前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的觸控顯示屏的抗惡劣環境設計，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：針對惡劣環境下對觸控顯示屏應用的迫切需求，通過抗振設計、熱設計、電磁兼容設計、三防設計，設計了一種以LED液晶屏為原型的觸控顯示屏，該設計已應用到實際產品上，在不同惡劣環境下設備運行可靠穩定，該設計可以為惡劣環境下的產品設計提供參考。
關鍵詞：觸控顯示屏，抗惡劣環境，抗振，電磁兼容，三防
本文將通過采用成熟流行技術，以20．1英寸LED液晶屏為原型，選用成熟工業級或軍用級器件，針對各功能件的薄弱環節，進行抗惡劣環境設計，通過抗振設計、熱設計、電磁兼容設計、三防設計等，使其符合高溫、高濕、復雜電磁及振動等惡劣環境的使用要求。
1系統組成及工作原理
觸摸輸入技術事實已經非常普及，原理其實很簡單，電氣解決方案都很成熟，簡單地說，只是在顯示器上安裝了觸摸設備，成為帶有觸摸功能的顯示器。觸控顯示屏主要由液晶顯示屏、視頻處理模塊、電源模塊、紅外觸控模塊、恒流源、薄膜開關及對外連接器組成。來自外部的視頻信號通過接口連接器進入視頻處理模塊，由視頻處理模塊完成外部信號的預處理，輸出到視頻處理模塊的主處理器，由視頻信號處理器處理轉換為液晶顯示屏所需時序的LVDS信號，由液晶顯示屏顯示相應畫面；視頻處理接收到控制按鍵的觸發信號后，其視頻信號處理器自己生成OSD菜單畫面信號，該信號與經處理轉換的視頻信號疊加在一起，通過LVDS信號線傳輸至液晶顯示屏，由液晶顯示屏顯示外部輸入視頻信號畫面和OSD菜單；此時通過控制按鍵可調節顯示器顯示畫面亮度、對比度等參數。電源模塊將輸入工作電源轉換為＋12V直流電，分別為視頻處理模塊和恒流源模塊供電；恒流源接收到視頻處理模塊發送的使能信號后開始工作，輸出穩定電流至液晶顯示屏，為液晶顯示屏供電；紅外觸摸屏通過對外連接器與外部終端連接；外部終端可通過顯示器的專用接口與視頻處理模塊通訊，直接調整顯示器的亮度，對比度等參數。
2總體設計
顯示器采用整體密封設計，分為前面板、中蓋和后蓋；前面板用于安裝薄膜按鍵、紅外觸控模塊、綁定的液晶顯示模塊，中蓋安裝電源模塊、恒流源、視頻處理模塊以及對外連接器，后蓋通過導熱橡膠墊與電源模塊接觸，便于電源模塊散熱。為保證觸控顯示屏能在惡劣環境下穩定工作并質量可靠，配套的所用主要器件，均選用成熟可靠的工業級以上器件，接口連接器因直接與惡劣環境接觸，采用高可靠抗惡劣環境的軍用圓形連接器。主要器材選型見表1。
3抗振設計
3．1顯示屏的抗振設計
顯示屏的面積較大，抗振性較差，為保證顯示屏顯示面有足夠強度，將液晶屏、防反防爆玻璃、觸控傳感器通過特殊膠粘合在一起，使之成為一個整體，能有效提高顯示屏剛度。對顯示屏進行有效保護，滿足惡劣環境下的使用需求。采用二級減振設計提高整屏的固有頻率。第一級減振：采用“懸浮”設計，設計內框固定綁定屏，綁定屏與內框間采用柔軟性材料填充。第二級減振：設計壓板，將綁定屏固定在前面板上，綁定屏與壓板、前面板之間用柔軟性材料填充，其安裝方式見圖3。
3．2電路板的抗振設計
內部電路板采用自研設計，采用板厚至少2mm的印制板，設計較多安裝螺釘固定位置，選用高等級表貼器件，提升電路板的抗振能力。對于外購的部分電路板，其自身板幅較小，設計有四個安裝螺孔，可基本滿足抗振要求，另外為增加其抗振能力，是在其周邊設計環氧板固定座，增加固定點，限制位移空間，從而提高其抗振能力。
4熱設計
4．1加熱設計
限制液晶顯示器使用的最大問題是它可適應的溫度范圍太窄，當工作溫度低于0℃時，液晶材料就會變成粘稠狀，甚至于會“結冰”；而且用冷陰極熒光管（CCFL）作背光源，冷陰極熒光管在溫度小于0℃時，不僅會降低亮度，而且還降低了它的使用壽命，其在20～40℃條件下最亮，背光源亮度輸出與環境溫度關系見圖4。為了提高液晶顯示器的低溫工作時的顯示性能，采用自動加溫控制技術，對液晶屏和背光源進行快速加溫，使其滿足在低溫狀態下的使用需求。溫控電路由溫度傳感器、比較器、微處理器（MPU）、切換電路、電熱膜、電源等組成。
4．2散熱設計
觸控顯示屏采用全密封式加固方式，能避免外部水汽進入顯示屏內部，影響正常運行，但密封設計讓外部空氣直接帶走工作時發出的熱量，容易導致積熱，電路板工作環境升溫，影響工作穩定。為達到良好的散熱效果，在顯示屏內部安裝有兩個低功耗直流風機，增加內部對流換熱，避免局部過熱，通過將內部熱量均勻傳遞至設備殼體，通過輻射散熱將熱量散出，為提高散熱效果，將后蓋設計為散熱片形狀，以增加散熱面積。電源模塊和視頻控制板時主要的發熱器件，工作時電源板功率為40～50W，最好的散熱方式是讓風直接通過電源板表面以帶走熱量，從而降低電源板溫度；視頻處理模塊則采用“冷板”散熱方式，增加電路板上主處理芯片散熱面積。
5電磁兼容設計
觸控顯示屏內部功能模塊較多，電磁環境相對復雜，根據電磁發射和敏感度要求與測量的有關要求，為保證產品的電磁兼容性，減少或消除設備內及設備間的電磁兼容干擾、提高設備抗干擾的能力、破壞干擾傳輸條件，將考慮從內部模塊到整體層層進行電磁兼容性設計的方式，主要采用下列措施：1）前面板液晶屏綁定電磁屏蔽玻璃，在增強顯示屏強度的同時能有效提升產品的電磁性能（理論屏蔽效能40dB）；2）設備殼體進行防電磁干擾結構設計和布線設計，設備內鋪設良好的接地系統，將電源地、機殼地與信號地相互隔離，防止強弱信號在地線中互相干擾；3）采用屏蔽線或雙扭線，并按信號特性分開布線；對各回路的布線進行交叉，減少磁場對模塊的干擾，固定在殼體的線扎采取屏蔽措施；4）設備各蓋板間接觸面進行導電處理，增強導電性，合理設計螺釘間距，以保證殼體與零部件間的電連接連續性；并用導電橡膠墊屏蔽和密封，建設電磁輻射的泄露。
6三防設計
三防質量是指電子產品防潮、防鹽霧、防霉菌的性能，為有效提升產品在濕熱、工業大氣和鹽霧環境條件下的抵抗腐蝕的能力，采取了如下措施：1）產品采用密封結構設計，前面板、后蓋間連接處安裝導電橡膠繩進行密封，防止水汽進入設備內部；2）設備殼體采用鑄鋁材質，表面進行高平面要求機加處理，并對殼體表面進行鋁化學導電氧化后在涂鍍防護漆；3）加強生產、調試管理，產品裝配和測試在超凈干燥間內進行，每道工序完成時需對表面浮著的雜質、加工過程的殘留物、灰塵、指紋、手汗等進行清理，減少霉菌源；4）對設備內部電子器件、控制板進行涂鍍三防漆，對外接口采用密封絕緣和灌封工藝，緊固件與安裝螺釘選用優質不銹鋼材，能有效提升防潮、防腐蝕性能。
7結束語
本設計已經在相關項目上實現應用，在不同惡劣環境下進行了測試，長時間運行可靠穩定，在應用過程中取得了良好的效果，也可為后續相關產品設計提供參考。
參考文獻
［1］翟其建．基于抗惡劣環境計算機的電磁兼容與熱設計［J］．工業控制計算機，2011，24（2）：93－95
［2］徐伯遐．抗惡劣環境電子設備機柜設計［J］．雷達與對抗，1998（1）：38－40
［3］陳光杰，葉發亮，何威．一種戶外密封式機箱的結構設計［C］∥電子機械與微波結構工藝學術會議論文集．2014
［4］劉會軍，賀洪江，趙琦．VHDL在顯示屏控制電路設計中的應用［J］．工業控制計算機，2002，15（8）：25－26
［5］郝倩，李培春．新一代顯示觸控技術－TDDI淺析［J］．電子制作，2017（13）：100
［6］曾金金．大尺寸紅外觸控多點識別技術研究與設計實現［D］．青島：中國海洋大學，2015
［7］邱成悌，趙惇殳，蔣全興．電子設備結構設計原理［M］．南京：東南大學出版社，2005
作者:唐輝 單位:江蘇自動化研究所