基于HID类的红外触摸屏的研究与实现

【摘要】如今,触摸和多点触摸技术已经普遍应用于各类电子产品中,从小型的移动互联网终端到展厅的大型显示屏幕,越来越多的设备开始从硬件上满足用户期望的更加自然、直观的人机交互要求。红外式触摸在中大型尺寸屏幕应用中有其独特的优势,其安装简单,成本低廉,透光性好,且不易造成显示图像质量的下降。本文在研究各类常见触摸技术实现原理和优缺点的基础上,设计并实现一种尤其适用于超大屏幕的基于USBHID类协议的红外式触摸屏。为了支持多点触摸识别,传统的红外式触摸屏在屏幕的四周排列两组红外发射接收对管,有的甚至通过额外增加一层红外发射接收对管以构成三个坐标轴,从而消除伪触点,这些技术不仅造成红外屏的结构更加复杂,更长的扫描时间,而且对于超大型屏幕来说,由于红外发射管和红外接收管相隔距离过大,会造成发射出的红外光线严重衰减,影响相对红外接收管的正常感应。由于用户的操作高度受其身高水平的影响,一般高度在两米左右,位于红外光线传播的有效距离范围。因此,本系统只在屏幕的上下两边安装一组红外发射接收对管,并提出一种新的对应结构的多点触摸定位算法,这样便可以将其应用于超大尺寸显示屏上。常见的红外式触摸屏通常采用RS-232串口与主机进行通信,不仅需要外接额外的电源,还要开发相应的驱动程序。尽管也有采用USB供电并使用USB接口与主机通信的红外触摸屏,但仍需开发相应的USB设备驱动程序。本文中的红外触摸屏系统是基于USBHID协议开发的。自Windows98操作系统开始操作系统就自带有HID类设备的驱动程序,当该类设备接入主机后,只需依据HID协议返回主机请求的描述符,使主机成功识别设备后,USB总线驱动程序就能自动加载系统中的驱动程序使其正常工作。基于HID类协议的触摸设备可以真正实现即插即用功能,无需安装任何的上位机程序。高分辨率和抗光干扰能力是红外触摸屏设计与生产者不得不考虑的问题。传统的红外式触摸屏的分辨率较低,主要通过简单地增加红外二极管的数量来提高系统的分辨率。在本系统中,将接收到的红外光线强度进行量化分级,使得原本一个像素点,可以细分为更多的像素点,从而有效提高了系统的单位分辨率。红外式触摸屏的红外接收管很容易受到环境中红外光源的影响,所以本系统结合环境中红外光的特点,对提高系统的抗光干扰能力做了几点改进：第一,由于环境中的红外光比较稳定,所以通过使红外发射管发出高频的红外光,再通过RC高通滤波器就可以有效的过滤环境中低频的稳定的红外光源；第二,由于环境中红外光可能会在不同的时间,其强弱也不同,所以为了更好的进行A/D转换,电路中添加了一个可选不同倍数的放大电路,以均匀地映射到ADC的输入电压值范围；最后,考虑环境中的光源大多由上方照射下来,所以将系统的红外接收管放置在屏幕的上边,可以在一定程度上减少其对环境光的接收,提高系统的抗光干扰能力。
【作者】王允；
【导师】吴建国；
【作者基本信息】安徽大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】红外触摸屏；多点触摸；USB；HID；光干扰；分辨率；

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