1硬件平臺(tái)
1.1工作原理
紅外觸摸屏主要基于在屏幕四邊放置紅外發(fā)射管和紅外接收管,。本系統(tǒng)中的微處理器控制驅(qū)動(dòng)電路依次接通紅外發(fā)射管并檢查相應(yīng)的紅外接收管，從而形成橫豎交叉的紅外線陣列,，并得到定位的信息,。本文通過(guò)ARM7對(duì)移位鎖存器的控制來(lái)對(duì)紅外發(fā)射管進(jìn)行逐個(gè)掃描，同時(shí),，ARM7通過(guò)地址線和數(shù)據(jù)線來(lái)尋址每個(gè)相應(yīng)的紅外接收管,，從而得到相應(yīng)的光通量值。其控制原理如圖1所示,。
本系統(tǒng)中的移位鎖存器具有移位和存儲(chǔ)兩個(gè)時(shí)鐘,。ARM7通過(guò)IO口控制移位鎖存器的這兩個(gè)時(shí)鐘以及數(shù)據(jù)輸入端。通過(guò)數(shù)據(jù)輸入端將一個(gè)脈沖寫(xiě)入移位寄存器后,，在移位時(shí)鐘的上升沿即可將寫(xiě)入的數(shù)據(jù)移人寄存器,，并在存儲(chǔ)時(shí)鐘的上升沿將數(shù)據(jù)置入鎖存器中。利用移位鎖存器的這一特點(diǎn),，可在移位時(shí)鐘的上升沿將脈沖移至發(fā)射管,，并在存儲(chǔ)時(shí)鐘的上升沿點(diǎn)亮發(fā)射管。寫(xiě)入的脈沖會(huì)隨移位時(shí)鐘上升沿的到來(lái)不斷的移位,，直到從輸出端移出,。將第一個(gè)移位鎖存器的輸出端與下一級(jí)的輸入端相連,，可將寫(xiě)入的脈沖移人下一級(jí)。因此,，通過(guò)移位鎖存器的級(jí)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)ARM7對(duì)更多的發(fā)射管的驅(qū)動(dòng),。結(jié)合以上特點(diǎn)，即可將發(fā)射管逐個(gè)點(diǎn)亮,。
在發(fā)射管被點(diǎn)亮的時(shí)刻,，ARM7將通過(guò)地址線尋址與發(fā)射管位置上相對(duì)應(yīng)的接收管，并將接收感應(yīng)到的光通量通過(guò)放大器和AD轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)換成8位數(shù)據(jù),，再通過(guò)數(shù)據(jù)線傳送給ARM7進(jìn)行處理,。通過(guò)這樣處理可使發(fā)射管與接收管一一對(duì)應(yīng)，從而為確定觸摸位置奠定基礎(chǔ),。紅外觸摸屏的具體工作流程如圖2所示,。
1.2高分辨率的實(shí)現(xiàn)
早期的紅外觸摸屏的分辨率直接由紅外對(duì)管數(shù)決定，對(duì)于接收管來(lái)說(shuō),，只有接收到和沒(méi)有接收到信號(hào)兩種情況,，觸摸分辨率就等于屏的物理分辨率。因此其觸摸屏的分辨率比較低,。
但如果將接收的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行量化分級(jí),，那么，對(duì)于接收的信號(hào),，不僅要判斷是否被阻擋,，還要判斷出被阻擋的程度，觸摸物的不同位置將決定是否有接收信號(hào)且接收信號(hào)的強(qiáng)度也有所不同,，因此觸摸物的位置與接收的紅外信號(hào)強(qiáng)度有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，即使觸摸物移動(dòng)非常小的距離也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生改變，從而可以得到極高的分辨率,。該情況下的觸摸屏分辨率主要由紅外對(duì)管數(shù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換精度決定,，其觸摸屏分辨率為紅外對(duì)管數(shù)與單對(duì)紅外管能實(shí)現(xiàn)的分辨率的乘積。觸摸屏坐標(biāo)由紅外管的物理坐標(biāo)和觸摸點(diǎn)在相應(yīng)管中的坐標(biāo)共同決定,?；谝陨显恚梢詫⒚看尾杉降募t外接收管的光通量進(jìn)行256級(jí)量化,，這樣,，得到的最小分辨率就是接收管的寬度／256，從而大大提高了紅外觸摸屏的分辨率,，該方法可以達(dá)到2046×768的精度,。
1.3觸摸位置的計(jì)算
為了得到準(zhǔn)確的觸摸位置，在計(jì)算觸摸位置時(shí)必須排除周圍環(huán)境光的干擾。為此,，本文通過(guò)確定每對(duì)管子的域值來(lái)作為判斷是否有手指觸摸的依據(jù),。該域值的確定可通過(guò)對(duì)每對(duì)管子的“0”態(tài)和“1”態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)。 “0”態(tài),，即將所有的發(fā)射管進(jìn)行一次清零,，此時(shí)的發(fā)射管都為熄滅狀態(tài),，這樣,，采樣得到的就是接收管接收到的周圍光的光通量；“1”態(tài),，即將所有的發(fā)射管逐個(gè)點(diǎn)亮,，此時(shí)的發(fā)射管在某一時(shí)刻只有一只被點(diǎn)亮，采樣得到的是接收管接收對(duì)應(yīng)發(fā)射管及周圍光的光通量,。
本文中的紅外觸摸屏的觸摸位置的計(jì)算主要是通過(guò)遮擋時(shí)與未遮擋時(shí)的光強(qiáng)比來(lái)得到的,。在判斷觸摸位置時(shí)，可以先確定被遮擋的管子,，計(jì)算得到被遮擋的大致位置,。若被遮擋的管子為第N個(gè)管子，這個(gè)被遮擋的大致位置為L(zhǎng)d,，則有：
Ld=(N-1)×管子的寬度
由于手指遮擋時(shí)有一定的區(qū)域,，所以遮擋時(shí)有兩種可能：其一是在被確定的管子的前面；其二是在被確定的管子處,。圖3所示為手指遮擋示意圖,。
為了精確計(jì)算，需要計(jì)算這兩種情況下位置的偏移量△L1和△L2,。則有：
其中,，L為第N個(gè)管子被遮擋時(shí)的位置?！鱈1為手指在被確定的管子的前面時(shí)的偏移量,。△L2為手指在被確定的管子處時(shí)的偏移量,，XN為掃描時(shí)采樣第N個(gè)管子接收到的數(shù)據(jù),，XNmax為“1”態(tài)時(shí)采樣第N個(gè)管子接收到的數(shù)據(jù)．XNmin為“0”態(tài)時(shí)采樣第N個(gè)管子接收到的數(shù)據(jù)。
2鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)
ARM7作為硬件上的核心控制芯片,，只能進(jìn)行采集以得到觸摸位置信息,，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鼠標(biāo)動(dòng)作。所以,，必須通過(guò)主機(jī)端的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn),。本文中的驅(qū)動(dòng)程序可通過(guò)VC++編程來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信和鼠標(biāo)動(dòng)作，從而完成軟件結(jié)合硬件對(duì)鼠標(biāo)的驅(qū)動(dòng),。
2.1 串口通信
為了使主機(jī)能夠接收ARM7通過(guò)串口傳送的觸摸位置,，可利用Microsoft公司提供的ActiveX控件Microsoft Communications Control,，并通過(guò)VC++編程來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信。通過(guò)在該控件中的設(shè)置可指定通信串口號(hào),，同時(shí)可設(shè)置波特率,、校驗(yàn)位、停止位,、數(shù)據(jù)位等通信參數(shù),，以及接收OnComm事件門(mén)限值。其具體代碼如下：
由于傳統(tǒng)的鼠標(biāo)是一種相對(duì)定位系統(tǒng),，它只和前一次鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)有關(guān),。而觸摸屏則是一種絕對(duì)坐標(biāo)系，與相對(duì)定位系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別,。因此,，本文通過(guò)主機(jī)從串口接收到的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換來(lái)得到屏幕坐標(biāo)，即觸摸屏的坐標(biāo)范圍為(0,，0)到(2048,，768)。而ARM7只能通過(guò)串口發(fā)送字節(jié),，且只能發(fā)送小于256的數(shù)據(jù),，所以很難實(shí)現(xiàn)直接傳輸。因此,，在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí),，應(yīng)將采集得到的位置數(shù)據(jù)的每個(gè)位上的數(shù)分別進(jìn)行傳送。與此同時(shí),，主機(jī)端從串口接收緩沖區(qū)并取出數(shù)據(jù),，然后在驅(qū)動(dòng)程序中將這些數(shù)據(jù)重新組合起來(lái)以得到觸摸位置信息。另外,，為了實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的不同動(dòng)作,，也應(yīng)分別發(fā)送不同的控制字。每次串口通信的數(shù)據(jù)格式如下：
其中,，X為觸摸位置的橫坐標(biāo),，X1為X百位上的數(shù)，X2為X十位上的數(shù),，X3為X個(gè)位上的數(shù),；Y為觸摸位置的縱坐標(biāo)，Y1為Y百位上的數(shù),，Y2為Y十位上的數(shù),，Y3為Y個(gè)位上的數(shù)。
由于剛接收的數(shù)據(jù)為VARIANT類型，故需將其轉(zhuǎn)化為int型變量來(lái)進(jìn)行以上坐標(biāo)的組合,。該轉(zhuǎn)換過(guò)程是先將VARIANT類型變量賦值COle-SafeArray類,，再利用COleSafeArray類中的成員函數(shù)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入BYTE型數(shù)組中，最后將BYTE型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為int型,。
2.2鼠標(biāo)動(dòng)作
鼠標(biāo)動(dòng)作在觸摸屏的應(yīng)用中甚為重要,。它主要包括鼠標(biāo)的定位，鼠標(biāo)的移動(dòng),，鼠標(biāo)的左鍵單擊和雙擊,，以及鼠標(biāo)的右鍵單擊。在VC++編程中,，可通過(guò)使用API函數(shù)中的mouse_event來(lái)模擬鼠標(biāo)事件,，以實(shí)現(xiàn)以上的鼠標(biāo)動(dòng)作,。其實(shí)現(xiàn)代碼如下：
定位：SetCursorPos(X,，Y)；
左鍵單擊：mouse_event((MOUSEEVENTF_LEFYDOWN,，0,，0，0,，0),；
mouse_event(MOUSEEVENTF_LEFTUP，0,，0,，0，0),；
在模擬鼠標(biāo)動(dòng)作的同時(shí),，一個(gè)很重要的處理步驟是屏蔽采集數(shù)據(jù)時(shí)受到的干擾。另外,，使鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)平滑化也不容忽視,。
圖4是通過(guò)matlab軟件對(duì)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各坐標(biāo)繪制的曲線圖。通過(guò)曲線可以看到,，硬件上的干擾會(huì)造成采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變點(diǎn),，曲線上有很多毛刺。這也合理的解釋了鼠標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)出現(xiàn)回跳和抖動(dòng),，不能平滑運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象,，因此必須屏蔽這些干擾。
針對(duì)突變點(diǎn),，本文采用了比較法來(lái)克服,。所謂比較法，就是將后一次接收到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與前一次接收到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)做比較，并設(shè)置一定的域值范圍,。當(dāng)比較得到的絕對(duì)值在該域值范圍內(nèi)時(shí),，則認(rèn)為所作的動(dòng)作是有效的。與此同時(shí),，還需比較前后數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)是否一致,，只有當(dāng)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)一致，才認(rèn)為鼠標(biāo)的移動(dòng)是有效的,。
針對(duì)毛刺,，本文采用平均法和比較法來(lái)克服。所謂平均法,，是將從第N組到第2N組的N組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,，然后將其作為第N組數(shù)據(jù)。這樣可以有效的減少毛刺干擾,。另外,，也可以對(duì)前后兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，只有當(dāng)比較得到的絕對(duì)值大于觸摸屏的最小分辨率時(shí),，才認(rèn)為鼠標(biāo)發(fā)生移動(dòng),，否則原地不動(dòng)。通過(guò)這樣的處理,，可以解決鼠標(biāo)抖動(dòng)的問(wèn)題,。經(jīng)過(guò)處理后的鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)曲線如圖5所示。
3結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了基于ARM7控制器和VC實(shí)現(xiàn)的紅外觸摸屏設(shè)計(jì)方案,，該方案以ARM7作為硬件的核心控制芯片,，并通過(guò)其利用IO口對(duì)移位鎖存器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)，利用地址線和數(shù)據(jù)線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接收管的尋址和采樣,，以形成紅外定位陣列,，從而從硬件上完成了位置數(shù)據(jù)的采集。該方法可實(shí)現(xiàn)2046×768的高分辨率,。而在軟件上,，通過(guò)VC++編程則可實(shí)現(xiàn)主機(jī)端的串口通信，模擬鼠標(biāo)動(dòng)作,，并結(jié)合比較法和平均法對(duì)鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行平滑化處理,。