交互式聲光顯示屏

作品名稱：交互式聲光顯示屏大類：科技發(fā)明制作B類小類：信息技術(shù)簡介：本作品創(chuàng)造性地設(shè)計出了一種無需專用傳感器的觸控LED點陣，加入發(fā)聲裝置實現(xiàn)了一款交互式的聲光顯示屏。通過對LED發(fā)光二極管的原理和特性進行深入分析和試驗驗證，發(fā)現(xiàn)了光照強度對LED發(fā)光二極管PN結(jié)中等效電流源的影響，結(jié)合PN結(jié)的結(jié)電容可存儲和釋放電荷的特性，實現(xiàn)了無需專用觸摸傳感器實現(xiàn)LED屏觸摸檢測的方法。詳細(xì)介紹：摘要發(fā)光二極管作為一種顯示工具，在信息發(fā)布、廣告、展覽展示、監(jiān)測監(jiān)控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代信息社會必不可少的信息傳播媒介。同時，人們對交互性提出了更高的要求，從而使得具備良好交互性能的LED呈現(xiàn)出巨大的市場需求。本項目在點陣式LED的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地設(shè)計出了一種無需專用傳感器的觸控LED點陣，加入發(fā)聲裝置實現(xiàn)了一款交互式的聲光顯示屏，避免了傳統(tǒng)觸控顯示屏的缺點和不足。本項目通過對LED發(fā)光二極管的原理和特性進行深入分析和試驗驗證，發(fā)現(xiàn)了光照強度對LED發(fā)光二極管PN結(jié)中等效電流源的影響，結(jié)合PN結(jié)的結(jié)電容可存儲和釋放電荷的特性，實現(xiàn)了無需專用觸摸傳感器實現(xiàn)LED屏觸摸檢測的方法。本項目設(shè)計出的交互式聲光顯示屏已經(jīng)完成原型制作并進行了功能測試，其具有低成本、精度高、可異性裝配、多點觸控等優(yōu)點，有較高的應(yīng)用價值和廣泛的市場前景，同時該方法還為新型顯示器的研制和生產(chǎn)提供了研究基礎(chǔ)。本研究論文主要針對交互式聲光顯示屏的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、硬件和軟件設(shè)計進行了介紹，并針對其中的關(guān)鍵技術(shù)做了詳細(xì)的分析，最后總結(jié)了該系統(tǒng)的創(chuàng)新點和實際應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：LED；光強傳感器；觸摸感應(yīng)第一部分 研究背景和意義隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，信息展示和發(fā)布工具不斷豐富，其中LED作為一種顯示工具，在信息發(fā)布、廣告、展覽展示、監(jiān)測監(jiān)控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體設(shè)備，成為現(xiàn)代信息社會必不可少的信息傳播媒介。現(xiàn)代信息傳播中，人們不單單滿足于被動地接收信息，往往更加傾向于與信息發(fā)布者的交流與互動。因此，人們對LED的交互性提出了更高的要求，從而使得具備良好交互性能的LED呈現(xiàn)出巨大的市場需求。交互式聲光顯示屏的觸摸檢測相比傳統(tǒng)的附加機械按鍵的LED顯示屏，具有更好的交互性能和用戶體驗。在使用觸控聲光顯示屏顯示屏?xí)r，用戶接觸屏幕上的圖形按鈕，屏幕上的反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序響應(yīng)用戶請求，借由LED顯示屏顯示畫面制造出生動的影音效果，是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。目前，傳統(tǒng)的LED顯示屏觸摸感應(yīng)方法有矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏等幾種。矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏使用壓力傳感器檢測用戶手指的按壓位置，因其檢測精度較低，已退出歷史舞臺。紅外線技術(shù)觸摸屏在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣，用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。紅外線技術(shù)觸摸屏價格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容技術(shù)觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進行工作，當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計構(gòu)思合理，但其成本較高，不宜應(yīng)用于大型顯示屏。電阻技術(shù)觸摸屏利用壓力感應(yīng)進行檢測，電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在橫豎兩個方向上產(chǎn)生信號，從而計算出按壓點的位置，電阻觸摸屏的定位準(zhǔn)確，但其價格頗高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏利用超聲波進行觸摸檢測，當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時，聲波能量被部分吸收，計算能量缺口位置即得觸摸坐標(biāo)。表面聲波觸摸屏可以用于第三軸檢測，反應(yīng)靈敏，耐久性好，缺點是僅適用于平面檢測，另外屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。本項目在點陣式LED顯示屏的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地設(shè)計出了一種交互式聲光顯示屏，避免了傳統(tǒng)LED觸控顯示屏的缺點和不足。本項目通過對LED發(fā)光二極管的原理和特性進行深入分析和試驗驗證，發(fā)現(xiàn)了光照強度對LED發(fā)光二極管PN結(jié)中等效電流源的影響，結(jié)合PN結(jié)的結(jié)電容可存儲和釋放電荷的特性，實現(xiàn)了基于PN結(jié)感光效應(yīng)實現(xiàn)LED屏觸摸檢測的方法。相比傳統(tǒng)的觸控顯示屏，本項目制作的交互式聲光顯示屏由LED發(fā)光二極管按照矩陣形式排列組成，每一個LED發(fā)光二極管本身即可以作為發(fā)光點又可以作為觸摸感應(yīng)點，無需附加任何其他類型的觸摸傳感器，極大地降低了成本；可以實現(xiàn)點對點的檢測，分辨率高；無需在LED顯示屏表面安裝觸摸屏，因此不會對顯示屏的清晰度和透光率產(chǎn)生任何影響；LED發(fā)光二極管矩陣可以進行曲面安裝，適用于各種異型表面；不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，壽命長，無需專門維護；沒有漂移，安裝和使用過程中無需校正；每個觸摸感應(yīng)點均獨立工作，可以實現(xiàn)任意多點的多點觸控功能等。本項目制作的交互式聲光顯示屏有較高的應(yīng)用價值和廣泛的市場前景，同時該方法還為新型顯示器的研制和生產(chǎn)提供了研究基礎(chǔ)。第二部分 系統(tǒng)概述根據(jù)交互式聲光電子琴的工作原理和功能的具體要求，將交互式聲光電子琴分為LED觸摸顯示矩陣、系統(tǒng)邏輯控制器、電子琴發(fā)聲控制器三部分組成，如圖1所示。圖1交互式聲光顯示屏系統(tǒng)架構(gòu)LED觸摸顯示矩陣由LED發(fā)光二極管按照特定的排列構(gòu)成，在本系統(tǒng)中LED發(fā)光二極管矩陣不僅可以通過二極管的亮滅顯示圖像圖像，還能作為觸摸感應(yīng)裝置。此外，本項目設(shè)計實現(xiàn)的交互式聲光顯示屏對LED發(fā)光二極管無特殊要求。系統(tǒng)邏輯控制器使用STM32單片機作為控制核心，其主要功能是根據(jù)LED矩陣傳輸回來的觸控點數(shù)據(jù)，以特定邏輯控制LED矩陣中每個LED發(fā)光二極管的亮度，實現(xiàn)圖像顯示，并向“電子琴發(fā)生控制器”發(fā)送聲音數(shù)據(jù)，控制其產(chǎn)生相應(yīng)旋律。觸控點數(shù)據(jù)的采集是利用LED發(fā)光二極管中PN結(jié)的結(jié)電容和等效電流源感光特性進行觸摸感應(yīng)。顯示屏控制器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分和創(chuàng)新點所在。電子琴發(fā)聲控制器根據(jù)系統(tǒng)主控制器傳輸過來的特定格式的數(shù)據(jù)，進行和弦運算，使用stm32單片機控制DAC輸出波形發(fā)出聲音。系統(tǒng)各部分設(shè)計方案將在本論文其他部分進行詳細(xì)介紹。第三部分 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)1. 交互式聲光顯示屏觸摸檢測原理本項目基于PN結(jié)感光效應(yīng)的交互式聲光顯示屏系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點就是僅使用LED發(fā)光二極管即可同時實現(xiàn)發(fā)光顯示和觸摸檢測，其中觸摸檢測的基本原理和實現(xiàn)方法是本系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問題。對于LED矩陣，當(dāng)用戶手指觸摸某個LED發(fā)光二極管時，手指遮擋會阻斷環(huán)境光線對該發(fā)光二極管PN結(jié)的照射，因此觸摸檢測可以通過測量PN結(jié)接收到的光照強度的方式來實現(xiàn)。1.1. LED發(fā)光二極管光強檢測LED由于其低成本，低功耗，高的轉(zhuǎn)換效率，體積小等優(yōu)勢已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于照明、裝飾、指示等各個方面。LED發(fā)光是通過在PN結(jié)兩端加上正向偏置電壓，使得載流子在正向電壓的作用下，自由電子從高能級躍遷到低能級，在耗盡區(qū)發(fā)生載流子復(fù)合，復(fù)合過程中一部分能量以光的形式釋放出來，從而完成LED的發(fā)光。另外一個方面，由于LED的主要結(jié)構(gòu)為PN結(jié)，因此，基于PN結(jié)的特性，在僅有外界光照的情況下，LED兩端由于光伏效應(yīng)也能夠形成一定的電勢差。因此，LED既可用作光源進行照明，也用作探測器對光強進行探測。在將LED用作探測器方面，將LED等效成為一個電流源與電容的并聯(lián)形式，如圖2所示。當(dāng)受到外界光照的情況下，光照強度的不同將影響電容放電的速度，因此能夠較好的得到光照強度的信息。圖2LED等效電路圖在將LED作為探測的具體過程當(dāng)中，首先，利用邏輯的高低電平對LED進行反向充電，電荷將通過LED內(nèi)部的電容進行保持，如圖3所示.圖3單個LED作為探測器的充電操作然后,將反向端置成高阻狀態(tài)，LED中的電容開始放電，如圖4所示.圖4單個LED作為探測器的放電操作由于有光生電流源與電容并聯(lián)，因此，完全放電的時間收到光照強度的影響，具體關(guān)系為：其中為隨時間變化的電勢情況，為光生電流的大小，C為電容的大小，Vcc為外加的偏置電壓大小，因此，光照越強，光生電流越大，放電速度越快。隨后向LED加上正向電壓，LED開始發(fā)光，單個LED作為探測器的發(fā)光操作如圖5所示。圖5單個LED作為探測器的發(fā)光操作1.2. 顯示屏發(fā)光矩陣掃描檢測以上部分研究了使用單個LED發(fā)光二極管來實現(xiàn)光強檢測和發(fā)光的分時復(fù)用原理，但本項目LED顯示器中需要使用由多個LED發(fā)光二極管按照特定排列構(gòu)成的陣列，此時不能夠?qū)γ恳粋€LED都使用單獨的I/O口線進行控制和檢測，而應(yīng)當(dāng)采用行列掃描的方法來實現(xiàn)。常用的LED矩陣的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。每一行LED的陰極都連接在一起，每一列LED的陽極都連接在一起。在作為顯示功能使用時，通常先使得某一個公共的陽極（或陰極）為高（低）電平，然后在陰極(或陽極)上加上這一列(行)需要顯示的信號，然后再快速切換到另外一列繼續(xù)掃描。雖然LED矩陣每次只能顯示一列(行)的信息，但是當(dāng)掃描速度很快時，看到的就是一屏完整的圖像。圖6LED點陣模塊示意圖在本項目中，難點在于在實現(xiàn)行列掃描顯示的同時實現(xiàn)光強的檢測。與上文中提到的單個LED的光強思路基本相同,只是需要同時兼顧行列掃描和顯示功能。掃描一列的基本流程如下：①選擇某一列（陽極），使其為低電平，此時將陽極的其它列設(shè)置為輸入高阻態(tài)以防止干擾；②將所有行（陰極）均置為高電平，此時被選中的一列進行反向充電，并適當(dāng)延時；③將所有行置為輸入高阻狀態(tài)，并讀取電壓（反映外部光強）；④將選擇的一列（陽極）置為高電平；⑤在陰極根據(jù)該列需要顯示的圖像點亮相應(yīng)的LED，并適當(dāng)延時；⑥切換到下一列繼續(xù)掃描。在讀取光強的值時，如果采用檢測管腳上的電壓變成低電平的方法，那么對于不同的光強需要延時等待的時間也不同。為了能夠保證顯示時有一個恒定的掃描頻率，在本項目中采用了AD轉(zhuǎn)換器讀取放電電壓的方法來探測LED上的電壓大小。當(dāng)對LED進行反向充電充滿后，由于光照不同其放電曲線也不同，當(dāng)光照強時放電速度快，光照弱時放電速度慢。如果我們在放電開始后的一個固定時間后采集LED上的電壓，電壓的大小就能夠反映LED上的光照強度。電壓越大，光照越弱；電壓越小，光照就越強。圖7放電電壓與時間的關(guān)系應(yīng)用以上原理，將LED組成點陣后，可通過檢測整個點陣中每個點的光強來判斷觸摸位置。若使用自然光作為光源，自然光隨環(huán)境因素變化大，光照強度可能不滿足觸摸檢測要求。為解決這一問題，本項目采用LED發(fā)光二極管點陣自發(fā)光的方案，檢測時，只熄滅LED發(fā)光二極管點陣中需要檢測光強的LED，其余LED處于點亮狀態(tài)，當(dāng)觸摸時，檢測光強的LED發(fā)光二極管周圍的LED發(fā)光二極管發(fā)光，光線通過手指反射到檢測光強的LED發(fā)光二極管，這樣循環(huán)檢測點陣中的每一個點，這樣就可以通過LED發(fā)光二極管點陣自發(fā)光產(chǎn)生光源，實現(xiàn)觸摸檢測。2. 顯示屏控制器精確計量LED發(fā)光二極管中PN結(jié)接收到的光照的強度，進而計算手指觸摸位置，需要使用AD轉(zhuǎn)換器測量出LED發(fā)光二極管PN結(jié)的反向電壓。在本項目中，選取帶有AD轉(zhuǎn)換器的STM32單片機作為LED屏控制器的核心。圖8LED顯示屏控制器結(jié)構(gòu)框圖本項目設(shè)計的顯示屏采用24*24彩色點陣的LED矩陣作為顯示和觸摸檢測單元，因LED發(fā)光二極管個數(shù)較多，并考慮到系統(tǒng)擴展的需求，采用分區(qū)域控制的思想，由四個STM32單片機作為控制器的從機分別控制4*4點陣，一個STM32單片機作為控制器的主機。從機采集到的觸摸數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C進行統(tǒng)一的處理和編碼，主機將需要顯示的數(shù)據(jù)分塊后發(fā)送給從機分別進行顯示，從機和主機之間使用I2C總線進行通信。顯示屏控制器結(jié)構(gòu)如圖8所示。顯示屏控制器的硬件電路主要由電源模塊、USB和串口通信模塊、Flash存儲模塊、主機和從機單片機最小系統(tǒng)等部分構(gòu)成。本項目制作的顯示屏控制器電路板如圖9所示。圖9LED顯示屏控制器電路板LED各顯示模塊間相對獨立，其中4*4為最小通信單元，每個通信單元都將把自己采集的數(shù)據(jù)經(jīng)I2C傳輸給通信主機，并由主機進行相應(yīng)運算，控制發(fā)聲及顯示系統(tǒng)工作。3. 電子琴發(fā)聲控制器在LED觸控數(shù)據(jù)由系統(tǒng)主控制器傳輸過來后，電子琴發(fā)聲控制器將進行相應(yīng)運算。其中在stm32單片機的flash中預(yù)先存儲16個音節(jié)的數(shù)據(jù)，每個音節(jié)時長2秒，數(shù)據(jù)格式為4K采樣率單聲道。當(dāng)接收到制定發(fā)聲指令后，將16個音節(jié)的波形數(shù)據(jù)進行延時疊加運算，模擬和弦效果，并將計算后的數(shù)據(jù)經(jīng)DMA直接發(fā)送到DAC數(shù)據(jù)地址，由兩路DAC同時發(fā)聲。其發(fā)聲模式分為兩種。1. 單一播放模式在此模式下，兩路DAC同時刻播放相同波形數(shù)據(jù)，并僅播放一次。用于本作品的“鋼琴”模式下。2. 循環(huán)播放模式在此模式下，系統(tǒng)主控制器將傳輸12x12的矩陣數(shù)據(jù)，其中每一行的發(fā)聲頻率相同，但發(fā)聲時刻依次延后1/6秒；每一列數(shù)據(jù)的發(fā)聲時刻相同，發(fā)聲頻率遞增。以此構(gòu)成“音樂矩陣”模式。此模式，將根據(jù)當(dāng)前被按下的點，循環(huán)發(fā)聲，從而使得無論按下點的位置如何，都能形成美妙的音樂旋律。此模式中，兩路DAC發(fā)出的波形相位相差500ms。3. 游戲配樂模式在此模式下用于“貪食蛇”，“手指加速風(fēng)車”等模式，聲音控制器將在進入指定游戲時，自動播放相應(yīng)背景音樂，并當(dāng)有“特殊事件”出發(fā)時，例如貪食蛇吃到新點，播放相應(yīng)提示音。本發(fā)聲系統(tǒng)為單調(diào)的LED觸控點陣提供了更多的交互效果，使得LED系統(tǒng)，不僅能在通過光點傳遞信息，更能通過聲音來渲染氣氛，吸引人們的關(guān)注。這正是當(dāng)前LED廣告行業(yè)的發(fā)展趨勢。第四部分 交互式聲光顯示屏實現(xiàn)功能展示各部分功能介紹：1. 手指風(fēng)車加速模式這個模式中，LED發(fā)光點陣將顯示出風(fēng)車的圖案，隨著手指在點陣上的滑動，風(fēng)車的轉(zhuǎn)速及背景音樂的播放速度將隨之改變。技術(shù)創(chuàng)新點：在無傳感器的LED點陣上實現(xiàn)了手勢識別圖10：功能1、手指風(fēng)車加速2.鏡像手掌顯示當(dāng)把手掌放在LED觸摸點陣上后，將在LED上顯示出一個中心對稱的手掌圖案，并可隨著自己手掌的移動，迅速跟隨移動。技術(shù)創(chuàng)新點：實現(xiàn)了LED觸摸點陣的快速檢測及運算顯示相應(yīng)。圖11：功能2、鏡像手掌顯示3. 貪食蛇模式此模式下，將出現(xiàn)由點組成的蛇形圖案，在LED觸摸點陣上游走，當(dāng)手指按下摸個點時，“蛇”將自動計算出最短路徑并迅速吃掉該被點亮的點，并加長自己的長度，也有同步的音樂響應(yīng)。技術(shù)創(chuàng)新點：實現(xiàn)了LED點陣的精確檢測，及各點亮度的精確控制。圖12：功能3、貪吃蛇4. 電子琴模式此模式下，用戶可按下LED上的虛擬琴鍵，系統(tǒng)將據(jù)此發(fā)出不同音調(diào)的聲音，模擬電子琴的效果?？稍谶@種模式下，完成音樂的演奏。技術(shù)創(chuàng)新點：實現(xiàn)了LED觸控點陣上手指“按下”及“抬起”的動作事件的識別，并完成了“觸控顯示系統(tǒng)”，“主邏輯控制系統(tǒng)”，“發(fā)聲系統(tǒng)”間的良好通信。圖13：功能4、電子琴彈奏5.創(chuàng)意音樂矩陣模式此模式下，按下同一橫排每個鍵（2x2為一個基本鍵單元），將在不同時刻發(fā)出同一音調(diào)；按下同一豎排每個琴鍵，將在同一時刻發(fā)出不同音調(diào)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將記錄按下鍵的位置，并據(jù)此進行和弦計算循環(huán)發(fā)出音樂。通過音調(diào)及發(fā)聲時刻的各種組合，形成了意想不到的美妙旋律，此模式下，無論何種組合，均會形成美妙音樂。技術(shù)創(chuàng)新點：音樂和弦的數(shù)據(jù)計算，及DMA與DAC的精確控制。圖14：功能5、創(chuàng)意音樂矩陣第五部分與市場同類產(chǎn)品對比當(dāng)下市場中交互式顯示屏的種類大致分為聲波式、電容式、紅外式、電阻式，我們從異形曲面、多點觸控、反應(yīng)速度等多個方面進行了比較，結(jié)果見下表。表1、多交互式顯示屏性能、參數(shù)對比性能 聲波式電容式 紅外式 電阻式 本作品異形曲面 支持部分規(guī)則曲面 不支持 不支持不支持 支持任意型面多點觸控 支持 支持 支持6~8點 不支持 支持壓力軸響應(yīng) 有 無 無 無 有非接觸式響應(yīng) 有無 無 無 有壽命 5千萬次以上 2千萬次 傳感器損壞概率大 3千萬次 同LED照明壽命安裝風(fēng)險 不易碎 易碎 外殼易碎 不易碎 不易碎外觀 不影響 不影響 影響 稍影響 完全不影響透光率92% 85%90% 75% 100%防刮擦 非常好，不怕硬物 一般，怕硬物敲擊 外框易碎 一般，怕銳器 非常好，不怕硬物反應(yīng)速度 10ms 15-24ms 50-300ms 10ms800us材料 純玻璃 四層復(fù)合膜 透光外殼 鍍于有機玻璃 無附加材料現(xiàn)場維護 不需要 需校準(zhǔn) 需清潔外殼 不需要 不需要色彩失真 無 有 無 有 無電磁場干擾 無 有 無 無 無價格 較貴 稍貴 一般 小尺寸廉價 無額外傳感器，廉價超大尺寸 較難實現(xiàn) 無法實現(xiàn) 可以實現(xiàn) 無法實現(xiàn) 極易實現(xiàn)第六部分 創(chuàng)新點、系統(tǒng)特點、應(yīng)用價值與市場前景1. 創(chuàng)新點(1)將普通的發(fā)光二極管即作為發(fā)光顯示又作為光強檢測使用，避免了額外傳感器的使用。(2)利用多色LED中具有紅、綠、藍三個發(fā)光管的結(jié)構(gòu)，利用綠色管發(fā)光，紅色管檢測。實現(xiàn)了彩色LED的信息顯示及觸摸檢測。(3)將LED發(fā)光矩陣同發(fā)生系統(tǒng)結(jié)合，圖聲并茂更加吸引人們關(guān)注，并達到更好的交互效果，是未來LED廣告產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。2. 系統(tǒng)特點交互式聲光顯示屏針對LED人機交互這一應(yīng)用背景而設(shè)計，相比現(xiàn)有LED顯示屏具有以下優(yōu)勢：(1) 無需專用觸摸傳感器實現(xiàn)觸摸檢測通過對LED發(fā)光二極管的原理和特性進行深入分析和試驗驗證，發(fā)現(xiàn)了光照強度對LED發(fā)光二極管PN結(jié)中等效電流源的影響，結(jié)合PN結(jié)的結(jié)電容可存儲和釋放電荷的特性，實現(xiàn)了無需專用觸摸傳感器實現(xiàn)LED屏觸摸檢測的方法。(2) 降低了觸控LED顯示屏的成本相比傳統(tǒng)的觸控顯示屏，本項目制作的觸控LED顯示屏由LED發(fā)光二極管按照矩陣形式排列組成，每一個LED發(fā)光二極管本身即可以作為發(fā)光點又可以作為觸摸感應(yīng)點，無需附加任何其他類型的觸摸傳感器，極大地降低了成本。(3) 改善了普通觸摸屏觸控性能可以實現(xiàn)點對點的檢測，分辨率高；無需在顯示屏發(fā)光矩陣表面安裝觸摸屏，因此不會對顯示屏的清晰度和透光率產(chǎn)生任何影響；LED發(fā)光二極管矩陣可以進行曲面安裝，適用于各種異型表面；不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，壽命長，無需專門維護；沒有漂移，安裝和使用過程中無需校正；每個觸摸感應(yīng)點均獨立工作，可以實現(xiàn)任意多點的多點觸控功能。3. 應(yīng)用價值本項目在點陣式LED顯示屏的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地設(shè)計出了一種交互式聲光顯示屏，避免了傳統(tǒng)LED觸控顯示屏的缺點和不足，實現(xiàn)了無需專用觸摸傳感器實現(xiàn)LED觸摸檢測的方法。本項目設(shè)計出的交互式聲光顯示屏已經(jīng)完成原型制作并進行了功能測試，其具有低成本、精度高、可異形裝配、多點觸控等優(yōu)點（見第五部分），在交互式應(yīng)用中提供了良好的用戶體驗，同時該方法還為新型顯示器的研制和生產(chǎn)提供了研究基礎(chǔ)。4. 市場前景目前大型LED顯示屏發(fā)展迅速，尤其在廣告產(chǎn)業(yè)，LED廣告牌的身影遍布城市各個角落。但當(dāng)前廣告行業(yè)的發(fā)展趨勢更加突出人與廣告的融合，因此實現(xiàn)與廣告內(nèi)容的交互便顯得尤為重要。但限于一般廣告牌的尺寸都較大，目前使用較為廣泛的電容屏無法達到尺寸上的要求，而大尺寸的紅外式觸控屏因其易碎性，在維護上有較大困難，且其成本也會成倍提高。本作品實現(xiàn)的交互式LED聲光廣告牌，即無尺寸上的限制、可在各類異性面上安裝、又實現(xiàn)了非接觸式近距離感應(yīng)，這是其他類型觸摸屏所無法實現(xiàn)的。且本作品無需額外傳感器，故將大大節(jié)約改造成本。從而使現(xiàn)有LED廣告牌實現(xiàn)觸控檢測的功能。商家可借此吸引更多用戶，可在其上留下“手印”、“簽名”等炫麗的效果發(fā)出美妙的音樂。也可在其上發(fā)布調(diào)查問卷，用戶可在對應(yīng)選項上按下手印，即可借此收集用戶的各類反饋信息。在大