紅外線(xiàn)觸摸屏技術(shù)

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(xiàn)矩陣，通過(guò)不停的掃描是否有紅外線(xiàn)被物體阻擋檢測并定位用戶(hù)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(gè)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(xiàn)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(shí)，手指或其它物就會(huì )擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎紅外線(xiàn)，觸摸屏掃描時(shí)發(fā)現并確信有一條紅外線(xiàn)受阻后，紅燈亮，表示有紅外線(xiàn)受阻，可能有觸摸，同時(shí)立刻換到另一坐標再掃描，如果再發(fā)現另外一軸也有一條紅外線(xiàn)受阻，黃燈亮，表示發(fā)現觸摸，并將兩個(gè)發(fā)現阻隔的紅外對管位置報告給主機，經(jīng)過(guò)計算判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。

　　紅外觸摸屏產(chǎn)品分外掛式和內置式兩種。外掛式的安裝方法非常簡(jiǎn)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(xiàn)觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)

　　紅外觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是可用手指、筆或任何可阻擋光線(xiàn)的物體來(lái)觸摸。

　　紅外觸摸屏缺點(diǎn)是在球面顯示器上使用時(shí)感覺(jué)不好，這是因為賴(lài)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(gè)缺點(diǎn)在平面顯示器上不存在，比如液晶顯示器。

　　可以說(shuō)在平面顯示器上使用，紅外觸摸屏具有相當的優(yōu)勢。紅外線(xiàn)探測技術(shù)利用同一波長(cháng)的紅外發(fā)射管、紅外接收管（簡(jiǎn)稱(chēng)紅外對管）就能得到簡(jiǎn)單的紅外線(xiàn)探測方法：

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

　　紅外線(xiàn)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(gè)固定頻率的信號，而接收方只對這一頻率進(jìn)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(xiàn)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(méi)有影響，兼又發(fā)射距離短沒(méi)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(xiàn)觸摸屏技術(shù)難點(diǎn)

　　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(chǎn)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(yáng)光下的戶(hù)外使用，作為產(chǎn)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(shuō)至少要求在0.4毫秒內就要完成一條紅外線(xiàn)的檢測。

　　周?chē)姆瓷?、折射、干擾，紅外發(fā)射管有一個(gè)發(fā)射角，接收管有較大范圍的接收角，如果周?chē)瓷涞揭欢ǔ潭?，你?huì )發(fā)現手指放在什么地方也阻擋不住信號。

　　要解決這些問(wèn)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(gè)響應過(guò)程時(shí)間的問(wèn)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(gè)方面要有技術(shù)突破。

　　紅外觸摸屏靠多對紅外發(fā)射和接收對管來(lái)工作，紅外對管性能和壽命都比較可靠，任何阻擋光線(xiàn)的物體都可用來(lái)作觸摸物，不過(guò)紅外觸摸屏使用傳感器數目將近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(shí)際應用中，萬(wàn)一有哪一對出現故障，可以在上電自檢過(guò)程中發(fā)現并在此后加以忽略，靠鄰近的紅外線(xiàn)代替，由于每一對紅外線(xiàn)只“監管”約6mm左右的窄帶，而手指通常在15mm左右粗細，用戶(hù)是察覺(jué)不到的。但如果生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有對紅外發(fā)射管進(jìn)行老化測試，沒(méi)有很好的質(zhì)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(wèn)題了，總體壽命也就難以保證。因此，購買(mǎi)紅外屏的用戶(hù)應該了解廠(chǎng)家有沒(méi)有嚴格的質(zhì)量檢測辦法或是否通過(guò)ISO9000認證。

　　紅外屏賴(lài)以工作的是紅外線(xiàn)矩陣，矩陣上多點(diǎn)的x、y坐標能組合出平方倍多的觸摸點(diǎn)，見(jiàn)下圖，A、B兩點(diǎn)和C、D兩點(diǎn)對紅外屏來(lái)說(shuō)是相同的效果，無(wú)法分辨，怎么處理呢？目前市場(chǎng)上的紅外屏對多點(diǎn)觸摸常見(jiàn)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(diǎn)。真正技術(shù)過(guò)得硬的紅外屏應該是對坐標連續的多點(diǎn)觸摸判斷取中點(diǎn)，即判斷為大物體（比如粗手指）的觸摸，而對不連續的多點(diǎn)觸摸不予判斷，所以說(shuō)它技術(shù)過(guò)硬是這種算法對產(chǎn)品的品質(zhì)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(chǎng)有，價(jià)格非常高。

　　電容觸摸屏本身實(shí)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(fā)射傳感器所用的壓電晶體不是一種型號，在制造時(shí)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(cháng)，工作穩定，正常工作可以保證10年不出問(wèn)題。觸摸屏安裝后，換能器是隱藏起來(lái)的，但是在運輸和安裝過(guò)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(lái)檢測手指觸摸，可以說(shuō)，工作面是一層看不見(jiàn)、打不壞的聲能，不怕暴力使用，最適合公共信息查詢(xún)，是目前市場(chǎng)上最受歡迎的觸摸屏產(chǎn)品。

　　4 結語(yǔ)

　　以上簡(jiǎn)單地談了一些觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域的概念。