一種抗強光干擾的紅外觸摸屏的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種抗強光干擾的紅外觸摸屏，包括采用雙冗余交錯間隔排布方式安裝在顯示屏周圍的發(fā)射管和接收管及控制電路，其特征在于，將通常的紅外觸摸的紅外接收三極管傳感器改用紅外接收二極管傳感器，采樣電路上增加強光檢測模塊，單獨采樣。該紅外觸摸屏在陽光光照度小于70000LUX下任意角度入射，紅外觸摸屏仍可正常工作，可使紅外觸摸屏在多數(shù)大氣環(huán)境下使用。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種紅外觸摸屏，具體涉及一種抗強光干擾的紅外觸摸屏。 一種抗強光干擾的紅外觸摸屏

【背景技術】
[0002] 紅外觸摸屏因其穩(wěn)定性，成為了在各種惡劣環(huán)境應用場合的首選觸摸方案，但在 有太陽光直射情況下，因紅外接收三極管強光飽和會導致紅外觸摸屏觸摸識別失靈。
[0003] 現(xiàn)有抗強光紅外觸摸屏通常采取兩種方案：其一，采用紅外接收三極管(簡稱PT) 后移的減少陽光照射概率方法(如附圖1所示)，該方法有相當?shù)木窒扌?，如陽光直射干擾的 可能性，抗光效果很差；其二，采用紅外發(fā)射二極管（簡稱LED)和紅外接收三極管交錯布局 排布方式通過識別陽光照射方向，進行發(fā)射管和接收管對邊輪換的來躲避陽光，該方法局 限在于若陽光快速掠過兩條相對接收邊及兩條以上接收邊或陽光在強反射或散射的情況 下，兩條相對接收邊及兩條以上接收邊受到照射時，觸摸屏同樣失靈(如附圖2所示)。
[0004] 通常紅外觸摸屏主要通過PT接收對面的LED的光信號工作。若有觸摸物體遮擋 光信號，則PT接收不到光信號。而在太陽光的能量分布中，紅外波段約占48. 3%，所以在太 陽光強度入射到PT表面，并達到一定值時，即使沒有接收LED發(fā)出的紅外光，PT也能產生 很大的光電流，PT將達到飽和，此時無論是否有觸摸物體，采樣端總是得到高電平信號，通 常三極管采樣電路(如附圖3所示)。經(jīng)過試驗驗證，在陽光光照度在10000LUX，光線在小于 30°情況下，PT將飽和。
[0005] 為使PT避免飽和，采用圖1所示PT后移的減少陽光照射概率方法，陽光與屏小于 一定角度入射，PT還是會飽和。如圖2所示，采用LED和PT交錯布局排布方法，通過對采 樣值進行分析判斷強光入射方位，再進行發(fā)射管和接收管對邊的輪換來躲避陽光，但該方 法不能判斷陽光快速掠過兩條相對接收邊以上或陽光在強反射或散射的情況下，兩條相對 接收邊以上受到照射時的情況，而且，由于環(huán)境光強變化是線性隨機的，觸摸屏LED陣列的 特性，PT產生光電流大小也是有差異性，很容易出現(xiàn)錯誤。


【發(fā)明內容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術中的不足，本實用新型提供了一種抗強光干擾的紅外觸摸屏， 該紅外觸摸屏在陽光光照度小于70000LUX下任意角度入射，紅外觸摸屏仍可正常工作，可 使紅外觸摸屏在多數(shù)大氣環(huán)境下使用。
[0007] 本實用新型的目的是通過如下的技術方案來實現(xiàn)的：
[0008] -種抗強光干擾的紅外觸摸屏，包括顯示屏和采用雙冗余交錯間隔排布方式安裝 在顯示屏周圍的發(fā)射管和接收管，其特征在于，將通常的紅外觸摸的紅外接收三極管傳感 器（簡稱PT)改用紅外接收二極管傳感器(簡稱ro)，采樣電路上增加強光檢測模塊，單獨采 樣。
[0009] ro在任何強陽光照射下都很難飽和，從而可以有效改善強光導致紅外接收傳感器 飽和問題，采用發(fā)射管和接收管雙冗余交錯間隔排布方式可提高紅外觸摸屏抗強光干擾能 力。增加強光檢測模塊，單獨采樣。傳統(tǒng)強光檢測模塊是通過對經(jīng)過放大的采樣信號，既 用做強光照射位置判斷，又用做觸摸物位置識別，但一般紅外觸摸屏原始采集信號經(jīng)過千 級放大后，再經(jīng)過AD轉換，經(jīng)過放大的信號幅值(一般在1. 5V左右）幾乎接近AD采樣的最 大值(一般在2V左右)。當某接收傳感器被強光照射時，強光輻射的能量遠遠大于LED發(fā)射 的光強，AD端采樣幅值馬上飆升到2V，從而可識別強光照射紅外觸摸屏的位置。但在實際 情況中，由于發(fā)射管和接收管本身的不一致，以及各種環(huán)境光反射和散射，以及電路上的影 響，導致觸摸屏采樣的AD數(shù)值不完全一致，通常每顆接收管的幅值變化范圍為0. 85V~2V之 間，非常容易出現(xiàn)誤判。
[0010] 具體地，所述的紅外發(fā)射管二極管(簡稱LED)和紅外接收二級管(簡稱PD)交錯布 局排布，為降低強光照射，LED放在前排，ro放在后排，此排布方式好處是，每顆ro前有2顆 LED，它們遮擋住左右兩側照射來的強光，ro相對后移了紅外對管高的距離，可非常有效的 降低ro被強光照射的概率。
[0011] 具體的，所述的采樣電路中的強光檢測裝置通過模擬開74HC4051將紅外接收二 極管每8個為一組分時采樣3顆組成采樣電路送給型號為STM32103的主控芯片AD采樣端 □。
[0012] 因為原始信號幅值都比較低，一般在30mV左右。強光照射到接收管時，原始信號 將會翻轉數(shù)十到幾百倍，從而通過AD2端采樣能很明顯發(fā)現(xiàn)是否是強光照射，甚至可以細 分出強光對接收管的影響程度。
[0013] 本實用新型中采用帶強光檢測電路模塊的雙冗余抗強光紅外觸摸屏電路，采用兩 套A，B兩套工作電路，每套工作電路紅外接收二級管電路和紅外發(fā)射二極管管電路陣列、 LED驅動電路、采樣控制電路、放大電路，每套電路對采樣紅外光電二極管狀態(tài)單獨進行檢 測。兩套電路及強光檢測電路均由型號為STM32103的主控芯片控制。A套電路，LED分布 在上邊和右邊,ro分別在下邊和左邊；B套，LED分布在下邊和左邊，ro分別在上邊和右邊。
[0014] 采用本發(fā)明的抗強光技術方案可有效降低強陽光對LED的影響，通過理論及試驗 驗證方式，有如下優(yōu)點 ：
[0015] (1)通過將紅外接收器件PT換成ro，經(jīng)過試驗驗證，在陽光光照度小于70000LUX 下任意角度入射紅外觸摸屏仍可正常工作。
[0016] (2)通過將紅外接收器件PT換成PD，采用四條邊交錯布局方式，在陽光光照度 接近100000LUX下任意角度入射紅外觸摸屏仍可正常工作。在試驗條件下采用2塊反 射鏡（95%的反射率)，調整反射鏡使紅外觸摸屏3條邊都被陽光正入射，陽光光照度接近 70000LUX發(fā)現(xiàn)紅外觸摸屏失靈。
[0017] 通過一系列的試驗發(fā)現(xiàn)，在通常的地面情況下空氣散射或常規(guī)物體反射，均很難 超過70000LUX，紅外觸摸屏仍可正常工作。當存在高反射率的鏡面反射，且同時陽光直射以 及反射光反射覆蓋到3條邊條件時，紅外觸摸才被陽光干擾失靈。但在紅外觸摸屏通常使 用條件下，此狀況出現(xiàn)的概率極低。
[0018] (3)采用在采樣電路中加入強光檢測模塊對原始信號進行單獨采樣，原始信號沒 有經(jīng)過放大，強光條件下的原始信號值相比正常情況下幅值變化非常顯著。準確率高，準確 率幾乎達到100%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為紅外接收管后移方式抗強光裝置結構示意圖；
[0020] 圖2為紅外接收管與發(fā)射管雙冗余抗強光裝置結構示意圖；
[0021] 圖3為實用新型紅外觸摸屏LED和ro交錯布局圖；
[0022] 圖4為本實用新型中紅外對管排列示意圖；
[0023] 圖5為本實用新型中此強光采樣電路示意圖；
[0024] 圖6為本實用新型中帶強光檢測電路模塊的雙冗余抗強光紅外觸摸屏電路框圖；
[0025] 其中，圖1中，1-接插件，2-PCB，3-面板，4-PT后移位置，5-PT原位置，6-面蓋， 7-濾光條，8-PT后移位置陽光影響區(qū)，9-PT原位置陽光影響區(qū)；
[0026] 圖2中，11-觸摸物，12-紅外接收三極管，13-紅外發(fā)射二極管；
[0027] 圖3中，14-A套紅外接收二極管，15-A套紅外發(fā)射二極管，16-B套紅外接收二極 管，17-B套紅外發(fā)射二極管。

【具體實施方式】
[0028] 下面通過附圖及實施例對本實用新型進一步進行說明和描述，此處所描述的具體 實施例僅僅用于解釋本實用新型的技術內容，并不用于限定本實用新型。
[0029] 本實用新型提供了一種抗強光干擾的紅外觸摸屏，采用發(fā)射管和接收管雙冗余交 錯間隔排布方式來提高紅外觸摸屏抗強光干擾，其中所述的發(fā)射管為紅外發(fā)光二極管，所 述的接收管為紅外光電二極管，采樣電路上增加強光檢測模塊，單獨采樣，僅采集每8顆紅 外接收二級管的3顆信號，不對采樣信號進行放大，通過端采樣能很明顯發(fā)現(xiàn)是否是強光 照射，甚至可以細分出強光對接收管的影響程度。
[0030] 參照附圖3,按照LED和PT擺放位置，將觸摸屏分為A組和B組，其中，A套發(fā)射 (LED) 15和A套接收（PD) 14定義為A組；B套發(fā)射（LED) 17和B套接收（PD) 16定義為B 組。
[0031] 參照附圖4,本發(fā)明中LED和ro交錯布局圖，LED放在前排，ro放在后排，每顆ro 前有2顆LED，它們遮擋住左右兩側照射來的強光，ro相對后移了（H1+H2)距離，可非常有 效的降低ro被強光照射的概率。
[0032] 其中：L為紅外對管長，H1+H2為紅外對管高；
[0033] D為紅外對管間距；
[0034] A為紅外對管發(fā)射接收角；
[0035] K為上下焊盤安全間距；
[0036] X、Y為焊盤比實際封裝大出的部分；
[0037] 考慮約束條件：
[0038] 1、滿足強光下精度要求，即D要求；
[0039] 2、滿足強光下多點觸摸要求，即Α要求；
[0040] 實際使用中，紅外對管外形尺寸：3. 2XL 6X2. 5mm，X=0. 35mm，Y=0. 6mm
[0041] 根據(jù)上述分析，當Κ取1. 15mm，保證上下焊盤安全間距；D取6. 0mm，滿足強光下精 度要求，相應的A為28. 1度，滿足紅外觸摸屏多點要求。
[0042] 圖5為本發(fā)明中此強光采樣電路示意圖，圖中只給出一組8顆的電路，PD1~PD8 為紅外光電二極管，R1?R8分別為對應的H)1?PD8的采樣電阻，Q2為8550型PNP三極管， 起8顆組選開關作用，U1為型號為74HC4051的模擬開關，j(Tj7為對應R1?R8采樣端網(wǎng) 絡，U20為主控芯片，型號為STM32103。
[0043] 主控芯片U1通過Q2_en控制PD1?PD8上組選開關Q2打開，取PD3, PD6, PD8的采 樣端j2, j5, j8直接連接到模擬開關U1的10 口上，通過主控芯片控制模擬開關的使能Ul_ en和地址選通sl，s2, s3,按照這種順序將采樣二極管的受光照射的采樣信號j2, j5, j8分 時送給主控芯片采樣。更多ro的情況電路都是按照8顆ro -組，通過控制組選開關來選 擇的，而采樣端網(wǎng)絡j〇~j7是所有組共用的。
[0044] 參照附圖6,為帶強光檢測電路模塊的雙冗余抗強光紅外觸摸屏電路，同一時刻只 有A套或B套單獨工作。A套工作電路包括，A組LED電路，A組電路，A組信號選通與 放大電路；B套工作電路包括，B組LED電路，B組電路，B組信號選通與放大電路。A組 和B組所有控制都由主控芯片STM32F103完成。
[0045] 本實用新型僅僅是采集每組8顆ro的3顆信號，不對采樣信號進行放大，而直接 送到主控芯片的AD2端口。
[0046] 本實用新型的抗強光干擾的紅外觸摸屏可有效降低強陽光對LED的影響，通過理 論及試驗驗證方式，有如下優(yōu)點：
[0047] (1)通過將紅外接收器件PT換成PD，屏蔽LED/PT強光判斷對邊切換功能，經(jīng)過試 驗驗證，在陽光光照度小于70000LUX下任意角度入射紅外觸摸屏仍可正常工作。
[0048] 通常在大氣層之上陽光在光照度大于150000LUX以上，而在夏天晴朗正午天氣下 (空氣能見度大于20km)，陽光直穿過大氣層之到達地面光照度一般小于100000LUX。如表1 所示，使用ro作為紅外接收傳感器可使紅外觸摸屏在多數(shù)大氣環(huán)境下使用。
[0049] 表1地面常見陽光光照度表（1標準大氣壓下）
[0050]

【權利要求】
1. 一種抗強光干擾的紅外觸摸屏，其特征在于，主要包括紅外發(fā)射二極管及紅外接收 二極管，在采樣電路中增加強光檢測裝置，單獨采樣；所述的采樣電路中的強光檢測裝置通 過模擬開關74HC4051將紅外接收二極管每8個為一組分時采樣3顆組成采樣電路送給主 控芯片AD采樣端口；所述的抗強光紅外觸摸屏的電路采用A、B兩套工作電路，每套電路包 括的紅外接收二級管電路和紅外發(fā)射二極管管電路陣列、LED驅動電路、采樣控制電路、放 大電路，A套電路控制分別在觸摸屏的上邊、右邊的LED，以及下邊、左邊的接收管；B套電路 控制分別在觸摸屏的下邊、左邊的LED，以及上邊、右邊的接收管。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗強光干擾的紅外觸摸屏，其特征在于，所述的兩套強 光檢測電路均由型號為STM32103的主控芯片控制，紅外觸摸屏的當前工作狀態(tài)或者A套單 獨工作，或者B套單獨工作，強光檢測電路對當前工作電路所對應的接收管進行抽樣，送到 主控芯片上的AD端口，主控芯片判斷當前接收邊是否有強光干擾，若發(fā)現(xiàn)當前接收邊有強 光干擾，主控芯片采取A、B兩套電路切換，切換后的接收管從而避開強光干擾影響。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種抗強光干擾的紅外觸摸屏，其特征在于，所述的紅外發(fā) 射二極管及所述的紅外接收二極管交錯布局排布方式，所述的紅外發(fā)射二極管放在前排， 所述的紅外接收二極管放在后排，每顆所述的紅外接收二極管前有2顆所述的紅外發(fā)射二 極管，它們遮擋住左右兩側照射來的強光，所述的紅外接收二極管相對后移了紅外對管高 的距離。
【文檔編號】G06F3/044GK203849719SQ201420223631
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權日:2014年5月5日
【發(fā)明者】趙東洋, 方亮, 劉軍 申請人:上海沐澤信息技術有限公司