遠紅外觸摸技術在水聲顯示系統中的應用研究

王 丹，王 斌，張庭波，杜占軍

1.海軍駐沈陽地區電子系統軍事代表室 ， 遼寧沈陽 110000

2.海軍駐沈陽地區發動機專業軍事代表室， 遼寧沈陽 110000

3.中船重工集團六一三廠 ， 遼寧沈陽 110000

1 概述

觸摸屏技術被認為是未來人機交互技術的主流方向之一，相關產業及其產品的應用也正在成為一個技術熱點。由于科學技術的發展越來越多的機器與現場操作都趨向于使用人機界面。觸摸屏的應運而生無疑是21 世紀自動化領域里的一個巨大的革新。觸摸屏以其堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點得到大眾的認可。觸摸屏是用戶和計算機之間實現互動的最簡單、最直接的方式。

2 觸摸屏的工作原理

觸摸屏的基本原理是，用手指或其他物體接觸安裝在顯示器前端的觸摸屏時，所觸摸的位置（以坐標形式）由觸摸屏控制器檢測，并通過接口（如RS-232 串行口）送到CPU，從而確定輸入的信息。觸摸屏系統一般包括觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置兩個部分。其中，觸摸屏控制器主要是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU 發來的命令并加以執行。觸摸檢測裝置一般主要安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制器。

3 遠紅外觸摸技術在水聲顯示系統中的應用

3.1 設備的安裝連接

鑒于紅外觸摸屏的優良性，因此在顯示設備的終端我們采用了一塊第五代遠紅外觸摸屏。它的觸摸分辨率為4096*4096， 觸摸屏控制器的接口為RS-232 串行口，觸摸屏的屏幕輸入信號為標準LVDS 信號。觸摸屏與計算機連接如下圖。將觸摸屏的屏線與計算機的LVDS 視頻輸出口相連接，觸摸屏的控制器的端口接到5V、12V 直流電源。通電后，觸摸屏的信息輸出端RS232 串行口接到計算機的串口輸出端。

3.2 遠紅外觸摸屏的參數設置

設置觸摸屏輸出信息的通訊協議如下：

通訊方式為RS232 通訊。

數據格式為串口通訊格式，波特率9600，8 位數據位，1位起始位。1 位停止位，無奇偶檢驗。

命令和格式響應。

起始8 字節命令或響應包校驗和命令數據起始字字節1字節2字節3字節4字節5字節6字節7字節8 CRC

0X55 crc

命令和響應包格式

接口命令格式為：

〈起始字節〉+〈8 字節命令或響應〉+〈檢驗和字節〉

其中，CRC=〈AAH〉+〈起始字節〉+〈8 字節數據〉標準起始字節為‘U’(55H)。

命令響應包的第一字節為命令字節，余下七字節為數據字節。大寫的命令字節表示設置命令。數據字節用來改變控制器內部設置。小寫命令字節表示查詢命令?？刂破骱雎詳祿止??？刂破饕皂憫卮?。響應包與設置命令完全相同（包括命令字節）。這樣，主機可以先查詢當前設置，改變某參數，把相同的包作為命令包送給控制器。命令與確認每一送給觸摸屏控制器的命令由一確認響應包確認。這一響應包包括錯誤或以及迄今為止出現的錯誤。

我們使用觸摸屏最主要關心的是觸摸屏的反饋數據，觸摸屏的反饋數據格式如下：

前置字字節1字節2字節3字節4字節5字節6字節7字節8 CRC 0X55 0x54 status Xhigh Xlow Yhigh Ylow 0xff 00 crc

本信息由觸屏發向主機，主機無需響應。

其中：Status 各位的意義：位0 為1 表示開始觸摸；位1為1 表示連續觸摸；位2 為1 表示觸摸結束；位4 為1 表示有警告信息。位7 可為0 或1。字節3 為X 坐標的低字節。字節4 為X 坐標高字節。字節5 為Y 坐標的低字節。字節6 為Y 坐標高字節，X 值為0～4095，Y 值為0～4095。將觸摸屏與計算機連接好后我們就可以通過計算機上的串口精靈監測觸摸屏的數據輸出了。按通訊協議設置好串口精靈，下圖是檢測觸摸屏后所監測到的數據，發現觸摸屏控制器發出的每組數據status 位都是以觸摸開始命令0x81 開始, 以觸摸結束命令0x84結尾，中間為連續觸摸命令0x82。

3.3 遠紅外觸摸屏的編程調試

用串口精靈監測觸摸屏反饋命令，測試過程中發現當長時間觸摸屏幕時，屏幕反饋數據存在著延時，我們分別記錄從觸屏開始到觸屏幕結束的時間和串口精靈從收到觸屏數據到收數結束的時間，然后比較這兩個時間值算出相對延時：

觸屏所用時間收數所用時間相對延時2s 3.764s 1764ms 1.525s 3.7s 2175ms 1.360s 3.2s 1840ms

1s 3s 2000ms 0.860s 1.1s 240ms 2.174s 8.3s 6126ms 1.585s 5.5s 3915ms 1.3s 3.6s 2300ms

通過上述測試數據發現該延時是非線性變化的，如果觸摸屏真的存在著上述非線性的延時，那么用戶是無法對每次的觸屏動作進行準確的編輯和判斷的。

為了驗證以上結論的準確性，我們使用示波器直接檢測觸摸屏的輸出數據。用示波器監測數據的結果。監測結果與使用串口精靈的監測結果大相徑庭，經示波器測試發現輸出基本上沒有延時，輸出延時都是在毫秒級內的。分析上述兩個結果，得出結論：串口精靈采用收數緩沖造成了觸摸屏存在非線性延時的假象，紅外觸摸屏可以在每次觸摸動作結束時立即反饋結束命令，我們是可以通過查詢觸摸命令來判斷觸摸動作的開始和結束的，也可以通過計算連續觸摸的時間來編輯每次的觸摸動作，區分觸摸動作的時間長短，針對時間的長短可以讓系統產生不同的響應。

通過編程我們可以實現屏幕上的任何一塊區域都是輸入命令的輸入點，通過手指的觸摸來直接改變某個的參數或某項功能狀態。而在觸摸動作結束的同時，我們的屏幕就能立即顯示剛才操作結束后的結果，因此觸摸屏既可以作為輸入設備，也可以作為輸出設備。

4 結論

觸摸屏有著良好的抗干擾性與應用的穩定控制性，在工業生產線乃至日常生活的不同應用環境下都有著廣闊的應用前景，是目前電腦微型化的替代品。作為一個輸入輸出設備，它能為我們帶來的良好人機界面操作，觸摸屏與水聲設備的結合必將使其占有更小的使用空間，具有更高的靈活性和更豐富的拓展功能。