索猛

（南京機電職業(yè)技術學院，江蘇 南京 210000）

大屏幕觸控技術問題與大屏幕坐標的定位有關系。觸控技術不斷發(fā)展使得高精度定位檢測技術成為可能。大屏幕可以通過圖、聲等效果為使用者提供豐富的數(shù)據(jù)和信息。操作者可以對獲得的信息進行加工后執(zhí)行輸入系統(tǒng)操作。對操作者輸入操作的檢測依靠精度較高的觸控點識別及定位技術，可以較迅速地響應用戶的觸控操作，從而使操作者和計算機能夠雙向進行交互。本文應用的觸摸屏是能夠接收雷達觸控信號的任意顯示裝置。點擊二維平面上的圖形按鈕后，屏幕上的觸控反饋系統(tǒng)能夠按照編寫好程序激活各種連接元件，可以代替機械式操作按鈕模塊，通過顯示屏和聲音輸出裝置產(chǎn)生動態(tài)的視覺和聽覺效果?；诶走_測距技術，本系統(tǒng)具有觸控操作精度較高、抗干擾性好、成本低等特點，采用激光測距定位系統(tǒng)對接觸點進行定位，安裝了高精度時間測量（TDC）芯片，可以提高激光測量中測得的時間差精度，這樣就能提高觸控點的高精度定位，同時詳細介紹了高精度時間測量（TDC）對時間計時以及工作原理。依靠不斷切換多面體反射棱鏡進行掃描輸出，提高了檢測次數(shù)，讓雷達測距檢測裝置在顯示屏顯示區(qū)域進行檢測和定位。根據(jù)雷達測距方法獲取的觸控點信息和掃描模塊的轉動位置，分析雷達觸控操作點在屏幕上所處的位置信息。

1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)采用24 V直流電源供電，用到的電壓為3.3 V、5 V和12 V，12 V為各個檢測儀表供電，MCU需要提供的電壓為3.3 V，同時也是DAC的參考電壓，采用以單片機為核心的控制電路和循環(huán)檢測電路的工作原理以及相應設計，設計出了電路原理圖。雷達發(fā)射器除了能確定聲源，還能對信號進行調(diào)制。

觸控系統(tǒng)發(fā)射模塊電路如圖1所示。

圖1 發(fā)射機驅動電路

接收機的頻帶大小會造成輸入信噪比增大，這樣會造成波形失真。采用最佳匹配濾波器的優(yōu)點是靈敏度最好，缺點為輸出會產(chǎn)生較大失真，會影響觸控系統(tǒng)的精確度。因此，接收機帶寬的選擇要根據(jù)具體用途靈活選擇。接收管驅動電路正常工作需要設計產(chǎn)生高壓電路，最終的接收電路如圖2所示。

圖2 激光接收機電路

這個觸控裝置單機掃描半徑達到4 m，觸點精確，可以安裝在8 m×4 m的大型LED屏上，或者在投影屏幕上實現(xiàn)全屏觸控。在不同光照環(huán)境中都能使用，通過打開和關閉傳感器信號，對信號進行差模運算，這樣獲得更精確的測量精度。計算傳感器的打開和啟動的時間差，然后通過此來計算元件的轉動角度，目標坐標是通過這兩個值來確定的。

一個周期為開始波形和下一個波形之間的時間，獲取這兩個時間，對這兩個數(shù)據(jù)進行處理，并清除之前存儲數(shù)據(jù)，整個時間周期都是精確的。

2 系統(tǒng)軟件設計

在本設計中，軟件系統(tǒng)包括激光測距部分，經(jīng)過微處理器對數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)送和接收裝置的配合及協(xié)調(diào)，通過算法對所獲的數(shù)據(jù)進行處理。本系統(tǒng)采用模塊化設計，可以方便移植到其他平臺，并且對程序的編譯效率較高，執(zhí)行速度也較快，而且能對底層硬件進行控制。系統(tǒng)程序結構采用自上而下的模塊設計。STM32控制器輸出脈沖寬度調(diào)制控制電機高速轉動。雷達發(fā)射模塊輸出連續(xù)相應信號，這個信號經(jīng)過反射裝置對屏幕進行檢測，信號識別到觸控點位后會產(chǎn)生反射，經(jīng)過反射后，雷達接收電路使模擬波形變成單片機能夠識別的二進制數(shù)，通過軟件濾波程序對信號進行處理，再用放大器對信號進行放大，最終獲得檢測到的信息。

對屏幕上的點的定位是通過雷達測距實現(xiàn)的。時間是通過程序算法分析處理的，這個程序實現(xiàn)對雷達發(fā)送和接收的處理。要完成高精度測時芯片外圍設備的工作流程，當異常流程再次出現(xiàn)時，對異常流程進行處理。時間間隔檢測程序的流程如圖3所示。掃描程序進程，首先調(diào)用初始化，然后等待掃描程序啟動。通過停拍傳感器確定起飛時間。在掃描期間，兩個通道被連續(xù)采樣并存儲在外部存儲器中。在區(qū)域目標檢測的情況下確定目標檢測。利用激光距離數(shù)據(jù)進一步計算目標位置數(shù)據(jù)是可能的。

圖3 程序流程圖

3 雷達觸控系統(tǒng)工作原理

二維平面觸控點探測與定位系統(tǒng)主要分為雷達發(fā)射硬件、雷達接收硬件、主要控制電路、時間測量計時電路、掃描電路，首先對前面的電路進行測試，接著再對雷達觸控系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試。通過貼標記對墻面建立坐標，方便實驗過程中進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集與處理電路主要是采集并處理雷達串行數(shù)據(jù)，對接收數(shù)據(jù)進行分類，然后通過計算獲取有效坐標，進一步通過坐標轉換程序，將獲得的有效坐標對應在二維顯示屏上，觸控電路是將屏幕坐標應用在對應坐標的輸出及識別上，坐標定位電路處理屏幕坐標和人機交互處理，數(shù)據(jù)的通信是通過網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)的。大屏幕交互雷達觸控系統(tǒng)解決了獲得數(shù)據(jù)不能使用的弊端，采用分類后再聚類的這種算法可以得到更精確的數(shù)據(jù)，使程序開發(fā)更快，運行更可靠，可以移植在不同的平臺，讓數(shù)據(jù)獨立存在，這樣就能讓多個雷達觸控系統(tǒng)同時工作，進一步就可以擴展系統(tǒng)應用。

4 結論

雷達觸摸技術可以有效地將虛擬現(xiàn)實等二維平面上的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給觸摸屏操作人員。操作員可以實時與觸摸操作，以廉價的方式構建一個信息流的閉環(huán)。二維接觸點探測和定位技術才剛剛開始。與移動終端和物聯(lián)網(wǎng)一樣，接觸點檢測和定位技術也需要在大屏幕上花費時間。然而，人們正在使用二維平面接觸點檢測和定位技術，它們可以普遍在電腦和手機上被使用。它可以成為人們未來生活中不可替代的產(chǎn)品，就像現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術和改進的現(xiàn)實技術一樣。這樣的檢測和定位技術也會在生活的其他各個領域有所應用，如貿(mào)易、自動化、治療、教育等。二維觸點檢測定位技術使其實現(xiàn)突破性的變化成為可能。任意顯示屏幕的接觸點檢測和定位技術與虛擬現(xiàn)實技術一起，在生活中有很多應用。根據(jù)激光測量精度高、抗干擾能力強、激光測量技術性價比高的特點，采用激光定位方法應使用對時間參數(shù)進行測量，計算目標坐標。采用高精度時間測量芯片作為核心間隔測量模塊進行時間測量，利用旋轉多面體棱鏡幫助激光在平面上掃描，由距離值和角度值計算平面上的位置坐標。以上模塊主要由微控制器控制。本設計主要說明了大屏幕上進行觸控操作的方法，包括電路的設計順序、相應的參數(shù)部件、實現(xiàn)的方法原理和整個系統(tǒng)的設計。