紅外線觸摸屏技術(shù)初探

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(guò)不停的掃描是否有紅外線被物體阻擋檢測(cè)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(gè)外框，外框里設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)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(duì)管通達(dá)，綠燈亮，表示一切正常。

當(dāng)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，觸摸屏掃描時(shí)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(shí)立刻換到另一坐標(biāo)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(gè)發(fā)現(xiàn)阻隔的紅外對(duì)管位置報(bào)告給主機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)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(nèi)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?yàn)橘囈怨ぷ鞯募t外光柵矩陣顯然要求保證在同一平面上，因此，真正感應(yīng)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(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。紅外線探測(cè)技術(shù)利用同一波長(zhǎng)的紅外發(fā)射管、紅外接收管(簡(jiǎn)稱紅外對(duì)管)就能得到簡(jiǎn)單的紅外線探測(cè)方法：

只要有物體阻擋住紅外對(duì)管之間的連線，接收信號(hào)就急劇下降，因此紅外線可以探測(cè)物體的阻擋，在防盜系統(tǒng)、自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器等系統(tǒng)上廣泛應(yīng)用。

紅外線若是短距離應(yīng)用，根據(jù)接收信號(hào)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(cè)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(hào)，而接收方只對(duì)這一頻率進(jìn)行檢測(cè)，脈沖方式抗干擾能力非常強(qiáng)。脈沖方式如果在工作頻率上調(diào)制信號(hào)，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(dāng)今最快的光纖通信，都緣于此。紅外通信對(duì)人體沒(méi)有影響，兼又發(fā)射距離短沒(méi)有空間污染，當(dāng)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(yuǎn)大。

3　紅外線觸摸屏技術(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(qiáng)度陽(yáng)光下的戶外使用，作為產(chǎn)品，它必須適應(yīng)。

快速檢測(cè)，紅外觸摸屏一般尺寸最少也有64套紅外對(duì)管，也就是說(shuō)至少要求在0.4毫秒內(nèi)就要完成一條紅外線的檢測(cè)。

周圍的反射、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，如果周圍反射到一定程度，你會(huì)發(fā)現(xiàn)手指放在什么地方也阻擋不住信號(hào)。

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(qiáng)，但是存在脈沖方式在接收方需要一個(gè)響應(yīng)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(yīng)電路、單片機(jī)軟件、模具設(shè)計(jì)、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(duì)紅外發(fā)射和接收對(duì)管來(lái)工作，紅外對(duì)管性能和壽命都比較可靠，任何阻擋光線的物體都可用來(lái)作觸摸物，不過(guò)紅外觸摸屏使用傳感器數(shù)目將近100對(duì)，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(duì)的紅外二極管“光-電阻特性”和“結(jié)電容”都保持一致。實(shí)際應(yīng)用中，萬(wàn)一有哪一對(duì)出現(xiàn)故障，可以在上電自檢過(guò)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(duì)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(xì)，用戶是察覺(jué)不到的。但如果生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有對(duì)紅外發(fā)射管進(jìn)行老化測(cè)試，沒(méi)有很好的質(zhì)量管理體系，將近100對(duì)的傳感器，很快就不是一對(duì)兩對(duì)“掉隊(duì)”的問(wèn)題了，總體壽命也就難以保證。因此，購(gòu)買紅外屏的用戶應(yīng)該了解廠家有沒(méi)有嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)辦法或是否通過(guò)ISO9000認(rèn)證。

紅外屏賴以工作的是紅外線矩陣，矩陣上多點(diǎn)的x、y坐標(biāo)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(duì)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(duì)多點(diǎn)觸摸常見(jiàn)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(diǎn)。真正技術(shù)過(guò)得硬的紅外屏應(yīng)該是對(duì)坐標(biāo)連續(xù)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(duì)不連續(xù)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(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)要求更嚴(yán)，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(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(dǎo)致有漂移現(xiàn)象，下節(jié)電容觸摸屏有詳細(xì)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(hào)，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(zhǎng)，工作穩(wěn)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(yùn)輸和安裝過(guò)程中需要小心謹(jǐn)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(duì)傳感器，利用屏幕表面的聲表面波來(lái)檢測(cè)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，是目前市場(chǎng)上最受歡迎的觸摸屏產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

以上簡(jiǎn)單地談了一些觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域的概念，當(dāng)然，只是是純理論的一些探討。要評(píng)判一種觸摸屏，技術(shù)原理還僅僅是其中的一部分而已，觸摸屏要應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，還要經(jīng)過(guò)千觸萬(wàn)摸，以及考驗(yàn)選用的材料的耐用性，反應(yīng)速度，包括控制卡、驅(qū)動(dòng)程序和校準(zhǔn)程序運(yùn)行如何，卡的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，驅(qū)動(dòng)程序跨操作系統(tǒng)平臺(tái)、跨機(jī)種的通用性、計(jì)算機(jī)接口與技術(shù)趨勢(shì)的緊跟程度，廠商的技術(shù)實(shí)力和服務(wù)承諾的可信任度，這些都是理性評(píng)判一種觸摸屏的必須考慮在內(nèi)的因素。