二维平面雷达触控系统的设计与研究

索猛

（南京机电职业技术学院，江苏 南京 210000）

大屏幕触控技术问题与大屏幕坐标的定位有关系。触控技术不断发展使得高精度定位检测技术成为可能。大屏幕可以通过图、声等效果为使用者提供丰富的数据和信息。操作者可以对获得的信息进行加工后执行输入系统操作。对操作者输入操作的检测依靠精度较高的触控点识别及定位技术，可以较迅速地响应用户的触控操作，从而使操作者和计算机能够双向进行交互。本文应用的触摸屏是能够接收雷达触控信号的任意显示装置。点击二维平面上的图形按钮后，屏幕上的触控反馈系统能够按照编写好程序激活各种连接元件，可以代替机械式操作按钮模块，通过显示屏和声音输出装置产生动态的视觉和听觉效果。基于雷达测距技术，本系统具有触控操作精度较高、抗干扰性好、成本低等特点，采用激光测距定位系统对接触点进行定位，安装了高精度时间测量（TDC）芯片，可以提高激光测量中测得的时间差精度，这样就能提高触控点的高精度定位，同时详细介绍了高精度时间测量（TDC）对时间计时以及工作原理。依靠不断切换多面体反射棱镜进行扫描输出，提高了检测次数，让雷达测距检测装置在显示屏显示区域进行检测和定位。根据雷达测距方法获取的触控点信息和扫描模块的转动位置，分析雷达触控操作点在屏幕上所处的位置信息。

1 系统硬件设计

本系统采用24 V直流电源供电，用到的电压为3.3 V、5 V和12 V，12 V为各个检测仪表供电，MCU需要提供的电压为3.3 V，同时也是DAC的参考电压，采用以单片机为核心的控制电路和循环检测电路的工作原理以及相应设计，设计出了电路原理图。雷达发射器除了能确定声源，还能对信号进行调制。

触控系统发射模块电路如图1所示。

图1 发射机驱动电路

接收机的频带大小会造成输入信噪比增大，这样会造成波形失真。采用最佳匹配滤波器的优点是灵敏度最好，缺点为输出会产生较大失真，会影响触控系统的精确度。因此，接收机带宽的选择要根据具体用途灵活选择。接收管驱动电路正常工作需要设计产生高压电路，最终的接收电路如图2所示。

图2 激光接收机电路

这个触控装置单机扫描半径达到4 m，触点精确，可以安装在8 m×4 m的大型LED屏上，或者在投影屏幕上实现全屏触控。在不同光照环境中都能使用，通过打开和关闭传感器信号，对信号进行差模运算，这样获得更精确的测量精度。计算传感器的打开和启动的时间差，然后通过此来计算元件的转动角度，目标坐标是通过这两个值来确定的。

一个周期为开始波形和下一个波形之间的时间，获取这两个时间，对这两个数据进行处理，并清除之前存储数据，整个时间周期都是精确的。

2 系统软件设计

在本设计中，软件系统包括激光测距部分，经过微处理器对数据进行处理，发送和接收装置的配合及协调，通过算法对所获的数据进行处理。本系统采用模块化设计，可以方便移植到其他平台，并且对程序的编译效率较高，执行速度也较快，而且能对底层硬件进行控制。系统程序结构采用自上而下的模块设计。STM32控制器输出脉冲宽度调制控制电机高速转动。雷达发射模块输出连续相应信号，这个信号经过反射装置对屏幕进行检测，信号识别到触控点位后会产生反射，经过反射后，雷达接收电路使模拟波形变成单片机能够识别的二进制数，通过软件滤波程序对信号进行处理，再用放大器对信号进行放大，最终获得检测到的信息。

对屏幕上的点的定位是通过雷达测距实现的。时间是通过程序算法分析处理的，这个程序实现对雷达发送和接收的处理。要完成高精度测时芯片外围设备的工作流程，当异常流程再次出现时，对异常流程进行处理。时间间隔检测程序的流程如图3所示。扫描程序进程，首先调用初始化，然后等待扫描程序启动。通过停拍传感器确定起飞时间。在扫描期间，两个通道被连续采样并存储在外部存储器中。在区域目标检测的情况下确定目标检测。利用激光距离数据进一步计算目标位置数据是可能的。

图3 程序流程图

3 雷达触控系统工作原理

二维平面触控点探测与定位系统主要分为雷达发射硬件、雷达接收硬件、主要控制电路、时间测量计时电路、扫描电路，首先对前面的电路进行测试，接着再对雷达触控系统进行系统调试。通过贴标记对墙面建立坐标，方便实验过程中进行数据采集。数据采集与处理电路主要是采集并处理雷达串行数据，对接收数据进行分类，然后通过计算获取有效坐标，进一步通过坐标转换程序，将获得的有效坐标对应在二维显示屏上，触控电路是将屏幕坐标应用在对应坐标的输出及识别上，坐标定位电路处理屏幕坐标和人机交互处理，数据的通信是通过网络模块实现的。大屏幕交互雷达触控系统解决了获得数据不能使用的弊端，采用分类后再聚类的这种算法可以得到更精确的数据，使程序开发更快，运行更可靠，可以移植在不同的平台，让数据独立存在，这样就能让多个雷达触控系统同时工作，进一步就可以扩展系统应用。

4 结论

雷达触摸技术可以有效地将虚拟现实等二维平面上的数据信息发送给触摸屏操作人员。操作员可以实时与触摸操作，以廉价的方式构建一个信息流的闭环。二维接触点探测和定位技术才刚刚开始。与移动终端和物联网一样，接触点检测和定位技术也需要在大屏幕上花费时间。然而，人们正在使用二维平面接触点检测和定位技术，它们可以普遍在电脑和手机上被使用。它可以成为人们未来生活中不可替代的产品，就像现代虚拟现实技术和改进的现实技术一样。这样的检测和定位技术也会在生活的其他各个领域有所应用，如贸易、自动化、治疗、教育等。二维触点检测定位技术使其实现突破性的变化成为可能。任意显示屏幕的接触点检测和定位技术与虚拟现实技术一起，在生活中有很多应用。根据激光测量精度高、抗干扰能力强、激光测量技术性价比高的特点，采用激光定位方法应使用对时间参数进行测量，计算目标坐标。采用高精度时间测量芯片作为核心间隔测量模块进行时间测量，利用旋转多面体棱镜帮助激光在平面上扫描，由距离值和角度值计算平面上的位置坐标。以上模块主要由微控制器控制。本设计主要说明了大屏幕上进行触控操作的方法，包括电路的设计顺序、相应的参数部件、实现的方法原理和整个系统的设计。