觸摸板語音遙控器的設(shè)計

1、觸摸板語音遙控器的設(shè)計摘要：文章介紹了一種可應(yīng)用于電視機的觸摸 板語音遙控器的設(shè)計。該設(shè)計采用紅外技術(shù)、電容觸 摸技術(shù)和rf2.4ghz無線傳輸技術(shù)，可實現(xiàn)普通電視 遙控、光標移動、觸摸按鍵和語音傳輸功能，特別適 合應(yīng)用于智能電視。關(guān)鍵詞：電容觸摸技術(shù)；rf2.4ghz無線技術(shù)；紅 外技術(shù)；觸摸板語音遙控器；智能電視機；語音識別中圖分類號：tn912文獻標識碼：a文章編號: 1009-2374 （2011） 34-0032-03智能電視機中也用到類似個人電腦上的光標移動 控制，這是一個重要的人機交互手段；另外，隨著電 視功能的日益增多，語音識別也逐漸成為一種重要的 人機交互方式。雖然有類似的設(shè)

2、備可以實現(xiàn)這些功能， 但使用麻煩、不方便。一、觸摸板語音遙控器的功能特點此遙控器主要應(yīng)用在智能電視上，有如下功能：（一）采用紅外技術(shù)的普通按鍵（機械按鍵）傳統(tǒng)電視的控制都是通過紅外傳輸技術(shù)進行控制的，當前的電視機還不能脫離紅外控制，所以遙控器 上保留常用電視功能的紅外遙控按鍵。（二）觸摸板上的觸摸按鍵同上，區(qū)別只是此按鍵是做在觸摸板上的觸摸式 按鍵。這樣做的目的是，觸摸板上實現(xiàn)一些電視的按 鍵功能，使做出來的遙控器體積不至于太大，方便使 用。（三）使用觸摸板用于光標輸入現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)電視、智能電視很多都用到上網(wǎng)功能， 有越來越多個性化應(yīng)用比如游戲也會用到光標控制， 為此遙控器上設(shè)計了觸摸板區(qū)域，在

3、觸摸板上用手指 觸摸移動可以控制電視機光標的移動。同時，因為觸 摸板支持多點輸入，也可以在觸摸板上做一些手勢識 別，實現(xiàn)類似放大縮小這樣的一些功能。（四）觸摸板上的標準鍵盤現(xiàn)在的電視機上使用到文字輸入的地方越來越多， 所以遙控器上的觸摸板可同時做成觸摸式的標準鍵盤， 兼而使用。（五）雙向語音功能遙控器上帶有一個麥克風(fēng)，可以進行語音采集輸 a;同時帶有語音輸出口，比如3.5mm的耳機口，可 以實現(xiàn)耳機輸出自動識別，即有耳機插入時，電視機遠端的聲音從遙控器的耳機輸出；沒有耳機插入時， 電視機的聲音從本機的揚聲器輸出。需要說明的是，因為觸摸板不能同時實現(xiàn)以上2、3、4所列的幾種使用情況，所以遙控器上

4、需設(shè)置一個 切換開關(guān)來切換不同的模式。二、觸摸板語音遙控器的組成原理所設(shè)計的遙控器包括一個遙控器和一個usb接收 器，其中遙控器帶有觸摸板和普通的按鍵，可以實現(xiàn) 對觸摸移動控制、標準鍵盤輸出和常用的電視紅外遙 控功能;采用rf 2.4ghz無線傳輸技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸， 實現(xiàn)對觸摸板輸出數(shù)據(jù)的傳輸，和對語音信號進行收 集、編碼，并調(diào)制于2.4ghz基帶信號上進行發(fā)送。usb 接收器則可以對接收到的觸摸板數(shù)據(jù)和語音信號進行 解調(diào)、解碼，生成符合usb規(guī)范的數(shù)據(jù)，通過usb接 口傳輸給電視機進行相關(guān)的控制和處理。整個遙控器系統(tǒng)主要包括如下幾個部分：主控模 塊、觸摸板模塊、電源模塊、rf語音信號處理模塊

5、、 紅外發(fā)射模塊、usb接收器，以下分別介紹各個組成 的模塊：（一）主控模塊主控模塊選用pointchips公司帶觸摸功能的控制 芯片pp8373,組成整個遙控器的主控中心，可以實現(xiàn):觸摸板觸摸檢測、觸摸數(shù)據(jù)輸出、按鍵輸入檢測、紅 外信號輸出、led燈顯示輸出、系統(tǒng)控制等功能.pp8373 有如下特點：1. 快速反應(yīng)功能，每秒掃描速度最快可達20000 次/秒。2. 40路gpio 口/電容感應(yīng)輸入口，模式自由 切換。3. 電容感應(yīng)口可實現(xiàn)：按鍵、滑條、觸摸板和觸 摸屏等功能，支持多點觸摸。4. 自電容和互電容混合感應(yīng)方式，檢測精度更精 準。5. 低待機功耗（3v電池供電時待機電流為30ua）

6、6. 支持多種喚醒方式：按鍵、觸摸或者接近喚醒觸摸板模塊觸摸板模塊是利用電容觸摸原理而設(shè)計的具有一 定面積的pcb板，其背面一般是一些元器件和電路走 線，正面設(shè)計成矩陣式的焊盤，用來感應(yīng)觸摸電容的 變化，觸摸芯片檢測這些變化來判斷觸摸的位置，然 后將此信息進行相關(guān)處理，比如可以輸出光標移動信 息、觸摸按鍵信息、滑條移動信息等。下面簡單介紹 電容式觸摸板的工作原理：電容式觸摸板的感應(yīng)電極，通常由pcb上的排列成矩陣的一系列金屬圖案組成，一般為菱形和三角形 組成。感應(yīng)電極pcb表面要保證平整，不能有其他器 件，平整的pcb表面一般允許有一定厚度的非金屬介 質(zhì)，比如遙控器塑膠外殼，pcb表面與外殼一

7、般用雙 面膠無縫粘牢。當沒有觸摸板感應(yīng)時，感應(yīng)電極與外圍的地或者 其他信號走線之間存在固定的寄生電容；而當有觸摸 感應(yīng)時（比如用手指觸摸觸摸板），人體具有導(dǎo)電性， 作為另外一個電極與感應(yīng)電極之間產(chǎn)生一定的電容， 此電容與原來存在的寄生電容并聯(lián)，增大了感應(yīng)電極 上的電容值，以這個電容的變化值，觸摸芯片可以判 斷出手指的存在，如圖1所示：在觸摸板上觸摸時，觸摸芯片按一定順序掃描縱 橫方向的每個電容感應(yīng)電極，記錄每一個感應(yīng)電極的 電容值，根據(jù)電容值變化判斷手指所在的控制輸入口， 從而計算手指的坐標。根據(jù)不同時刻的坐標，還可以 判斷手指的移動方向、移動速度等。在本設(shè)計中，觸摸板可以實現(xiàn)光標移動、標準鍵

8、 盤輸入和普通紅外按鍵輸入。實現(xiàn)這幾種功能時，需 用一個觸摸板模式轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換不同功能。其中在 光標模式下，支持多點觸摸，可實現(xiàn)放大、縮小、翻 頁、左右移動、鼠標單擊、雙擊等功能。（三）電源模塊遙控器電源部分很簡單，采用兩節(jié)7號干電池供 電，再通過一個ldo輸出1.8v直流電供給pp8373， ldo選用torex公司的低損耗xc6206系列；紅外發(fā)射 模塊、顯示輸出模塊和rf語音信號處理模塊，都直接 用電池電壓供電，這樣可整體上降低電源損耗。（四）rf語音信號處理模塊rf語音信號處理模塊采用synic公司的模塊化電 路方案ia2s4,模塊中包含wm8988音頻編解碼芯片。 有如下特點：1.

9、 音頻信噪比93db。2. 支持多種音頻采用率，最高達到khz。3. 工作電壓23.6v，符合電池的供電。4. 最大2mbps數(shù)據(jù)率。ia2s4的方框圖如圖2所示：5. 紅外發(fā)射模塊。因為紅外技術(shù)的穩(wěn)定可靠性， 電視機一般都保留紅外控制功能，用來控制電視機的 常用功能。6. usb接收器。usb接收器采用synic公司的與ia2s4搭配的接收器，主要負責(zé)rf語音數(shù)據(jù)和觸摸板 數(shù)據(jù)接收處理，同時也可以發(fā)射電視輸出的語音和狀 態(tài)信息。一般而言，觸摸板的數(shù)據(jù)是符合hid協(xié)議的， 通過usb 口與電視機通信。三、觸摸板語音遙控器設(shè)計的關(guān)鍵本設(shè)計中，考慮的關(guān)鍵點主要是遙控器的待機機 制和觸摸板的工藝要求

10、。(一)待機機制對于遙控器來說，因為使用電池供電，所以待機 的機制是否人性化關(guān)系到電池壽命和客戶的使用體驗， 很關(guān)鍵?？偟膩碚f，需要考慮如下情況：1. 控制芯片pp8373不斷電，有兩種模式：工作 模式和待機模式。2. rf語音信號處理模塊需要做電源切斷、連通 的控制，也有兩種模式：通電模式和關(guān)電模式。pp8373 通過10 口來控制rf語音信號處理模塊的電源vrf。3. pp8373進入工作模式的條件：(1) 按任何獨立按鍵。(2) 在觸摸板上觸摸。(3) 遙控器斷電狀態(tài)下上電。(4) 以上三種情況使pp8373進入工作模式后，rf語音信號處理模塊為默認的關(guān)電模式。檢查，(5) pp8373

11、在工作模式時，要定時 rf語音信號處理模塊是否空閑，由此決定是否關(guān)閉其電源。4. pp8373進入待機模式的條件：(1) 按鍵無操作超過10秒鐘；(2) 觸摸板無操作超過10秒鐘；(3) 進入待機前，需檢查rf語音信號處理模塊 是在使用狀態(tài)(包括對碼狀態(tài))還是空閑狀態(tài)(無音 頻傳輸，無連接)?？臻e則關(guān)閉其電源，其他情況則不 關(guān)。(4) pp8373在待機模式下如果rf語音信號處理 模塊電源關(guān)閉，要重新開啟rf語音信號處理模塊，必 須手動使pp8373進入工作模式，然后按下述5-(1) 和5- (2)進行。(5) pp8373在待機模式下，rf語音信號處理模 塊正在使用，則在進入待機模式后，可以

12、這樣處理： pp8373定期(比如5秒鐘一次)檢查rf語音信號處 理模塊是否被使用，如果檢查到己經(jīng)空閑，則pp8373 自動喚醒進入工作模式，然后關(guān)閉其電源。5. rf語音信號處理模塊進入通電模式的條件：(1) 觸摸板在光標模式下，觸摸板上觸摸；(2) 觸摸板在按鍵模式下，按“切換”鍵使其進 入光標模式時；(3) mic 打開；(4) 有音頻輸入；(5) 進入對碼狀態(tài)時；(6) 在以上條件下，pp8373在須在工作模式下 通過10控制使rf語音信號處理模塊進入通電模式。6. rf語音信號處理模塊進入關(guān)電模式的條件：(1) mic 關(guān)閉；(2) 無音頻輸入；(3) 觸摸板不使用超過10秒鐘；(4

13、) rf語音信號處理模塊不在對碼狀態(tài)而且無 連接時。用如上的待機機制，遙控器的待機電流可以低至 40u a,滿足使用一般電池供電。(二)觸摸板的工藝要求遙控器所使用的觸摸板，屬于電容感應(yīng)方式，生 產(chǎn)與設(shè)計時，有一些工藝要求，以保證電容感應(yīng)的靈 敏度符合要求：1. 要避免在觸摸板表面使用金屬導(dǎo)電類材料，而 且其表面覆蓋介質(zhì)盡量不要太厚，對觸摸板而言，最 好在0.5mm以內(nèi)。2. 另外，因為空氣中的濕度會影響到觸摸板上的 感應(yīng)電荷，所以觸摸板上的pcb焊盤要與覆蓋其上的 介質(zhì)材料緊密集合，中間不要留有空氣空隙。3. 兩層pcb而言，厚度為1.0mm比較合適。4. 為確保電容感應(yīng)本身的寄生電容小，p

14、cb上感 應(yīng)焊盤至感應(yīng)芯片之間的走線盡量短。5. 增大感應(yīng)焊盤能增加感應(yīng)靈敏度，但相同面積 下，太大的感應(yīng)焊盤會導(dǎo)致感應(yīng)的精度降低，所以要 在這兩者之間平衡，一般而言，對于40mmx50mm 面積的觸摸板，其感應(yīng)焊盤大概分布為6x8或者8x 10的矩陣比較合適，表面覆蓋物較厚時，感應(yīng)焊盤稍 微做大一點。6. 在有感應(yīng)焊盤的pcb面，使用40%的鋪地（網(wǎng) 格狀），而其他層面，可以有80%的鋪地（網(wǎng)格狀）， 這樣可以使感應(yīng)的寄生電容最小化。四、結(jié)語因為傳統(tǒng)的遙控器已經(jīng)不能滿足功能越來越多元 化的電視機，特別是智能電視機的需求，本文提出一 種觸摸板語音遙控器的設(shè)計，在傳統(tǒng)遙控器上集成觸 摸板和語音功能，滿足當前電視功能的需求。參考文獻1 application note an