紅外線觸摸屏技術

?????? 1 引言

　　紅外觸摸屏是在緊貼屏幕前密布X、Y方向上的紅外線矩陣，通過不停的掃描是否有紅外線被物體阻擋檢測并定位用戶的觸摸。如下圖所示，這種觸摸屏是在顯示器的前面安裝一個外框，外框里設計有電路板，從而在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。每掃描完一圈，如果所有的紅外對管通達，綠燈亮，表示一切正常。

　　當有觸摸時，手指或其它物就會擋住經過該位置的橫豎紅外線，觸摸屏掃描時發(fā)現(xiàn)并確信有一條紅外線受阻后，紅燈亮，表示有紅外線受阻，可能有觸摸，同時立刻換到另一坐標再掃描，如果再發(fā)現(xiàn)另外一軸也有一條紅外線受阻，黃燈亮，表示發(fā)現(xiàn)觸摸，并將兩個發(fā)現(xiàn)阻隔的紅外對管位置報告給主機，經過計算判斷出觸摸點在屏幕的位置。

　　紅外觸摸屏產品分外掛式和內置式兩種。外掛式的安裝方法非常簡單，是所有觸摸屏中安裝最方便的，只要用膠或雙面膠將框架固定在顯示器前面即可。

　　2　紅外線觸摸屏技術特點

　　紅外觸摸屏的優(yōu)點是可用手指、筆或任何可阻擋光線的物體來觸摸。

　　紅外觸摸屏缺點是在球面顯示器上使用時感覺不好，這是因為賴以工作的紅外光柵矩陣顯然要求保證在同一平面上，因此，真正感應觸摸的工作平面距離弧形的顯示器屏幕有較大的間隔，尤其在邊角，但是這個缺點在平面顯示器上不存在，比如液晶顯示器。

　　可以說在平面顯示器上使用，紅外觸摸屏具有相當?shù)膬?yōu)勢。紅外線探測技術利用同一波長的紅外發(fā)射管、紅外接收管（簡稱紅外對管）就能得到簡單的紅外線探測方法：

　　只要有物體阻擋住紅外對管之間的連線，接收信號就急劇下降，因此紅外線可以探測物體的阻擋，在防盜系統(tǒng)、自動感應系統(tǒng)、計數(shù)器等系統(tǒng)上廣泛應用。

　　紅外線若是短距離應用，根據接收信號的衰減程度還可探知阻擋程度，這就是所謂的模擬方式，模擬方式在接收端采用密集的接收管陣列，還可用于造影成像；為防止干擾，紅外探測還可采用脈沖方式，即紅外發(fā)射管發(fā)射一個固定頻率的信號，而接收方只對這一頻率進行檢測，脈沖方式抗干擾能力非常強。脈沖方式如果在工作頻率上調制信號，還可用于數(shù)字通信，這就是大名鼎鼎的紅外線通訊，家用電器的遙控、電腦的紅外通信、甚至是當今最快的光纖通信，都緣于此。紅外通信對人體沒有影響，兼又發(fā)射距離短沒有空間污染，當今備受親睞。本章立意觸摸屏，不神游其它，但是從這一家族興旺，也可以看出紅外觸摸屏前途遠大。

　　3　紅外線觸摸屏技術難點

　　環(huán)境光因素，紅外接收管有最小靈敏度和最大光照度之間的工作范圍，但是觸摸屏產品卻不能限制使用范圍，從黑暗的歌廳包房到海南島高強度陽光下的戶外使用，作為產品，它必須適應。

　　快速檢測，紅外觸摸屏一般尺寸最少也有64套紅外對管，也就是說至少要求在0.4毫秒內就要完成一條紅外線的檢測。

　　周圍的反射、折射、干擾，紅外發(fā)射管有一個發(fā)射角，接收管有較大范圍的接收角，如果周圍反射到一定程度，你會發(fā)現(xiàn)手指放在什么地方也阻擋不住信號。

　　要解決這些問題，選擇模擬方式最大的好處是可以分析提高觸摸屏的分辨率，但是抗干擾能力比不上脈沖方式；選擇脈沖方式雖然抗干擾能力強，但是存在脈沖方式在接收方需要一個響應過程時間的問題，而觸摸屏卻要求極快的速度，因此要在自適應電路、單片機軟件、模具設計、透光材料選擇等幾個方面要有技術突破。

　　紅外觸摸屏靠多對紅外發(fā)射和接收對管來工作，紅外對管性能和壽命都比較可靠，任何阻擋光線的物體都可用來作觸摸物，不過紅外觸摸屏使用傳感器數(shù)目將近100對，并且共用外圍電路，這就要求傳感器不僅本身性能好，還要求將近100對的紅外二極管“光-電阻特性”和“結電容”都保持一致。實際應用中，萬一有哪一對出現(xiàn)故障，可以在上電自檢過程中發(fā)現(xiàn)并在此后加以忽略，靠鄰近的紅外線代替，由于每一對紅外線只“監(jiān)管”約6mm左右的窄帶，而手指通常在15mm左右粗細，用戶是察覺不到的。但如果生產過程沒有對紅外發(fā)射管進行老化測試，沒有很好的質量管理體系，將近100對的傳感器，很快就不是一對兩對“掉隊”的問題了，總體壽命也就難以保證。因此，購買紅外屏的用戶應該了解廠家有沒有嚴格的質量檢測辦法或是否通過ISO9000認證。

　　紅外屏賴以工作的是紅外線矩陣，矩陣上多點的x、y坐標能組合出平方倍多的觸摸點，見下圖，A、B兩點和C、D兩點對紅外屏來說是相同的效果，無法分辨，怎么處理呢？目前市場上的紅外屏對多點觸摸常見的處理不管連續(xù)否，要么不判斷，要么判為左上角，即下圖中不管是A、B還是C、D都判為C點。真正技術過得硬的紅外屏應該是對坐標連續(xù)的多點觸摸判斷取中點，即判斷為大物體（比如粗手指）的觸摸，而對不連續(xù)的多點觸摸不予判斷，所以說它技術過硬是這種算法對產品的品質要求更嚴，不允許出現(xiàn)各種各樣的故障情況。這種紅外屏現(xiàn)在市場有，價格非常高。

　　電容觸摸屏本身實際是一套精密的漏電傳感器，帶手套的手不能觸摸，由于使用電容方式，導致有漂移現(xiàn)象，下節(jié)電容觸摸屏有詳細的介紹。

　　超聲波觸摸屏有表面聲波觸摸屏和體波聲波觸摸屏，利用的都是電-聲壓電換能器作傳感器，接收傳感器和發(fā)射傳感器所用的壓電晶體不是一種型號，在制造時的摻雜材料略有不同，發(fā)射換能器功率大，接收換能器更加靈敏。壓電換能器的壽命長，工作穩(wěn)定，正常工作可以保證10年不出問題。觸摸屏安裝后，換能器是隱藏起來的，但是在運輸和安裝過程中需要小心謹慎，裸露的換能器晶體不能碰撞擠壓。表面聲波觸摸屏有X、Y軸兩對傳感器，利用屏幕表面的聲表面波來檢測手指觸摸，可以說，工作面是一層看不見、打不壞的聲能，不怕暴力使用，最適合公共信息查詢，是目前市場上最受歡迎的觸摸屏產品。

　　4 結語

　　以上簡單地談了一些觸摸屏技術領域的概念。