適用于強(qiáng)環(huán)境光的紅外觸摸屏電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種紅外觸摸屏電路，尤其是涉及一種適用于強(qiáng)環(huán)境光的紅外觸摸屏電路。
【背景技術(shù)】
[0002]基于紅外原理的觸摸屏設(shè)備，通常都采用紅外發(fā)光二極管作為發(fā)光源，紅外光敏二極管或紅外光敏三極管作為接收傳感器。當(dāng)有手指、筆等發(fā)生點擊屏幕的操作時，會使接收傳感器接收到的由發(fā)光源發(fā)出的紅外光線出現(xiàn)被局部遮擋的情況。觸摸屏控制器從而可以判斷是否有觸摸操作發(fā)生以及確定相應(yīng)觸摸點的位置。
[0003]在許多實際應(yīng)用場合中，裝有紅外觸摸屏的設(shè)備會放置在有強(qiáng)環(huán)境光直射、折射或者反射的位置。比如室外、辦公室內(nèi)靠近玻璃幕墻的位置、有強(qiáng)鹵光燈、射燈的會場或者演播室等。
[0004]由于太陽光、鹵光燈等光源中有非常強(qiáng)的紅外分量，會嚴(yán)重影響接收傳感器，往往會導(dǎo)致接收到有效信號在環(huán)境光產(chǎn)生的干擾中無法被有效的區(qū)分開來，從而影響到最終的使用效果。對于大尺寸的紅外觸摸屏，能夠被接收傳感器接收到的有效信號更加微弱，因此強(qiáng)光干擾會顯得更加嚴(yán)重。這也是紅外觸摸屏一直以來都主要應(yīng)用于室內(nèi)，而無法大規(guī)模應(yīng)用于室外或者強(qiáng)光場景的主要原因。
[0005]為了克服上述問題，目前主要使用的方法包括:從觸摸屏的外框結(jié)構(gòu)上盡量減少可能入射到接收傳感器的外部環(huán)境光；在接收傳感器上增加隔離非紅外光線的涂層；降低觸摸屏后級電路中對接收信號的放大、增加觸摸屏紅外發(fā)光源的強(qiáng)度；或者調(diào)制紅外發(fā)光源等。
[0006]但是上述方案都有自身的局限，如:
[0007]外框結(jié)構(gòu)的調(diào)整可以大幅度減少入射到傳感器上的環(huán)境光，但是對于很多特定角度擺放的觸摸設(shè)備還是會有問題。當(dāng)環(huán)境光經(jīng)過直射、折射或反射后，依然可以比較明顯的影響的傳感器。
[0008]傳感器上增加涂層雖然可以有效阻隔可見光等非紅外分量，但是對于紅外分量本身是不進(jìn)行過濾的。因此對于環(huán)境光中的紅外分量則幾乎沒有任何效果的。
[0009]降低接收電路中對信號的放大，可以防止過強(qiáng)的環(huán)境光信號造成接收端的飽和，但本質(zhì)上會直接降低信噪比。造成后級信號處理的困難。
[0010]增加紅外發(fā)光源的強(qiáng)度，可以有效提高信噪比，并克服一定強(qiáng)度的環(huán)境光。但是由于發(fā)光源強(qiáng)度的提升，會大幅度增加系統(tǒng)功耗，并且隨著發(fā)光源發(fā)光強(qiáng)度的增加，對紅外發(fā)光源的壽命也會產(chǎn)生影響。
[0011]調(diào)制紅外光源是另一種常用并有效的方法。通常陽光等環(huán)境光是一個變化緩慢的直流分量，而將紅外光源調(diào)制后，可以在接收電路中通過比較成熟的濾波電路將有效信號提取出來。但是，如果采用高頻調(diào)制，一般會大幅度的增加系統(tǒng)成本和設(shè)計復(fù)雜度。而采用開關(guān)模式的調(diào)制，則需要多次的開關(guān)紅外發(fā)射燈來保證能夠有效采樣到信號的包絡(luò)，從而會大幅度增加單次信號的采樣周期，造成在大尺寸紅外觸摸屏，尤其是多點應(yīng)用中采樣頻率過低的問題，并最終影響觸摸的效果。
【實用新型內(nèi)容】
[0012]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適用范圍廣、實現(xiàn)成本低、電路結(jié)構(gòu)簡單、性能高的適用于強(qiáng)環(huán)境光的紅外觸摸屏電路，。
[0013]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0014]一種適用于強(qiáng)環(huán)境光的紅外觸摸屏電路，其特征在于，包括多個受控紅外發(fā)光源、多個與受控紅外發(fā)光源對應(yīng)的紅外接收傳感器及其信號處理電路以及主控制器，所述的主控制器分別與受控紅外發(fā)光源和紅外接收傳感器及其信號處理電路連接；
[0015]所述的主控制器控制多個受控紅外發(fā)光源進(jìn)行快速開關(guān)切換，所述的紅外接收傳感器及其信號處理電路接收受控紅外發(fā)光源的信號，并對其中的環(huán)境光進(jìn)行濾除。
[0016]所述的受控紅外發(fā)光源包括依次連接的供電模塊、開關(guān)切換模塊和紅外發(fā)光二極管，所述的開關(guān)切換模塊與主控制器連接；
[0017]所述的供電模塊，將觸摸屏的輸入電源通過電壓電流轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成直接驅(qū)動紅外發(fā)光二極管的電源；
[0018]所述的開關(guān)切換模塊，受主控制器的控制，控制紅外發(fā)光二極管的快速打開或者關(guān)閉。
[0019]所述的開關(guān)切換模塊包括分別與主控制器連接的P-MOSFET和N-MOSFET，所述的主控制器通過控制信號打開P-MOSFET和N-M0SFET，所述的紅外發(fā)光二極管接通電源、打開發(fā)光；當(dāng)P-MOSFET和N-MOSFET任意一個關(guān)閉后，所述的紅外發(fā)光二極管斷開電源、停止發(fā)光。
[0020]所述的紅外接收傳感器及其信號處理電路包括依次連接的紅外接收傳感器、第一級信號放大電路和第二級信號放大電路；
[0021]所述的紅外接收傳感器的輸出連接到第一級信號放大電路的輸入，所述的第一級信號放大電路的輸出連接到第二級信號放大電路的輸入，所述的第二級信號放大電路的輸出連接到主控制器。
[0022]所述的紅外接收傳感器包括依次串聯(lián)的紅外光敏二極管以及電阻。
[0023]所述的第一級信號放大電路包括由第一運(yùn)算放大器為核心構(gòu)成的第一運(yùn)放放大電路和第一增益配置電路。
[0024]所述的第一運(yùn)算放大器為低噪聲高速軌對軌輸入輸出運(yùn)算放大器。
[0025]所述的第二級信號放大電路包括電容、由第二運(yùn)算放大器為核心構(gòu)成的運(yùn)放放大電路和第二增益配置電路，所述的電容串聯(lián)在第一級信號放大電路的輸出和第二運(yùn)算放大器的輸入之間。
[0026]所述的第二運(yùn)算放大器為低失調(diào)電壓軌對軌輸入輸出運(yùn)算放大器。
[0027]所述的主控制器包括比較器電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和主控制器供電部分，所述的比較器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入分別與第二級信號放大器的輸出連接，所述的比較器電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出分別與單片機(jī)連接，所述的主控制器供電部分分別與比較器電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)連接。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0029]I)提高了使用范圍，可以實現(xiàn)紅外觸摸屏在室外以及強(qiáng)環(huán)境光場合的應(yīng)用。
[0030]2)實現(xiàn)成本低，僅需要從電路設(shè)計就可以實現(xiàn)對紅外感應(yīng)信號中強(qiáng)環(huán)境光分量的過濾，不依賴觸摸屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及實際應(yīng)用場合中對于觸摸屏放置的位置和角度。
[0031]3)性能好，在強(qiáng)環(huán)境光存在的情況下，依舊保持幾乎相同的信噪比。
[0032]4)在強(qiáng)環(huán)境光存在的情況下，不需要增加紅外發(fā)光源的功率，降低功耗，延長工作壽命O
[0033]5)電路結(jié)構(gòu)比較簡單，實現(xiàn)成本比較低。
[0034]6)可以使紅外觸摸屏保持較短的采樣周期，提高紅外觸摸屏、尤其是大尺寸紅外觸摸屏的掃描頻率，提高性能。
【附圖說明】
[0035]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本實用新型受控紅外發(fā)光源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3為本實用新型紅外接收傳感器及其信號處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4為本實用新型主控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖5為本實用新型開關(guān)切換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖6為本實用新型第二級信號放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042]實施例
[0043]如圖1所示，一種強(qiáng)環(huán)境光下可工作的紅外觸摸屏電路，由多個受控紅外發(fā)光源1、多個紅外接收傳感器及其信號處理電路2以及主控制器3組成。
[0044]如圖2所示，上述的受控紅外發(fā)光源，由供電模塊11、開關(guān)切換模塊12和紅外發(fā)光二極管13組成。
[0045]上述的供電模塊11，將觸摸屏的輸入電源通過常規(guī)的電壓電流轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成可以直接驅(qū)動紅外發(fā)光二極管13的電源。
[0046]上述開關(guān)切換模塊12，受主控制器3的控制，控制紅外發(fā)光二極管13的快速打開或者關(guān)閉。一般可以通過快速切斷或?qū)t外發(fā)光二極管13的供電來實現(xiàn)，從而產(chǎn)生單個或多個脈沖光信號。
[0047]如圖3所示，上述的紅外接收傳感器及其信號處理電路2，由紅外接收傳感器21、第一級信號放大電路22、第二級信號放大電路23組成。
[0048]紅外接收傳感器21的輸出信號連接到第一級信號放大電路22的輸入，第一級信號放大電路22的輸出連接到第二級信號放大電路23的輸入。第二級信號放大電路23的輸出，連接到主控制器3。
[0049]上述的紅外接收傳感器21，由紅外光敏二極管21a以及電阻21b串聯(lián)組成。通常紅外光敏二極管可以選取直徑為3麗或者5麗規(guī)格的通用產(chǎn)品；電阻21b可以選取IK?100K 間。
[0050]上述的第一級信號放大電路22，由運(yùn)算放大器22a為核心構(gòu)成的運(yùn)放放大電路、增益配置電路組成。
[0051]上述的運(yùn)算放大器22a，選用低噪聲高速軌對軌輸入輸出運(yùn)算放大器。
[0052]上述的運(yùn)放放大電路，選用成熟的正比例或者反比例電壓放大電路來實現(xiàn)，將紅外接收傳感器21傳輸進(jìn)來的信號根據(jù)增益配置電路的增益配置進(jìn)行放大。
[0053]上述的增益配置電路，可以集成在運(yùn)算放大器22a中，也可以獨立在運(yùn)算放大器22a外部作為外部電路來控制和調(diào)整第一級信號放大電路22的增益。通常增益范圍在5?100倍