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可扩展抗强光红外触控模块设计与实现

作　者: 李毅
导　师: 黄子强
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外触摸屏可扩展抗强光
分类号: TP334.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着信息技术的发展，人们需要更便捷的方式与智能设备进行交互，触摸屏技术作为人机交互设备的一种得到了蓬勃的发展。红外触摸屏不需要在显示屏上附加薄膜，因而透过率100%，并且拥有不易受电磁场，静电干扰的优点，所以适用于环境恶劣的工作场合。但是红外触摸屏依赖红外光作为工作媒介，而红外波段在太阳光的能量分布中约占50％，太阳光将干扰红外触摸屏的正常工作。针对上述缺点，本文对红外触摸屏的工作原理和设计实现进行深入研究，首先研究适用于室内光环境的红外触摸屏，在此基础上，研究能够在高空强环境光下工作的红外触摸屏，提出并行触摸扫描，选频接收的可扩展，抗强光红外触控模块，根据选频接收方式不同，又分别研究无源晶体谐振器选频接收和数字互相关锁相放大选频接收两个方案。首先研究适用于室内光环境的红外触摸屏的工作原理和设计实现，测试分析其在环境光变化时的工作性能。方案的特点是：由ARM7控制一一对应的165对红外发射二极管和光电三极管顺序的点亮和数据接收，在ARM7的接收数据处理中使用动态阈值的方式使红外触摸屏能在室内370lux光强环境下正常工作。然后研究无源晶体谐振器选频接收的并行扫描红外触摸屏的工作原理和设计实现，测试分析其抗强光性能。方案的特点是：使用C8051F930将接收数据的量化和数据处理集成到一个芯片上，将整个红外触摸屏分割为一系列独立工作的扫描单元，整个红外触摸屏的顺序扫描改变为各个扫描单元的并行扫描；扫描单元使用扩展UART通信协议与主控模块通信；使用光电二极管作为光电转换器件避免接收信号的饱和；利用无源晶体谐振器的逆压电——压电效应构成窄带滤波实现选频接收。实验证明该方案能够在环境光强45Klux下正常工作。最后，基于适用于室内光环境的红外触摸屏研究中提出的触摸坐标产生方法，无源晶体谐振器选频接收并行扫描红外触摸屏研究中提出的扩展UART协议实现并行扫描和模块扩展的方法，研究使用互相关锁相放大选频接收的可扩展、抗强光红外触控模块的工作原理和设计实现，测试分析其抗强光性能。方案的特点是：使用PSOC5可编程片上系统芯片实现数字互相关锁相放大，提高集成度并且实现灵活配置对不同频率信号的选频接收；改进光电二极管的光电转换电路，使用多电压域的方式提高饱和电压限值。实验证明该方案能在环境光强100Klux下正常工作。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景及意义  11-12
  1.2 红外触摸屏技术国内外研究现状  12-15
  1.3 本文研究内容和论文结构  15-17
第二章适用于室内光环境的红外触摸屏设计与实现  17-33
  2.1 总体方案设计  17-18
  2.2 发射模块设计  18-20
  2.3 接收模块设计  20-24
  2.4 ARM7 控制程序设计  24-28
  2.5 外围电路设计  28-30
    2.5.1 串口通信接口模块设计  28-29
    2.5.2 ARM7 ISP 功能电路设计  29-30
    2.5.3 电源模块设计  30
  2.6 随环境光变化工作性能测试分析  30-31
  2.7 本章小结  31-33
第三章无源晶体谐振器选频接收的并行扫描红外触摸屏设计与实现  33-46
  3.1 总体方案设计  33-37
  3.2 发射模块设计  37-38
  3.3 接收模块设计  38-41
  3.4 主控模块设计  41-42
  3.5 外围电路设计  42-43
  3.6 抗强光性能测试分析  43-45
  3.7 本章小结  45-46
第四章互相关锁相放大选频接收的可扩展、抗强光红外触控模块设计与实现  46-74
  4.1 总体方案设计  46-54
    4.1.1 可扩展抗强光红外触控模块总体结构  46-47
    4.1.2 互相关锁相放大理论分析  47-51
    4.1.3 PSOC5 实现数字互相关锁相放大总体结构  51-54
  4.2 发射模块设计  54-55
  4.3 接收模块设计  55-56
  4.4 数字互相关锁相放大设计实现  56-70
    4.4.1 信号通道及模数转换设计  56-58
    4.4.2 参考信号产生设计  58-62
    4.4.3 鉴相器设计  62-63
    4.4.4 滤波器设计  63-65
    4.4.5 有效信号幅值计算设计  65-70
  4.5 抗强光性能分析  70-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章总结  74-77
  5.1 本文的主要工作  74-76
    5.1.1 适用于室内光环境的红外触摸屏  74
    5.1.2 无源晶体谐振器选频接收的并行扫描红外触摸屏  74-75
    5.1.3 互相关锁相放大选频接收的可扩展、抗强光红外触控模块  75-76
  5.2 下一步工作的展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

可扩展抗强光红外触控模块设计与实现

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