new5 free
حراج!

طراحی و پیاده سازی نوعی پنل لمسی مادون قرمز

49.000تومان 39.000تومان

توضیحات

دانشكده¬ي مهندسـي

پايان‌نامه كارشناسي ارشدرشته مهندسي کامپيوتر (هوش مصنوعي)

طراحی و پیاده سازی نوعی پنل لمسی مادون قرمز مبتنی بر بازشناسی الگو

چکيده

مسئله موقعیت یابی همواره به عنوان پایه و اساس مسائل مطرح در تمامی انواع صفحات لمسی بحث برانگیز بوده است، منظور از موقعیت یابی، تشخیص مکان انگشت یا انگشتان قرار داده شده بر سطح صفحه لمسی می باشد.از طرفی وابستگی شدید صفحات لمسی به جنس مواد بکار رفته در ساخت آنها موجب بروز چالشی عظیم در نحوه ساخت صفحات لمسی جهت افزایش دقت موقعیت یابی شده است، در این پایان نامه ابتدا با بررسی صفحات لمسی رایج، روشی جدید جهت موقعیت یابی فارغ از جنس مواد بکار رفته در ساخت صفحه لمسی ارائه شده است. این روش تلفیقی از روش تحلیل سیگنال Liu در صفحات لمسی آکاستیکی و صفحات لمسی ساخته شده از سنسور های مادون قرمز ارائه شده توسط Moeller می باشد. مهمترین تفاوت روش ارائه شده با روش های قبلی، علاوه بر سخت افزار ارائه شده، نحوه تحلیل داده ها و تغییر در مدل سازی داده های بکار رفته با استفاده از روش نزدیکترین همسایه می باشد. نتایج نشان دهنده بهبود عملکرد این روش نسبت به روش Liu در بستر جدید ارائه شده می باشد.

فهرست مطالب

فصل اول… 1
1- مقدمه 2
1-1- مقدمه 2
1-2- دسته بندی صفحات لمسی 4
1-3- تاریخچه اجمالی از روند توسعه و ابداء انواع تکنولوژی های لمسی موجود: 8
1-4- انواع مختلف صفحات لمسی تا به امروز 9
1-5- تنیجه گیری و شرح روند کلی رساله 11
فصل دوم.. 12
2- تحقیقات اخیر در زمینه ساخت صفحات لمسی 13
2-1- مقدمه 13
2-2- شرح کامل روش Liu 16
2-3- شرح کامل روش Moeller 25
2-4- جمع بندی 29
فصل سوم.. 30
3- ارائه بستری نو، تحلیلی بر روش های موجود در این بستر و ارائه روشی جدید 31
3-1- مقدمه 31
3-2- ارائه بستری جدید 31
3-3- ارائه روشی کارآمد در بستر جدید 47
3-4- جمع بندی 51
فصل چهارم 52
4- آزمایش ها و نتایج 53
4-1- مقدمه 53
4-2- روش نمونه بردای 53
4-3- مشخصات کامپیوتر استفاده شده در این تحقیق 56
4-4- نتایج بدست آمده و مقایسه آن 56
4-5- جمع بندی 58
فصل پنجم 59
5- نتیجه گیری 60
5-1- مقدمه 60
5-2- تحقیق های آینده 60
فصل ششم 62
6- پیوست ها 63
6-1- مشخصات هندسی صفحه لمسی طراحی شده 63
6-2- محاسبه مقدار ولتاژ خروجی به صورت نمونه 63
6-3- برگه های مشخصات سنسور ها 66
7- فهرست منابع 77

تعاریف

در این پایان نامه از تعاریف جدیدی صحبت به میان آورده شده است که به دلیل وسعت کاربرد ابتدا لازم است تا این تعاریف را در چند خط معرفی نموده تا خواننده بتواند به بهترین نحو از مطالب استفاده نماید:

– صفحه لمسی: به تمامی اجسام مسطحی که با لمس آنها بتوان مکان لمس شده در آنها را تشخیص دادصفحه لمسی گفته می شوذ. صفحات لمسی در ابعاد مختلف و انواع مختلف در نظر گرفته می شود.

– بستر: به سیستمی سخت افزاری اعم از نوع و نحوه استفاده از سنسور ، جنس مواد بکار رفته در صفحه یا صفحات، نحوه قرارگیری صفحه یا صفحات ، تمامی مدارات جانبی . غیره ارائه شده توسط فرد یا افراد می باشد که در نهایت منجر به تولید یک صفحه لمسی می گردد.(سه بستر مختلف در این پایان نامه ارائه و بررسی می گردد)

– روش در بستر : به روش های نرم افزاری که به کمک آن بتوان مکان لمس شده در صفحه لمسی را تشخیص داد اتلاق میگردد.(سه روش در این پایان نامه ارائه و بررسی می گردد)

فصل اول
مقدمه

1- مقدمه

1-1- مقدمه
امروزه استفاده از صفحه نمایش های لمسی، بسیار گسترده شده و با توجه به این روند در حال پیشرفت تقاضای استفاده از آن نیز رو به افزایش است(شکل 1-2 نشانگر افزایش روز افزون استفاده از این تکنولوژی را نشان می دهد). به گونه ای که نظر بسیاری از کمپانی ها و موسسات بین المللی را به خود جلب کرده است، تا جایی که بسیاری از موسسات در حیطه های مختلف کاری از جمله IT, Medicine ,Computer, ATM و غیره سعی در بکارگیری و پشتیبانی از این تکنولوژی نه چندان جدید در محصولات خود را داشته اند(شکل 1- 1).[1-3]
شکل 1-1- موارد کاربرد صفحه نمایش های لمسی در حیطه های مختلف و سهم فروش آن در بازار کالا [1]

همچنین استفاده از این تکنولوژی به گونه ای شایع شده که اغلب کشورهای صنعتی جهان تمایل خاصی به استفاده از آن در محصولات مختلف خود نموده اند، به عنوان مثال طی بررسی های انجام شده توسط موسسه DisplaySearch آمریکا در سال 2010 بیشترین میزان استفاده از صفحه نمایش لمسی در محصولات ژاپنی وسپس در آمریکایی بوده است.(شکل 1-2 بیانگر این موضوع می باشد.)[2].

شکل 1-2- میزان استفاده از صفحات لمسی در تولیدات صنعتی، توسط کشور های مختلف [2]
شکل 1-3- میزان رشد درآمد های حاصل از بکارگیری تکنولوژی صفحه نمایش های لمسی از سال 2006 تا 2014 (تخمین)[3]؛ تصویر سمت راست: میزان در آمد حاصله از فروش – تصویر سمت چپ: میزان استفاده از صفحه نمایش های لمس

علاوه بر این، در بررسی های انجام شده توسط همین موسسه در سال 2011 ، پیش بینی شده است که میزان خرید این محصول تا سال 2014 رشدی حدود 105 درصدی خواهد داشت. (بیش از دو برابر نسبت به سال 2011) که این خود نشان دهنده اهمیت این تکنولوژی می باشد. (شکل 1-3) [3].
1-2- دسته بندی صفحات لمسی
از زمان پیدایش این تکنولوژی انواع مختلفی از صفحه نمایش های لمسی تولید و ارائه شده است و با گذشت چیزی نزدیک به سه دهه از ساخت و ارائه اولین مدل از این تکنولوژی همچنان موضوعات مطرح در این حیطه جذاب و مورد توجه محققین در علوم مختلف می باشد. بدلیل طیف گسترده تولید کنندگان و تنوع تحقیقات در این زمینه، دسته بندی های مختلفی تاکنون برای انواع مختلف صفحات لمسی ارائه شده است که مشهور ترین آن ها عبارتند از:
الف) دسته بندی Wigdor
این نوع از دسته بندی بر اساس داده های دریافتی و نحوه پردازش صفحه لمسی مورد نظر می باشد که در شکل1-5 نشان داده شده است [47].
ب) دسته بندی Walker
این دسته بندی بر اساس نوع پلتفرم ، میزان شفافیت صفحه و غیره تقسیسم بندی شده است شکل 1- 4 نشان دهنده این نوع دسته بندی می باشد [40].
ج) دسته بندی موسسه آمریکایی Display Search
در این نوع دسته بندی معیار نوع سنسور ها و تکنولوژی ساخت هر یک از صفحات لمسی می باشد که در شکل1-6 به صورت نموداری رسم شده است[46].

شکل1- 4 – نمودار دسته بندی صفحات لمسی به روش Walker [40].

شکل1- 5 – نمودار دسته بندی صفحات لمسی به روش [47] Wigdor.

شکل1- 6 – نمودار دسته بندی انواع صفحه های لمسی به روش display search [46].

د) ارائه دسته بندی جدید
همان طور که اشاره شد هر یک از این دسته بندی ها به منظور خاصی و توسط شخص یا موسسه خاصی ارائه شده است. از آنجا که موضوع مورد مطالعه در این رساله پیرامون مسئله موقعیت یابی – تشخیص مکان انگشت یا انگشتان قرار داده شده بر سطح صفحه لمسی – در صفحات لمسی است لذا این موضوع به طور کامل در هیچ یک از دسته بندی های فوق بدان اشاره نشده است و نمی توان آن را در این دسته بندی ها گنجاند، بنابراین در اینجا دسته بندی جدیدی ارائه می گردد که ترکیبی از دسته بندی های فوق بوده و مسائل مطرح در این رساله را نیز پوشش دهد،که به صورت زیر ارائه می گردد:
در این جا معیار نحوه عملکرد صفحه نمایش است ، همانطور که اشاره شد شرکت ها و موسات زیادی در زمینه صفحات لمسی فعالیت داشته اند وهر یک سیاست خاص خود جهت حل مسئله موقعیت یابی اتخاذ کرده اند که می توان آنها را در دو دسته گنجانید که عبارتند از:
• Exact base: در برخی تحقیق ها از روش های سخت افزاری جهت بالاتر بردن دقت و سرعت موقعیت یابی استفاده کرده اند.روش هایی مانند: افزایش تعداد سنسور ها، محل و نحوه قرارگیری سنسور ها ،تغییر سایز و کوچک سازی سنسور ها و …
• Approximation base: در این دسته به جای روش های سخت افزاری از مدل سازی،تحلیل سیگنال و پردازش داده ای به جای روش های سخت افزاری استفاده شده است.
همچنین میتوان باز صفحات لمسی را از نظر جنس بدنه صفحه لمسی نیز به دو دسته متفاوت تقسیم کرد،در مجموع دسته بندی به صورت نشان داده شده در شکل1- 7مفروض میباشد:

شکل1- 7 – نمودار دسته بندی انواع مختلف صفحات لمسی بر اساس نحوه عملکرد آنها

در این پایان نامه هدف به وجود آوردن دسته ای جدید از صفحات لمسی است که از ترکیب روش های ارائه شده درصفحات نوع Acoustic waveاز دسته صفحات لمسی Approxsimation base ها و صفحات نوع Infrared از دسته Exact base میباشد به این صورت که بستر طراحی شده از نوع Infrared انتخاب شده و روش های تحلیل سیگنال ارائه شده در نوع Aciustic بر روی داده های گرفته شده از این بستر اعمال می شود . هدف اصلی این روش ارائه راه حلی جهت کاهش هزینه ها و کاهش وابستگی سخت افزاری صفحات لمسی مادون قرمز می باشد. در این صورت در روش دسته بندی ارائه شده زیر گروهی جدید به نام Infrared wave معرفی میگردد.
1-3- تاریخچه اجمالی از روند توسعه و ابداع انواع تکنولوژی های لمسی موجود:
Johnson برای اولین بار، سال 1965 در مورد ساختار ساده ای سخن به میان آورد که اساس کار صفحه نمایش های لمسی خازنی بود [8] ، پس از آن مقاله ی مفصل وی در سال 1967 که نظریه ای بود پیرامون تکنولوژی جدیدی با عنوان نمایشگرهای لمسی [9] منتشر شد. سپس برای اولین بار در سال 1968 مقاله ای منتشر گردید که از این تکنولوژی در کنترل ترافیک هوایی استفاده کرده بود [10,11]پس از آن برای اولین بار توسط Benck در موسسه WERN در اوایل دهه 1970 اولین صفحه نمایش های لمسی خازنی ساخته و در سال 1973 به کار گرفته شد[12]. پس از آن Hurst زمانی که به عنوان استاد در موسسه تحقیقات دانشگاه کنتاکی مشغول به فعالیت بود، اولین سنسور مقاومتی لمسی با نام Elograph را اختراع کرد که به او اجازه می‌داد مطالب را سریعتر وارد کند. در کنار این اختراع شرکت اِلوگرافیکس متولد شد ، این دستگاه شباهتی به سنسورهای امروزی نداشت؛ اما این دستاورد قدم بزرگی به سمت صفحه‌های لمسی جدید بود. سه سال بعد، در ۱۹۷۴، Hurst اولین صفحه لمسی شفاف را طراحی کرد و در سال ۱۹۷۷ Elograph را اختراع و روش فنی 5-Wire مقاومتی را به نام خود ثبت کرد که در حال حاضر نیز پرکاربردترین روش می‌باشد. این تکنولوژی در سال 1982 به طور صنعتی تولید و بکار گرفته شد[13]. پس از آن از سال 1986 به بعد تلاشهایی در جهت گسترش استفاده از آن در دستگاه های مختلف صورت پذیرفت ، در این سالها اولین صفحه نمایش گرافیکی لمسی ارائه گردید، در اوایل دهه 1990 اولین تحقیقات دانشگاهی توسط Sears انجام پذیرفت [14] و در اواخر سال 1990 و اوایل 2000 استفاده از این نوع صفحه های لمسی در بازی های رایانه ای بسیار رونق گرفت و تا سال 2004 این امر بیشترین بازار مصرف را به خود اختصاص می داد، اما پس از ارائه صفحه نمایش های لمسی توسط Nitendo و استقبال از آن، استفاده از صفحه نمایش های لمسی بسیار وسیع شده و به رایانه های شخصی کشیده شده است[15].از اوایل سال 2000 تاکنون انواع مختلف و پیچیده تری از صفحه های لمسی ارائه شده است که در ادامه به بررسی دقیق برخی از آنها می پردازیم.
1-4- انواع مختلف صفحات لمسی تا به امروز
انواع فناوری هایی را که تا کنون ارائه شده است که در کل میتوان از حیث نوع سنسورهای بکار رفته در آن به چندین دسته از قبیل مقاومتی، آکوستیکی ،خازنی، فروسرخ، تصویری، سیگنالی وصوتی تقسیم کرد. از آنجا که از اواسط دهه 1960 تاکنون تغییرات بسیاری در این زمینه رخ داده است و شرح مفصل هریک از آن ها در این رساله مقدور نیست لذا تنها به برسی اجمالی عملکرد هر یک آن ها تنها در چند خط بسنده می کینیم که عبارت است از :
– مقاومتی: در این فناوری، صفحه لمسی از چندین سنسور مقاومتی تشکیل شده‌است، پس از برخورد انگشتان با آن از میزان مقاومت سنسور ها کاسته می شود و مکان برخورد انگشت با صفحه مشخص می گردد [16].
– موج آکوستیک سطح: این فناوری از امواج فراصوتی که از تخته لمسی عبور می‌کنند استفاده می‌کند. وقتی صفحه لمس می‌شود، مقداری از این امواج جذب می‌شوند. این تغییر در امواج فراصوتی مکان لمس را مشخص می‌کند [17].
– خازنی : صفحه لمسی خازنی (یا الکترواستاتیک)،از سنسور های خازنی متعددی ساخته شده است، وقتی میدان خازنی نرمال حسگر (در حالت پایه) توسط میدان خازنی دیگری (مثلاً انگشت انسان) تغییر کند، مدارات الکترونیکی که در گوشه‌های صفحه قرار دارند، برآیند تغییرات موج سینوسی میدان مرجع را اندازه‌گیری می‌کند و این اطلاعات را برای محاسبات ریاضی به کنترلر می‌فرستند[18].
– فروسرخ : در این صفحات آرایه‌ای از حسگرهای فروسرخ عمودی و افقی مورد استفاده قرار می‌گیرد که تغییرات در پرتوهای تنظیم‌شده نور فروسرخ نزدیک سطح صفحه را تشخیص می‌دهند. این صفحات مقاوم‌ترین سطح را دارند و در کاربردهای نظامی که نیاز به صفحه نمایش لمسی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند[19].
– تصویرسازی نوری (پردازش تصویر) : در این روش، تعداد دو عدد یا بیشتر حسگر تصویر در دور صفحه قرار می‌گیرد و نورهای زمینه فروسرخ (مادون قرمز) در طرف دیگر صفحه در زاویه دید دوربین قرار می‌گیرند. یک تماس به صورت سایه بر روی هر جفت از دوربین‌ها می‌افتد که می‌تواند با مثلثی کردن برای یافتن مکان تماس مورد استفاده قرار گیرد، این روش روز به روز در حال پیشرفت بوده واز سال 2006 تا کنون انواع مختلفی برای آن ارائه شده است[20].
– فناوری پخش‌کنندگی سیگنال : این فناوری اولین بار توسط شرکت Minnesota Mining and Manufacturing(3M) در سال 2002 بطور رسمی ساخته و ارائه گردید، این فناوری از بیش از دو مبدل پیزوالکتریک استفاده می‌کند که در مکان‌های مختلف صفحه قرار گرفته‌اند تا انرژی لرزش (تماس) را به سیگنال الکتریکی تبدیل کنند و سپس به کمک الگوریتم های پیچیده و ریاضی وار ارائه شده ، موقعیت مکان نما را مشخص می کند[21].
– تشخیص پالس صوتی : این فناوری همانند فناوری قبل بوده وبا تغییر در سنسور های فرستنده و گیرنده آن عمل تشخیص مکان لمس شده را انجام می دهند، اولین بار توسط موسسهElo TouchSystems در سال 2006 به کمک سنورهای صوتی (میکروفن های حساس به صوت) ارائه و گسترش یافت ،روش کار در این صفحات لمسی به این صورت است که با حرکت انگشت بر روی صفحه سیگنالی یکه از میکرون های نصب شده در مکان هایی خاص دریافت می شود سپس این سیگنال به یک پرونده صوتی تبدیل شده و با پروفایل‌های صوتی از پیش تهیه شده برای هر نقطه از صفحه مقایسه می‌شود (جدول داده ای) ، بوسیله این مقایسه که از فرمول های فیزیکی و خواص صوت در اجسام استفاده می کند، مختصات مکان انگشت مشخص می شود [22].

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “طراحی و پیاده سازی نوعی پنل لمسی مادون قرمز”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

41 + = 44

شناسه محصول: d1201 دسته: ,