X768,所以只需將光強(qiáng)信號進(jìn)行32級量化即可實現(xiàn)。
抗強(qiáng)光干擾的實現(xiàn)：
紅外觸摸屏主要依靠紅外光工作，對環(huán)境光照因素的變化比較敏感。太陽光中紅外光約占50%，在有太陽光的環(huán)境使用紅外觸換屏?xí)艿綐O大干擾，在光照變化較大時會引起誤動作。為了更奵增強(qiáng)紅外觸摸屏的抗光干擾的性能，現(xiàn)有的技術(shù)中主要釆用兩種方式:一種是在電路上進(jìn)行修改調(diào)整;另一種是不讓或少讓外界光照射在紅外管，即物理防光。下面介紹幾種方案：
1、脈沖方式抗干擾。紅外探測采用脈沖方式，即紅外發(fā)射管發(fā)射一個固定頻率的信號，接收方只對這一頻率進(jìn)行檢測。為提高抗干擾能力，對發(fā)射管和接收管均釆用相同固定頻率掃描，發(fā)射管發(fā)射固定頻率的信號，同時以同樣頻率對相對應(yīng)的接收管進(jìn)行信號的釆集。
2、采用差動輸入濾除干擾信號，在接收管附近設(shè)少蛍同型號紅外接收管接收環(huán)境光中的紅外信號，對十釆集的紅外脈沖和環(huán)境光中紅外光的混合信號，釆用差動輸入的方式濾除干擾信號。
3、對接收管可加裝紅外濾光片或進(jìn)行環(huán)氧封裝以濾除部分光干擾。紅外發(fā)射管前端加裝凸透鏡有利十增加接收光的強(qiáng)度，從而增加各等級信號間強(qiáng)度的差值，減弱接收信號對干擾信號的“敏感度”，提高抗光干擾能力。
本文設(shè)計中為了排除周圍環(huán)境光的干擾得到準(zhǔn)確的觸摸位置，在計算觸摸位置時確定每對管子的域值作為判斷是否有手指觸摸的依據(jù)。域值的選定對于紅外觸摸屏是否能夠正常的工作，是否能夠正確的判斷觸摸起著至關(guān)重要的作用。
域值的確定是通過對每對管子的“0”態(tài)和“1”態(tài)時數(shù)據(jù)釆樣實現(xiàn)，并默認(rèn)設(shè)定“0”態(tài)和“1”態(tài)時的數(shù)據(jù)之和的一半為域值。"0”態(tài)，即將所有的發(fā)射管進(jìn)行一次淸零，此時的發(fā)射管都為熄火狀態(tài)，理想狀態(tài)下采樣得到的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換值應(yīng)全部為0;"1”態(tài)，即將所有的發(fā)射管逐個點(diǎn)亮，此時的發(fā)射管在某一時刻只有一支被點(diǎn)亮，理想狀態(tài)下采樣得到的是接收管接收相對應(yīng)發(fā)射管的光強(qiáng)信號。
但在實際應(yīng)用中，這兩種狀態(tài)的光強(qiáng)信號都會不同程度上受到外界光的影響。對于“0”態(tài)，所有的紅外發(fā)射管都是未被點(diǎn)亮的，但由于外界光的干擾，接收的這些轉(zhuǎn)換值并不是0，對于“1”態(tài)，紅外發(fā)射管逐個點(diǎn)亮，由于外界光的干擾存在，使得紅外接收管接收的是接收管接收相對應(yīng)發(fā)射管的光強(qiáng)信號及外界光信號。同時，在整個掃描的過程中，外界光是實時變化的，這樣不同時刻采集到的數(shù)據(jù)和最初得到的域值相比較后就可能造成錯誤的觸換判斷，引起觸摸屏的誤操作。這些因素導(dǎo)致紅外觸摸屏無法正常正確的判斷觸換位置。
本文中主要釆用動態(tài)調(diào)節(jié)域值和安裝對傳播方向敏感的光準(zhǔn)直溝道相結(jié)合的方法增強(qiáng)了紅外觸摸屏的抗干擾能力。
具體的方法如下：
1、安裝對傳播方向敏感的光準(zhǔn)直溝道進(jìn)行過濾，可以實現(xiàn)在水平方向上光透過率很高對于傾斜方向入射的光衰減極大，盡可能的衰減外界光
2、對每支紅外接收管得到的“0”態(tài)和“1”態(tài)時的光強(qiáng)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)行歸一化處理，則“0”態(tài)時的模數(shù)轉(zhuǎn)換值對應(yīng)值為0，"1”態(tài)時的模數(shù)轉(zhuǎn)換值對應(yīng)為 OxFF;
3、當(dāng)觸摸屏上未發(fā)生任何觸換動作時，微處理器將不停的采集每支紅外接收管“0”態(tài)和“1”態(tài)時的光強(qiáng)信號，并確定域值，作為判斷是否被觸換以及計算觸換位置的依據(jù)；
4、當(dāng)微處理器探測到發(fā)生抬手動作后，將不停的采集每支紅外接收管“0"態(tài)和“1”態(tài)時的光強(qiáng)信號，并確定域值，作為下一次判斷是否被觸摸以及觸換位置的依據(jù)；
利用自動量程照度計測量得到:未進(jìn)行以上的抗強(qiáng)光處理時，紅外觸摸屏只能工作在低于3500勒克司的環(huán)境光下;當(dāng)安裝光準(zhǔn)直溝道后，紅外觸摸屏可工作在7500勒克司的環(huán)境光下;當(dāng)動態(tài)調(diào)節(jié)域值并結(jié)合光準(zhǔn)直溝道后，紅外觸摸屏可工作在17600勒克司的環(huán)境光下。
通過以上的抗強(qiáng)光處理，紅外觸換屏的抗強(qiáng)光干擾能力提高了近3倍。
多觸點(diǎn)實現(xiàn)：
由于在給定的時間里，觸摸屏檢測系統(tǒng)只接收唯一的一組位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如果在給定時間內(nèi)把兩個或兩個以上的觸摸點(diǎn)都按下，則多個觸摸信號就會在該時段重疊起來，釆集得到的觸摸地點(diǎn)不是實際觸摸的地點(diǎn)。如下圖所示
A點(diǎn)為第一個發(fā)生觸摸事件的地點(diǎn)，經(jīng)探測后生成第一組定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可釆集到第一個觸摸事件發(fā)生的實際地點(diǎn)。當(dāng)用戶離開A點(diǎn)后觸摸D點(diǎn)生成第二組觸摸信號，可以采集到第二個觸摸事件的實際地點(diǎn)。在給定的時間里，將A點(diǎn)和D點(diǎn)都按下,則第一組信號和第二組信號就會在該時間內(nèi)重疊起來，微處理器會算出多個位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由此得到的觸摸點(diǎn)可能是A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)中的一個，使得觸換屏不能正確地響應(yīng)用戶的操作。
隨著觸換屏技術(shù)的發(fā)展，多點(diǎn)觸換的電阻觸換屏和電容觸摸屏相繼問世。與此同時，在機(jī)載顯示中，很多情況下需要調(diào)節(jié)局部區(qū)域的亮度或是處理局部區(qū)域的圖像信號。為了實現(xiàn)這樣的功能，需要在觸換屏操作過程中必須能夠進(jìn)行多觸點(diǎn)的動作來劃定所需要的區(qū)域。多點(diǎn)觸摸的紅外觸摸屏的開發(fā)設(shè)計迫在眉睫。現(xiàn)在市場上推出了幾種關(guān)于紅外觸摸屏的多點(diǎn)觸摸設(shè)計方案：
1，設(shè)計一復(fù)雜的輔助判斷電路來增強(qiáng)紅外觸摸屏對多個觸摸點(diǎn)的判斷力；
2、在紅外觸摸屏的外邊緣額外附加一個或兩個攝像頭來區(qū)分多個觸摸點(diǎn)
3、不改變硬件通過檢測觸摸事件發(fā)生的先后順序來識別多個觸摸點(diǎn)；
4、在一個掃描周期內(nèi)，一個紅外接收元件在不同的時刻來接收來自兩個不同位置的紅外發(fā)射元件來發(fā)出的光線，從而來區(qū)分多個觸摸點(diǎn)；
5、利用同軸和離軸的發(fā)射和接收管之間的被觸摸物隔斷的光線，在一個掃描方向上觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)值，在另一個方向上確定觸摸點(diǎn)的大致坐標(biāo)值并初步剔除偽觸點(diǎn);然后再在另一個方向上使用相同的方法，最終得到所有的觸摸點(diǎn)的精確坐標(biāo)值，同時剔除偽觸摸點(diǎn)
本文中釆用判斷記錄觸摸的位置，然后再根據(jù)被觸摸的先后順序來剔除偽觸摸點(diǎn)，從而得到精確的坐標(biāo)點(diǎn)。只體的實現(xiàn)方法如下:對于所示，當(dāng)A點(diǎn)和D點(diǎn)同時被觸摸，首先根據(jù)觸摸動作在A點(diǎn)和D點(diǎn)上發(fā)生的事件上的先后差別，記錄下第一個觸摸動作的位置坐標(biāo)，記為A點(diǎn)(X1，Y1),并保存這個觸換點(diǎn)。當(dāng)?shù)诙€觸摸動作疊加在第一個觸摸動作上時，微處理器會得到多組的位置坐標(biāo)(X1, X1，X2，Y2)，從而判斷出有新的觸摸點(diǎn)加入，通過比較現(xiàn)有的位置坐標(biāo)(X1，Y1)，D點(diǎn)的坐標(biāo)不可能與A點(diǎn)在任一方向上平行從而排除其他的坐標(biāo)(X1，Y1)，（X2，Y2)的可能。由此確定另外的一個觸摸點(diǎn)D點(diǎn)的坐標(biāo)為(X2，Y2)，
這樣實現(xiàn)區(qū)分出了兩個觸摸點(diǎn)。
具體的工作流程如下圖:
本文分別從微控制器電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電源電路幾個方面描述了整個紅外觸換屏的硬件架構(gòu)，并主要闡述了紅外觸觸屏的高分辨率、抗強(qiáng)光干擾、多觸摸點(diǎn)的眞體實現(xiàn)方法。通過這樣的硬件設(shè)計，釆集處理得到觸換的位置信息，并傳送給主機(jī)進(jìn)行驗證。
