紅外線觸摸屏技術淺談

2021-03-16

 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,觸摸屏掃描時發現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,如果再發現另外一軸也有一條紅外線受阻,黃燈亮,表示發現觸摸,并將兩個發現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的優勢。紅外線探測技術利用同一波長的紅外發射管、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、自動感應系統、計數器等系統上廣泛應用。

 

  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,即紅外發射管發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,紅外發射管有一個發射角,接收管有較大范圍的接收角,如果周圍反射到一定程度,你會發現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,不允許出現各種各樣的故障情況。這種紅外屏現在市場有,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,導致有漂移現象,下節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,當然,只是是純理論的一些探討。要評判一種觸摸屏,技術原理還僅僅是其中的一部分而已,觸摸屏要應用到各個領域,還要經過千觸萬摸,以及考驗選用的材料的耐用性,反應速度,包括控制卡、驅動程序和校準程序運行如何,卡的設計水平和工藝水平,驅動程序跨操作系統平臺、跨機種的通用性、計算機接口與技術趨勢的緊跟程度,廠商的技術實力和服務承諾的可信任度,這些都是理性評判一種觸摸屏的必須考慮在內的因素。

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