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摘要：针对恶劣环境下对触控显示屏应用的迫切需求，通过抗振设计、热设计、电磁兼容设计、三防设计，设计了一种以LED液晶屏为原型的触控显示屏，该设计已应用到实际产品上，在不同恶劣环境下设备运行可靠稳定，该设计可以为恶劣环境下的产品设计提供参考。
关键词：触控显示屏，抗恶劣环境，抗振，电磁兼容，三防
本文将通过采用成熟流行技术，以20．1英寸LED液晶屏为原型，选用成熟工业级或军用级器件，针对各功能件的薄弱环节，进行抗恶劣环境设计，通过抗振设计、热设计、电磁兼容设计、三防设计等，使其符合高温、高湿、复杂电磁及振动等恶劣环境的使用要求。
1系统组成及工作原理
触摸输入技术事实已经非常普及，原理其实很简单，电气解决方案都很成熟，简单地说，只是在显示器上安装了触摸设备，成为带有触摸功能的显示器。触控显示屏主要由液晶显示屏、视频处理模块、电源模块、红外触控模块、恒流源、薄膜开关及对外连接器组成。来自外部的视频信号通过接口连接器进入视频处理模块，由视频处理模块完成外部信号的预处理，输出到视频处理模块的主处理器，由视频信号处理器处理转换为液晶显示屏所需时序的LVDS信号，由液晶显示屏显示相应画面；视频处理接收到控制按键的触发信号后，其视频信号处理器自己生成OSD菜单画面信号，该信号与经处理转换的视频信号叠加在一起，通过LVDS信号线传输至液晶显示屏，由液晶显示屏显示外部输入视频信号画面和OSD菜单；此时通过控制按键可调节显示器显示画面亮度、对比度等参数。电源模块将输入工作电源转换为＋12V直流电，分别为视频处理模块和恒流源模块供电；恒流源接收到视频处理模块发送的使能信号后开始工作，输出稳定电流至液晶显示屏，为液晶显示屏供电；红外触摸屏通过对外连接器与外部终端连接；外部终端可通过显示器的专用接口与视频处理模块通讯，直接调整显示器的亮度，对比度等参数。
2总体设计
显示器采用整体密封设计，分为前面板、中盖和后盖；前面板用于安装薄膜按键、红外触控模块、绑定的液晶显示模块，中盖安装电源模块、恒流源、视频处理模块以及对外连接器，后盖通过导热橡胶垫与电源模块接触，便于电源模块散热。为保证触控显示屏能在恶劣环境下稳定工作并质量可靠，配套的所用主要器件，均选用成熟可靠的工业级以上器件，接口连接器因直接与恶劣环境接触，采用高可靠抗恶劣环境的军用圆形连接器。主要器材选型见表1。
3抗振设计
3．1显示屏的抗振设计
显示屏的面积较大，抗振性较差，为保证显示屏显示面有足够强度，将液晶屏、防反防爆玻璃、触控传感器通过特殊胶粘合在一起，使之成为一个整体，能有效提高显示屏刚度。对显示屏进行有效保护，满足恶劣环境下的使用需求。采用二级减振设计提高整屏的固有频率。第一级减振：采用“悬浮”设计，设计内框固定绑定屏，绑定屏与内框间采用柔软性材料填充。第二级减振：设计压板，将绑定屏固定在前面板上，绑定屏与压板、前面板之间用柔软性材料填充，其安装方式见图3。
3．2电路板的抗振设计
内部电路板采用自研设计，采用板厚至少2mm的印制板，设计较多安装螺钉固定位置，选用高等级表贴器件，提升电路板的抗振能力。对于外购的部分电路板，其自身板幅较小，设计有四个安装螺孔，可基本满足抗振要求，另外为增加其抗振能力，是在其周边设计环氧板固定座，增加固定点，限制位移空间，从而提高其抗振能力。
4热设计
4．1加热设计
限制液晶显示器使用的最大问题是它可适应的温度范围太窄，当工作温度低于0℃时，液晶材料就会变成粘稠状，甚至于会“结冰”；而且用冷阴极荧光管（CCFL）作背光源，冷阴极荧光管在温度小于0℃时，不仅会降低亮度，而且还降低了它的使用寿命，其在20～40℃条件下最亮，背光源亮度输出与环境温度关系见图4。为了提高液晶显示器的低温工作时的显示性能，采用自动加温控制技术，对液晶屏和背光源进行快速加温，使其满足在低温状态下的使用需求。温控电路由温度传感器、比较器、微处理器（MPU）、切换电路、电热膜、电源等组成。
4．2散热设计
触控显示屏采用全密封式加固方式，能避免外部水汽进入显示屏内部，影响正常运行，但密封设计让外部空气直接带走工作时发出的热量，容易导致积热，电路板工作环境升温，影响工作稳定。为达到良好的散热效果，在显示屏内部安装有两个低功耗直流风机，增加内部对流换热，避免局部过热，通过将内部热量均匀传递至设备壳体，通过辐射散热将热量散出，为提高散热效果，将后盖设计为散热片形状，以增加散热面积。电源模块和视频控制板时主要的发热器件，工作时电源板功率为40～50W，最好的散热方式是让风直接通过电源板表面以带走热量，从而降低电源板温度；视频处理模块则采用“冷板”散热方式，增加电路板上主处理芯片散热面积。
5电磁兼容设计
触控显示屏内部功能模块较多，电磁环境相对复杂，根据电磁发射和敏感度要求与测量的有关要求，为保证产品的电磁兼容性，减少或消除设备内及设备间的电磁兼容干扰、提高设备抗干扰的能力、破坏干扰传输条件，将考虑从内部模块到整体层层进行电磁兼容性设计的方式，主要采用下列措施：1）前面板液晶屏绑定电磁屏蔽玻璃，在增强显示屏强度的同时能有效提升产品的电磁性能（理论屏蔽效能40dB）；2）设备壳体进行防电磁干扰结构设计和布线设计，设备内铺设良好的接地系统，将电源地、机壳地与信号地相互隔离，防止强弱信号在地线中互相干扰；3）采用屏蔽线或双扭线，并按信号特性分开布线；对各回路的布线进行交叉，减少磁场对模块的干扰，固定在壳体的线扎采取屏蔽措施；4）设备各盖板间接触面进行导电处理，增强导电性，合理设计螺钉间距，以保证壳体与零部件间的电连接连续性；并用导电橡胶垫屏蔽和密封，建设电磁辐射的泄露。
6三防设计
三防质量是指电子产品防潮、防盐雾、防霉菌的性能，为有效提升产品在湿热、工业大气和盐雾环境条件下的抵抗腐蚀的能力，采取了如下措施：1）产品采用密封结构设计，前面板、后盖间连接处安装导电橡胶绳进行密封，防止水汽进入设备内部；2）设备壳体采用铸铝材质，表面进行高平面要求机加处理，并对壳体表面进行铝化学导电氧化后在涂镀防护漆；3）加强生产、调试管理，产品装配和测试在超净干燥间内进行，每道工序完成时需对表面浮着的杂质、加工过程的残留物、灰尘、指纹、手汗等进行清理，减少霉菌源；4）对设备内部电子器件、控制板进行涂镀三防漆，对外接口采用密封绝缘和灌封工艺，紧固件与安装螺钉选用优质不锈钢材，能有效提升防潮、防腐蚀性能。
7结束语
本设计已经在相关项目上实现应用，在不同恶劣环境下进行了测试，长时间运行可靠稳定，在应用过程中取得了良好的效果，也可为后续相关产品设计提供参考。
参考文献
［1］翟其建．基于抗恶劣环境计算机的电磁兼容与热设计［J］．工业控制计算机，2011，24（2）：93－95
［2］徐伯遐．抗恶劣环境电子设备机柜设计［J］．雷达与对抗，1998（1）：38－40
［3］陈光杰，叶发亮，何威．一种户外密封式机箱的结构设计［C］∥电子机械与微波结构工艺学术会议论文集．2014
［4］刘会军，贺洪江，赵琦．VHDL在显示屏控制电路设计中的应用［J］．工业控制计算机，2002，15（8）：25－26
［5］郝倩，李培春．新一代显示触控技术－TDDI浅析［J］．电子制作，2017（13）：100
［6］曾金金．大尺寸红外触控多点识别技术研究与设计实现［D］．青岛：中国海洋大学，2015
［7］邱成悌，赵惇殳，蒋全兴．电子设备结构设计原理［M］．南京：东南大学出版社，2005
作者:唐辉 单位:江苏自动化研究所