基于互相关解调算法的抗强光红外触摸单元的研究与验证

摘要

随着信息化进程的不断加深,人机交互平台也向着越来越人性化的方向发展。自从触摸屏技术问世以来,触摸屏凭借着操作简单,使用灵活,携带便捷等特点发展至今,已经渐渐取代鼠标,写字板,键盘等传统硬件输入设备,成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
　　红外触摸屏作为触摸屏的一个研究分支,靠着自身的诸多优势从众多触摸屏中脱颖而出。红外触摸屏由于是通过遮挡红外光的方法来判断触摸点位置,无需在触摸屏上附加薄膜,透过率极高,因此有着极强的抗电磁静电干扰能力,非常适合于在高空以及电子干扰强的恶劣环境中作业。但由于红外触摸屏是通过发射接收红外光进行工作,对外界环境光照的变化比较敏感,在有外界强光照的条件下使用红外触摸屏会受到极大干扰,导致红外接收管接收到的光强发生异常,从而引起误动作。
　　本文针对红外触摸屏的强光干扰问题,从红外触摸屏的工作原理以及电路设计方面进行深入研究,对目前几种常见的红外抗强光方法进行分析比较,提出了一种基于互相关锁相放大解调技术的新算法以及抗强光红外触控单元设计。本文采用高频红外光的发射与接收,利用PSOC5可编程片上系统对调制光进行AD转换与数字移相,以锁相放大方式滤除太阳光的干扰频段分量,实现了红外触控屏的抗直接照射的阳光干扰的方法与验证结果。此外,通过改进了锁相放大器的解调算法,去掉了传统的锁相放大后级所必须的滤波电路,使电路更加简洁、可靠。
　　在实现抗强光干扰红外模块的设计过程中,先通过对互相关锁相放大解调技术新算法的理论验证证明总体设计方案的可行性,再通过硬件电路实验验证其有效性,最后完成整体数字电路设计测试其抗强光性能。之后将抗强光干扰数字电路加入红外触控单元的整体设计,结合对红外触摸信号发生模块分析以及红外发射、接收、控制模块技术,设计出基于互相关锁相放大选频的抗强光干扰红外触控单元。
　　通过硬件平台实验证明,采用新型锁相放大技术能达到很好的抗强光效果,选频Q值能达到145.985,比起未经改动的锁相放大抗强光效果提高了9倍,并且能在环境光强50000lux下正常工作,很大程度下滤除了外界光的干扰,实现抗强光干扰目的。

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表目录

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 本篇文章主要研究内容及论文结构

第二章 触摸屏发展及现状

2.1 传统触摸屏结构及工作原理

2.2 传统红外触摸屏技术

2.3 红外抗强光研究现状分析

第三章 用于抗强光红外触摸锁相放大新思路原理及方法验证

3.1 产生信号频谱分析

3.2 关于传统多频段锁相放大理论分析

3.3 互相关锁相放大改进算法原理分析

3.4 互相关锁相放大改进算法的验证

3.5 本章小结

第四章 互相关锁相放大红外选频数字电路验证实验设计与实现

4.1 互相关锁相放大选频红外抗强光数字电路验证方案设计

4.2 锁相放大红外抗强光数字电路硬件实现

4.3 锁相放大抗强光性能分析

4.4 本章小结

第五章 互相关锁相放大抗强光红外触控单元设计与实现

5.1 抗强光红外触控模块整体结构设计

5.2 发射模块设计

5.3 接收模块设计

5.4 PSOC5芯片数据处理模块设计

5.5 抗强光红外触控单元实验结果及分析

5.6 本章小结

第六章 总结

6.1 本文主要工作

6.2 未来研究方向及内容

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果