一種超聲波與紅外結合的定位裝置及其定位方法
2023-09-22 02:30:30 2
專利名稱：一種超聲波與紅外結合的定位裝置及其定位方法
技術領域：
本發明涉及超聲波定位與紅外結合的技術領域，特別涉及一種超聲波與紅外結合 的定位裝置及其定位方法，其特別應用於電子顯示設備或者其它書寫平面實現書寫板功能 及智能輸入。
背景技術：
目前市場上的紅外觸控螢幕裝置，如圖1所示，該紅外觸控螢幕裝置的周邊分別布置 有紅外發射管或紅外接收管，在沒有觸摸的情況下，紅外發射管發出的紅外光線經過顯示 區域到達紅外接收管，被紅外接收管接收並將其轉換為可用的電信號；在有觸摸的情況下， 通過檢測顯示區域內的紅外線柵格被障礙物遮擋的情況來計算觸摸點的位置。但是，上述 裝置存在以下不足當使用者在紅外觸控螢幕上書寫時，筆尖的實際觸摸點為c點，但由於書 寫的習慣，使用者的手或者袖子會或多或少的遮擋到圖中的a點，這個時候觸控螢幕上的鼠 標可能就會跳到b點，由此造成定位不準確。
發明內容
本發明的目的之一在於克服現有技術的缺點和不足，提供一種超聲波與紅外結合 的定位裝置，本裝置具有定位準確、結構簡單和成本低等優點。本發明的目的之二在於提供一種超聲波與紅外結合的定位方法。本發明的目的之一是通過下述技術方案實現的，一種超聲波與紅外結合的定位裝 置，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管， 所述定位裝置還包括有超聲波接收器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕 上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上；所述微處理器分別與紅外發射管、紅外接收管及超 聲波接收器信號相連；所述紅外發射管和紅外接收管安裝在觸控螢幕的邊框上，所述紅外發射管發出的紅 外線與X軸坐標平行，所述紅外接收管接收的紅外線與X軸坐標平行。為更好的實現本發明，所述觸控螢幕為矩形，觸控螢幕的左邊框上安裝有紅外發射管， 觸控螢幕的右邊框上安裝有紅外接收管。優選的，所述超聲波接收器有多個，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角和/ 或右上角上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上。優選的，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角或右上角，所述超聲波發射器 安裝在觸摸筆上。本發明的目的之二是通過下述技術方案實現的，一種超聲波與紅外結合的定位方 法，如圖2所示，包括以下步驟Si、觸控螢幕被觸摸，觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波；S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到 超聲波接收器的距離Stl，並判斷檢測到的觸摸點是否僅有一個，若是，則該觸摸點為定位點，進入步驟S3 ；若否，則跳轉至步驟S4 ；S3、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出定位點的Y軸坐標Ytl，並將定位 點的Y坐標信息發送至微處理器，跳轉至步驟S5 ；S4、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出步驟S2中觸摸點M1,……，Mn的 Y軸坐標Y1,……，γη，並確定Y軸坐標最大的觸摸點為定位點，將定位點的Y坐標表示為Y0 並發送至微處理器；其中η表示到超聲波接收器距離為Stl的觸摸點的個數，η為正整數；S5、微處理器根據定位點的Y軸坐標\，以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的 距離Stl，求出定位點的X軸坐標，結束本次定位操作，返回步驟Si。優選的，所述步驟Sl中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆與 觸控螢幕接觸時，觸摸筆上的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。優選的，所述步驟Sl中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆的 筆頭受力被擠壓時，觸摸筆上的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。優選的，所述S2中超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收 器確定觸摸點到超聲波接收器的距離Stl，具體是指根據超聲波發射器發射超聲波的時間 刻T1,以及超聲波接收器接收超聲波的時間刻T2,先求出超聲波在空氣中傳送的時間Ttl = T2-T1，並通過下式計算定位點到超聲波接收器的距離=Stl = VciTtl,其中Vtl代表超聲波在空氣 中傳播的速度。優選的，所述步驟5中微處理器根據定位點的Y軸坐標Ytl，以及步驟S2中觸摸點 到超聲波接收器的距離Stl，求出定位點的X軸坐標，具體是指通過下式求出定位點的X軸坐
^X0 =V^o2-CF-J;)2 ,其中F表示超聲波接收器所在位置的縱坐標。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果第一、定位準確本發明結合超聲波與紅外技術，根據人手的書寫習慣，在檢測出 的多個觸摸點中，確定縱坐標最高的點為筆尖觸摸點，準確的確定筆尖的實際觸摸位置，有 效的解決了僅用紅外定位時由於手或衣袖遮擋造成的定位不準確的問題；第二、結構簡單，成本低本發明結合超聲波與紅外技術，與現有的紅外觸控螢幕裝 置相比，減少了紅外發射管和紅外接收管的數量，可以僅僅增加一個超聲波接收器和超聲 波發射器，就能夠實現本發明，降低了成本，使定位裝置結構更簡單、定位更準確。
圖1是現有技術中紅外定位裝置的應用示意圖；圖2是本發明一種超聲波與紅外結合的定位方法的流程圖；圖3是實施例一中一種超聲波與紅外結合的定位裝置的應用示意圖；圖4是實施例二中一種超聲波與紅外結合的定位裝置的應用示意圖；圖5是實施例三中一種超聲波與紅外結合的定位裝置的應用示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不 限於此。實施例一
一種超聲波與紅外結合的定位裝置，如圖3所示，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述 觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管，所述定位裝置還包括有超聲波接收 器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆 上；所述微處理器分別與紅外發射管、紅外接收管及超聲波接收器信號相連。所述觸控螢幕為矩形，觸控螢幕的左邊框上安裝有紅外發射管，觸控螢幕的右邊框上安 裝有紅外接收管。所述紅外發射管發出的紅外線與X軸坐標平行，所述紅外接收管接收的 紅外線與X軸坐標平行。以觸控螢幕的最左下角為坐標原點，建立坐標系。所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上。上述一種超聲波與紅外結合的定位裝置的工作流程，包括以下步驟Si、觸控螢幕被觸摸，觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波；S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到 超聲波接收器的距離Stl，並判斷檢測到的觸摸點有兩個，進入步驟S3 ；見圖3中的弧線，弧線是超聲波發射器到超聲波接收器的等時間線，超聲波接收 器接收超聲波發射器發出的超聲波，根據超聲波在空氣中傳送的時間，確定觸摸點到超聲 波接收器的距離Stl，以超聲波接收器為圓心，以Stl為半徑，超聲波接收器可以確定同一等時 間線上的所有觸摸點，即圖3所示的A點與B點，實際使用觸控螢幕時，可能衣袖或手會接觸 到觸控螢幕，即本例中的B點，且B點與A點在同一等時間線上，造成定位不準確；S3、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出步驟S2中觸摸點(A點與B點) 的Y軸坐標Ya和Yb，並確定Y軸坐標最大的觸摸點為定位點，即A點為定位點(圖3所示， Ya > Yb)，將定位點的Y坐標表示為Ytl並發送至微處理器；見圖3中的虛線，虛線是紅外線從紅外發射管發射到紅外接收管的路徑，紅外發 射管及紅外接收管根據發出的紅外線，可以檢測到觸摸點(即A點與B點)的Y軸坐標Ya 和Yb;S4、微處理器根據定位點的Y軸坐標\，以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的 距離Stl，求出定位點的X軸坐標，結束本次定位操作，返回步驟Si。所述步驟Sl中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆的筆頭受 力被擠壓時，觸摸筆上的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。所述S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸 點到超聲波接收器的距離Stl，具體是指根據超聲波發射器發射超聲波的時間刻T1,以及超 聲波接收器接收超聲波的時間刻T2,先求出超聲波在空氣中傳送的時間Ttl = T2-T1,並通過 下式計算定位點到超聲波接收器的距離=Stl = VciTtl，其中Vtl代表超聲波在空氣中傳播的速度。所述步驟4中微處理器根據定位點的Y軸坐標\』以及步驟S2中觸摸點到超聲 波接收器的距離Stl，求出定位點的X軸坐標，具體是指通過下式求出定位點的X軸坐標 X0 =^S20-(F-Y,)2，其中F表示超聲波接收器所在位置的縱坐標。實施例二一種超聲波與紅外結合的定位裝置，如圖4所示，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述 觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管，所述定位裝置還包括有超聲波接收 器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上；所述微處理器分別與紅外發射管、紅外接收管及超聲波接收器信號相連。所述觸控螢幕為矩形，觸控螢幕的左邊框上安裝有紅外發射管，觸控螢幕的右邊框上安 裝有紅外接收管。所述紅外發射管發出的紅外線與X軸坐標平行，所述紅外接收管接收的 紅外線與X軸坐標平行。以觸控螢幕的最左下角為坐標原點，建立坐標系。所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上。上述一種超聲波與紅外結合的定位裝置的工作流程，包括以下步驟Si、觸控螢幕被觸摸，觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波；S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到 超聲波接收器的距離S3，並判斷檢測到的觸摸點僅有一個；即圖4所示的D點與E點，實際 使用觸控螢幕時，可能衣袖或手會接觸到觸控螢幕，即本例中的E點，但由於E點與D點不在同 一等時間線上，且只有觸摸筆D點有發出超聲波，而衣袖或手的觸摸點沒有發出超聲波，所 以超聲波接收器沒有檢測出E點；S3、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出定位點的Y軸坐標Y3，並將定位 點的Y坐標信息發送至微處理器，跳轉至步驟S4 ；S4、微處理器根據定位點的Y軸坐標Y3,以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的 距離S3,求出定位點的X軸坐標，結束本次定位操作，返回步驟Si。所述步驟Sl中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆與觸控螢幕 接觸時，觸摸筆上的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。所述S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸 點到超聲波接收器的距離s3，具體是指根據超聲波發射器發射超聲波的時間刻T1,以及超 聲波接收器接收超聲波的時間刻T2,先求出超聲波在空氣中傳送的時間Ttl = T2-T1,並通過 下式計算定位點到超聲波接收器的距離=S3 = VciTtl，其中Vtl代表超聲波在空氣中傳播的速度。所述步驟5中微處理器根據定位點的Y軸坐標Y3,以及步驟S2中觸摸點到超聲 波接收器的距離S3,求出定位點的X軸坐標，具體是指通過下式求出定位點的X軸坐標
X3=^S23-(F-Y3)2，其中F表示超聲波接收器所在位置的縱坐標。實施例三一種超聲波與紅外結合的定位裝置，如圖5所示，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述 觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管，所述定位裝置還包括有超聲波接收 器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆 上；所述微處理器分別與紅外發射管、紅外接收管及超聲波接收器信號相連。所述觸控螢幕為等邊五角形，如圖5所示，觸控螢幕的左邊框上安裝有紅外發射管，觸 摸屏的右邊框上安裝有紅外接收管。所述紅外發射管發出的紅外線與X軸坐標平行，所述 紅外接收管接收的紅外線與X軸坐標平行。坐標原點如圖5所示，建立坐標系。所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上。上述一種超聲波與紅外結合的定位裝置的工作流程，包括以下步驟Si、觸控螢幕被觸摸，觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波；S2、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到 超聲波接收器的距離S4,並判斷檢測到的觸摸點僅有一個，即圖5所示的P點；
S3、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出定位點的Y軸坐標Y4，並將定位 點的Y坐標信息發送至微處理器，跳轉至步驟S4 ；S4、微處理器根據定位點的Y軸坐標Y4,以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的 距離S4,求出定位點的X軸坐標，結束本次定位操作，返回步驟Si。所述步驟Sl中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆與觸控螢幕 接觸時，觸摸筆上的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。所述S2中超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸 摸點到超聲波接收器的距離s4，具體是指根據超聲波發射器發射超聲波的時間刻T1,以及 超聲波接收器接收超聲波的時間刻T2,先求出超聲波在空氣中傳送的時間Ttl = T2-T1，並通 過下式計算定位點到超聲波接收器的距離=S4 = VciTtl，其中Vtl代表超聲波在空氣中傳播的 速度。所述步驟5中微處理器根據定位點的Y軸坐標Y4,以及步驟S2中觸摸點到超聲 波接收器的距離S4,求出定位點的X軸坐標，具體是指通過下式求出定位點的X軸坐標
Xit =Js24-(F-Y4)2 ,其中F表示超聲波接收器所在位置的縱坐標。上述實施例中的超聲波接收器還可以安裝在觸控螢幕的右上角。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種超聲波與紅外結合的定位裝置，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管，其特徵在於，所述定位裝置還包括有超聲波接收器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕上，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上；所述微處理器分別與紅外發射管、紅外接收管及超聲波接收器信號相連；所述紅外發射管和紅外接收管安裝在觸控螢幕的邊框上，所述紅外發射管發出的紅外線與X軸坐標平行，所述紅外接收管接收的紅外線與X軸坐標平行。
2.所述根據權利要求1所述一種超聲波與紅外結合的定位裝置，其特徵在於，所述觸 摸屏為矩形，觸控螢幕的左邊框上安裝有紅外發射管，觸控螢幕的右邊框上安裝有紅外接收管。
3.根據權利要求1所述一種超聲波與紅外結合的定位裝置，其特徵在於，所述超聲波 接收器有多個，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕的左上角和/或右上角上，所述超聲波發 射器安裝在觸摸筆上。
4.根據權利要求1所述一種超聲波與紅外結合的定位裝置，其特徵在於，所述超聲波 接收器安裝在觸控螢幕的左上角或右上角，所述超聲波發射器安裝在觸摸筆上。
5.一種超聲波與紅外結合的定位方法，其特徵在於，包括以下步驟51、觸控螢幕被觸摸，觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波；52、超聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到超聲 波接收器的距離Stl，並判斷檢測到的觸摸點是否僅有一個，若是，則該觸摸點為定位點，進 入步驟S3 ；若否，則跳轉至步驟S4 ；53、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出定位點的Y軸坐標Ytl，並將定位點的 Y坐標信息發送至微處理器，跳轉至步驟S5 ；54、紅外發射管發出紅外線到紅外接收管，檢測出步驟S2中觸摸點M1,……，MnWY軸 坐標Y1,……，Yn，並確定Y軸坐標最大的觸摸點為定位點，將定位點的Y坐標表示為Ytl並 發送至微處理器；其中η表示到超聲波接收器距離為Stl的觸摸點的個數，η為正整數；55、微處理器根據定位點的Y軸坐標Ytl，以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的距離 S0,求出定位點的X軸坐標，結束本次定位操作，返回步驟Si。
6.根據權利要求5所述一種超聲波與紅外結合的定位方法，其特徵在於，所述步驟Sl 中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆與觸控螢幕接觸時，觸摸筆上的超 聲波發射器被觸發並發出超聲波。
7.根據權利要求5所述一種超聲波與紅外結合的定位方法，其特徵在於，所述步驟Sl 中觸摸筆上的超聲波發射器發出超聲波，具體是指觸摸筆的筆頭受力被擠壓時，觸摸筆上 的超聲波發射器被觸發並發出超聲波。
8.根據權利要求5所述一種超聲波與紅外結合的定位方法，其特徵在於，所述S2中超 聲波接收器接收超聲波發射器發出的超聲波，超聲波接收器確定觸摸點到超聲波接收器的 距離Stl，具體是指根據超聲波發射器發射超聲波的時間刻T1,以及超聲波接收器接收超聲 波的時間刻T2,先求出超聲波在空氣中傳送的時間Ttl = T2-T1,並通過下式計算定位點到超 聲波接收器的距離=Stl = VciTtl,其中Vtl代表超聲波在空氣中傳播的速度。
9.根據權利要求5所述一種超聲波與紅外結合的定位方法，其特徵在於，所述步驟5中 微處理器根據定位點的Y軸坐標Ytl,以及步驟S2中觸摸點到超聲波接收器的距離Stl，求出定位點的X軸坐標，具體是指通過下式求出定位點的X軸坐標X0=，其中F表示超聲波接收器所在位置的縱坐標。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波與紅外結合的定位裝置，包括觸控螢幕和觸摸筆，其中所述觸控螢幕上安裝有微處理器、紅外發射管和紅外接收管，所述定位裝置還包括有超聲波接收器和超聲波發射器，所述超聲波接收器安裝在觸控螢幕上，所述超聲波發射器安裝觸摸筆上。本發明還公開了一種超聲波與紅外結合的定位方法，包括以下步驟S1、超聲波接收器確定觸摸點到超聲波接收器的距離，判斷觸摸點是否僅有一個，若是，進入步驟S2；若否，則跳轉至步驟S3；S2、檢測出定位點的Y軸坐標，跳轉至步驟S4；S3、檢測出各觸摸點的Y軸坐標Y1，……，Yn，確定定位點；S4、求出定位點的X軸坐標，返回步驟S1。本發明具有定位準確、結構簡單和成本低等優點。
文檔編號G06F3/043GK101968700SQ20101052268
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者曾昭興, 白寶國 申請人:廣東威創視訊科技股份有限公司