基于ARM Cortex-M3的红外触摸屏的设计

摘要

红外触摸屏是结合液晶显示器或投影仪使用的一种绝对坐标定位系统，并为用户提供一种简单、直接、自然的人机交互方式。红外触摸屏技术作为触控技术中的一个重要分支，由于其透光率高、定位精度高、无漂移等优势一直备受各大行业的青睐，并且红外触摸屏应用场合也越来越广泛。根据触摸产品市场数据显示，红外触控技术占交互式电子白板触摸方案的比例将会逐年增加。交互式电子白板应用到教育行业，可以代替传统黑板，进行无尘书写，自由触摸使用，随着材料学和生产工艺的快速发展，电子白板将会向大尺寸和超大尺寸的方向发展，故本文提出了一种主要针对大尺寸交互式电子白板的基于ARM Cortex-M3的红外触摸屏的设计。
　　本文依据红外触摸屏的基本工作原理开展了红外传感器件红外发射管发射功率不能满足触摸框的尺寸要求以及触摸产品后期固件实时更新、故障诊断和定位方面的研究，利用单轴定位算法和红外触摸屏HID设备在线更新技术实现了受红外发射管发射功率本身限制的大尺寸触摸框的相应触摸功能，并为批量触摸产品的后期远程维护提供保障。
　　本文采用基于ARM Cortex M3架构的STM32F103作为红外触摸设备的控制核心，STM32F103通过I/O接口输出一定宽度的脉冲信号，再结合移位寄存器74HC595和译码器74HC138可点亮任意位置的红外发射管，并经STM32F103相应的控制方式开启红外接收管接收红外光信号，红外信号经过信号调理电路的滤波和放大处理后直接送MCU内嵌的ADC进行采样，模拟信号经ADC量化处理后变成数字信号，再经过单轴定位算法的计算求出遮挡物当前位置坐标，最后MCU将得到的坐标信息及指令信息经自带的USB控制单元上传PC，PC接到信息后做出相应的响应操作。控制器也可接收PC端的数据和指令，并根据相应的指令做出相应，实现人机间接交功能。
　　本文的硬件特点是在红外发射管控制电路中，将红外发射管进行分组处理，以求简化软件设计中对外部的压力，能有更多的时间执行算法代码。硬件电路系统是在现有红外触摸屏基本原理的基础上改进成为只有X轴或Y轴方向配置一一对应的红外对管电路，并在该硬件平台上验证单轴定位算法以及红外触摸HID设备的在线更新关键技术。本文在尊重基本的数学原理的基础上，更多的去通过实验数据去改进算法，以求该红外触摸产品能够应用于实际场合，并推广。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 触摸屏发展现状

1．3 本文的主要工作及其结构安排

1．3．1 本文的主要工作

1．3．2 本文的结构安排

第2章 市场需求分析

2．1 红外触摸产品现状分析

2．2 红外触摸产品需求现状分析

第3章 系统总体设计

3．1 系统框架

3．2 系统电路设计

3．2．1 控制核心芯片的选择

3．2．2 红外发射管控制模块

3．2．3 红外接收控制模块

3．2．4 信号调理模块

3．3 PCB及可靠性设计

3．4 本章小节

第4章 红外触摸屏HID设备在线更新

4．1 HID设备简介

4．2 红外触摸屏HID设备的电气连接

4．3 红外触摸屏HID设备在线更新的实现

4．4 本章小节

第5章 单轴定位算法

5．1 单轴定位原理

5．2 单轴定位算法

5．3 单轴定位算法的验证

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果