CN110297570A - 基于光反射原理的隔爆红外触摸装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可以在防爆场所使用的触摸装置，特别涉及一种基于光反射原理的隔爆红外触摸装置。包括隔爆边框与触摸区域围成密闭空间，显示屏设置在密闭空间内，红外线发光管和红外线接收管设置在密闭空间内，且正对着触摸区域四周边缘并且固定在触摸区域内侧；在触摸区域外壁正对着发光管的位置设置第一内反射膜棱镜；在触摸区域外壁正对着接收管的位置设置第二内膜反射棱镜。本发明的技术方案的有点在于解决在防爆场合使用触摸装置的技术问题；解决触摸装置的所在电路部分在隔爆箱(盒)内，却能检测到外部触摸操作问题；通过信号增强技术以及信号调制技术，可以解决信号在穿透触摸区域以及反射过程中的衰减问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种触摸装置，特别是一种可以在防爆场所使用的触摸装置。
背景技术
触摸屏，通常是一层可检测触摸点的透明膜或玻璃，使用时将其安装在显示器面板前面。透过触摸屏，操作人员可以直接看到显示器上的软件界面，当对界面目标进行操作时，触摸屏可以接收人的触摸操作，并将操作信息传输给计算机。
根据原理的不同，目前的触摸屏可分为4个基本类型：第一，电阻技术触摸屏。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，是一种多层结构，其基本原理是：当手指触摸屏幕时，在X和Y两个方向的电阻值会随着接触点的不同而发生变化。由于这种触摸屏在本质上是一种裸露在外的带电膜，因而再未经防爆安全认证的情况下是不能直接用到防爆场所的。若将这种电阻式触摸屏安装的隔爆箱内时又无法接收人的触摸信息。
第二，电容技术触摸屏。电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，四个角上引出四个电极。与电阻屏一样，不能直接用到防爆场合。第三，红外线技术触摸屏。红外触摸屏的原理如图1所示，要求在屏幕的左右、上下分别安装2组红外发光和接收管。受这些红外发光和接收器件的影响，也不能直接将这种屏用在防爆场所。第四，表面声波技术触摸屏。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发光换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。与红外屏类似，受这超声波发光和接收器件的影响，也不能直接将这种屏用在防爆场所。
以上几种触摸屏均为通常情况下广泛使用的产品，虽然工作时的耗电功率不大，电压、电流等也很小，但在没有按“本质安全”标准设计并取得认证的情况下，均不能直接用到防爆场所。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种应用于防爆场所的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置。
本发明的技术方案如下：
基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，包括隔爆边框和被隔爆边框环绕的触摸区域，隔爆边框与触摸区域围成密闭空间，显示屏设置在密闭空间内，且设置在靠近触摸区域内侧中间部位；红外线发光管和红外线接收管设置在密闭空间内，且正对着触摸区域四周边缘并且固定在触摸区域内侧；在触摸区域外壁正对着红外线发光管的位置设置第一反射棱镜；在触摸区域外壁正对着红外线接收管的位置设置第二反射棱镜。
进一步，所述第一反射棱镜以及第二反射棱镜的截面为等腰直角三角形，其斜边内侧涂覆有反射膜。所述第一反射棱镜以及第二反射棱镜的直角边边长为3-10mm。
更进一步，设置在触摸区域四周边缘的所述红外线发光管和红外线接收管为两组，Y向发光管、X向发光管、X向接收管和Y向接收管。
更进一步，包括红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管、红外线接收管、发光管选择电路、接收管选择电路、信号检测电路、单片机、通讯接口以及恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管通过发光管选择电路，透过触摸区域，将红外线信号射入第一返现棱镜，通过第一反射棱镜的反射，红外线信号射入第二反射棱镜，通过第二反射棱镜的反射，红外线信号穿过触摸区域，通过红外线接收管选择电路，接受红外线信号。
优选的，所述恒流驱动电路为增强型恒流驱动电路，其输出电流为20-90mA。所述恒流驱动电路的输出电流可以为20-60mA。所述恒流驱动电路的输出电流也可以为30-90mA。
更进一步，所述红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管、红外线接收管、发光管选择电路、接收管选择电路、解调型信号检测电路、单片机、通讯接口以及调制型恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管通过发光管选择电路，透过触摸区域，将红外线信号射入第一反射棱镜，通过第一反射棱镜的反射，红外线信号射入第二反射棱镜，通过第二反射棱镜的反射，红外线信号穿过触摸区域，通过红外线接收管选择电路，接受红外线信号。
优选的，所述的解调型信号检测电路以及调制型恒流驱动电路对红外光信号进行调制与解调，在红外线发光管侧进行信号调制，在红外线接收管侧进行信号解调；将红外线发光管的工作状态调制到特定频率的载波上，然后经红外线发光管发射出去；在红外线接收管侧，只接收指定载波频率的信号，滤除其它杂波干扰后再进行解码。采用信号的调制与解调的方式有移频键控(FSK)或者移幅键控(ASK)。更进一步，所述触摸区域5是防爆玻璃。
本发明的技术方案的优点在于，首先，在采用隔爆技术的前提下，将触摸装置的所在电路部分完全密封在隔爆箱(盒)的密闭空间内，解决在防爆场合使用触摸装置的技术问题；其次，解决触摸装置的所在电路部分在隔爆箱(盒)内，却能检测到外部触摸操作问题；最后，通过信号增强技术以及信号调制技术，可以解决信号在穿透触摸区域以及反射过程中的衰减问题。
附图说明
图1是现有技术中红外屏基本原理示意图。
图2是实施本发明的结构以及工作原理示意图。
图3是实施本发明的发光管以及接收管的布置示意图。
图4是实施本发明的信号直接增强的电路图。
图5是实施本发明的信号调制增强的电路图。
图6是现有技术、本发明的信号直接增强以及信号调制增强的逻辑框图。
图6a是现有技术电路逻辑框图
图6b是本发明的信号直接增强的电路逻辑框图
图6c是本发明的信号调制增强的电路逻辑框图
图中附图标记列示如下：1-防爆边框；2-红外线发光管；3-反射膜；4-第一反射棱镜；5-触摸区域；6-显示屏；7-第二反射棱镜；8-红外线接收管；9-Y向发光管；10-X向发光管；11-Y向接收管；12-X向接收管。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图6)对本发明进行说明。
图1示出了现有技术中的红外触摸屏的原理。在屏幕前面的左右侧布置Y向发光管和Y向接收管；同时在上、下侧布置X向发光管和X向接收管。当有触摸操作时，经过触摸点的红外光会被阻挡，使对应的接收管接收不到红外光的照射，从而检测触摸点的X、Y坐标。
普通触摸屏中，红外线发光管与红外线接收管都不能直接用于防爆场所，需将其安装在隔爆箱内部；由于所发光功率极小，可以通过光反射的方法使光线在防爆盒外面通过，用于触摸检测，其结构及工作原理如图2所示。该基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，包括隔爆边框1和被隔爆边框环绕的触摸区域5，隔爆边框1与触摸区域5围成密闭空间。隔爆箱按防爆标准设计，触摸区域5采用透明的隔爆玻璃。显示屏6设置在密闭空间内，且设置在靠近触摸区域5内侧中间部位；透过隔爆玻璃可以看到内部的显示屏6；根据需要设计一定数量和规格的出线孔。将显示屏6正对隔爆玻璃安装，解决普通显示屏6等电子元件在防爆场所使用问题。红外线发光管2和红外线接收管8设置在密闭空间内，且正对着触摸区域5四周边缘并且固定在触摸区域5内侧；在触摸区域5外壁正对着发光管的位置设置第一内反射膜棱镜4。在触摸区域5外壁正对着红外线接收管8的位置设置第二内膜反射棱镜7。第一内膜反射棱镜4以及第二内膜反射棱镜7的截面为等腰直角三角形，其斜边内侧涂覆有反射膜3。所述第一内膜反射棱镜4以及第二内膜反射棱镜7的直角边边长为3-10mm。红外线发光管2发出的红外光经隔爆玻璃垂直射出后，进入第一反射棱镜4；经过内反射膜3反射后，平行于玻璃表面，射向对面的第二反射棱镜7；经再次反射后，垂直透过玻璃进入隔爆箱内，被红外线接收管8接收。在整个过程中，只有红外光线平行于玻璃外表面，用于检测触摸操作。
显示屏6在隔爆箱内，屏幕下对着隔爆玻璃，人透过玻璃看屏幕上的显示内容。显示屏6的红外光被反射后，在玻璃外，人在外面进行触操作时，能阻挡红外光。显示屏6与隔爆玻璃之间的距离没有具体限制，通常根据屏幕边框情况，尽量让显示屏6靠近隔爆玻璃即可。
如图3所示，设置在触摸区域5四周边缘的所述红外线发光管2和红外线接收管8可以是两组即，Y向发光管9、X向发光管10、X向接收管12、Y向接收管11。如图2所示，因为红外线发光管2和红外线接收管8在防爆的密闭空间内，而红外光要穿过防爆玻璃，然后经过棱镜2次反射，最后再次穿过防爆玻璃，才能回到红外线接收管8。造成光程变长，因而引起光信号有一定衰减，严重时红外线接收管8可能接收不到足够强的信号，这时需采用信号增强技术。
基于上述需求，如图4所示，该基于光反射原理的隔爆红外触摸装置包括红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管2、红外线接收管8、发光管选择电路、接收管选择电路、信号检测电路、单片机、通讯接口以及恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管2通过发光管选择电路，透过触摸区域5，将红外线信号射入第一反射棱镜4，通过第一反射棱镜4的反射，红外线信号射入第二发射棱镜7，通过第二发射棱镜7的反射，红外线信号穿过触摸区域5，通过接收管选择电路，接受红外线信号。
典型的恒流驱动电路是指输出电流恒定，不随负载变化而发生变化，有很多典型电路可用。对红外发光管而言，输出10～30mA电流时，为典型的恒流驱动电路。随着半导体发光技术的发展，目前的发光管都可以承受更大的工作电流，并发出更强的光线。而常规红外触摸屏中的发光管一般工作电流较小，这为直接加大发光管的工作电流，进而提高发光强度提供了可能，一般可以增加2～3倍。本申请所述恒流驱动电路为增强型恒流驱动电路，其输出电流为20-90mA。根据防爆玻璃的薄厚、触摸区域面积大小以及选取棱镜的透明度，其输出电流可以选择为20-60mA，也可以选择为30-90mA。如果光衰减不严重，可以不采用信号增强。在采用直接增强技术时，发光强度可以比常规情况增加2-3倍，在绝大多数情况下，足以弥补光信号的衰减。在特殊情况下，例如，因屏幕较大而使防爆玻璃加厚、或玻璃透明度差、或棱镜反射率低等原因，即使将驱动电流增大到最大值时，红外线接收管8仍无法接收到足够强的光信号，这时可以采用调制增强技术。红外线的调制与解调，是先需进行编码，即将发光管的工作状态调制到特定频率的载波上，然后经发光管发射出去；在接收侧，只接收指定载波频率的信号，滤除其它杂波干扰后再进行解码，因而可以对更微弱信号进行有效接收，相当于“增强”了信号强度。如图5所示，该基于光反射原理的隔爆红外触摸装置包括红外线信息处理电路，包括红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管2、红外线接收管8、发光管选择电路、接收管选择电路、解调型信号检测电路、单片机、通讯接口以及调制型恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管2通过发光管选择电路，透过触摸区域5，将红外线信号射入第一反射棱镜4，通过第一反射棱镜4的反射，红外线信号射入第二反射棱镜8，通过第二反射棱镜8的反射，红外线信号穿过触摸区域5，通过红外线接收管8选择电路，接受红外线信号。所述的解调型信号检测电路以及调制型恒流驱动电路对红外光信号进行调制与解调，在红外线发光管2侧进行信号调制，在红外线接收管8侧进行信号解调；将红外线发光管2的工作状态调制到特定频率的载波上，然后经红外线发光管2发射出去；在红外线接收管8侧，只接收指定载波频率的信号，滤除其它杂波干扰后再进行解码。
采用信号的调制与解调的方式有移频键控(FSK)或者移幅键控(ASK)。
图6进一步示出了在信号衰减出现的情况下如何通过信号增强和信号调制的方式控制信号传输过程中的衰减现象。如上所述，便可较好的实施本发明。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，包括隔爆边框(1)和被隔爆边框环绕的触摸区域(5)，隔爆边框(1)与触摸区域(5)围成密闭空间，其特征在于，显示屏(6)设置在密闭空间内，且设置在靠近触摸区域(5)内侧中间部位；红外线发光管(2)和红外线接收管(8)设置在密闭空间内，且正对着触摸区域(5)四周边缘并且固定在触摸区域(5)内侧；在触摸区域(5)外壁正对着红外线发光管(2)的位置设置第一内反射膜棱镜(4)；在触摸区域(5)外壁正对着红外线接收管(8)的位置设置第二内膜反射棱镜(7)。
2.根据权利要求1所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，所述第一内膜反射棱镜(4)以及第二内膜反射棱镜(7)的截面为等腰直角三角形，其斜边内侧涂覆有反射膜(3)。
3.根据权利要求2所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，所述第一内膜反射棱镜(4)以及第二内膜反射棱镜(7)的直角边边长为3-10mm。
4.根据权利要求1或3所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，设置在触摸区域(5)四周边缘的所述红外线发光管(2)和红外线接收管(8)为两组，Y向发光管(9)、X向发光管(10)、X向接收管(12)和Y向接收管(11)。
5.根据权利要求1或4所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，包括红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管(2)、红外线接收管(8)、发光管选择电路、接收管选择电路、信号检测电路、单片机、通讯接口以及恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管(2)通过发光管选择电路，透过触摸区域(5)，将红外线信号射入第一棱镜(4)，通过第一棱镜(4)的反射，红外线信号射入第二反射棱镜(7)，通过第二反射棱镜(7)的反射，红外线信号穿过触摸区域(5)，通过接收管选择电路，接受红外线信号。
6.根据权利要求5所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，所述恒流驱动电路为增强型恒流驱动电路，其输出电流为20-90mA。
7.根据权利要求1或4所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，包括红外线信息处理电路，该电路包括红外线发光管(2)、红外线接收管(8)、发光管选择电路、接收管选择电路、解调型信号检测电路、单片机、通讯接口以及调制型恒流驱动电路；设置在密闭空间内的红外线发光管(2)通过发光管选择电路，透过触摸区域(5)，将红外线信号射入第一反射棱镜(4)，通过第一反射棱镜(4)的反射，红外线信号射入第二反射棱镜(8)，通过第二反射棱镜(8)的反射，红外线信号穿过触摸区域(5)，通过接收管选择电路，接受红外线信号。
8.根据权利要求7所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，所述的解调型信号检测电路以及调制型恒流驱动电路对红外光信号进行调制与解调，在红外线发光管(2)侧进行信号调制，在红外线接收管(8)侧进行信号解调；将红外线发光管(2)的工作状态调制到特定频率的载波上，然后经红外线发光管(2)发光出去；在接收侧，只接收指定载波频率的信号，滤除其它杂波干扰后再进行解码。
9.根据权利要求8所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，采用信号的调制与解调的方式有移频键控(FSK)或者移幅键控(ASK)。
10.根据权利要求1、6或8所述的基于光反射原理的隔爆红外触摸装置，其特征在于，所述触摸区域(5)是防爆玻璃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191001 |