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(jīng)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(jīng)過計算判斷出觸摸點在屏幕的位置。

　　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(jù)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(diào)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(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光下的戶外使用，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，也就是說至少要求在0.4毫秒內(nèi)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(chǎn)過程沒有對紅外發(fā)射管進行老化測試，沒有很好的質(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(zhì)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(chǎn)品的品質(zhì)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(chǎn)品。

　　4 結語

　　以上簡單地談了一些觸摸屏技術領域的概念。