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觸摸屏原理
發(fā)布者:adchyqzy  發(fā)布時(shí)間:2010-10-20 10:05:30
隨著多媒體信息查詢的與日俱增,人們越來越多地談到觸摸屏,因?yàn)橛|摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情,而且觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù),我們用戶只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作,從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng),這種技術(shù)大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。
    觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備,它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌,是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊,主要是公共信息的查詢;如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢;城市街頭的信息查詢;此外應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。將來,觸摸屏還要走入家庭。
 
    隨著使用電腦作為信息來源的與日俱增,觸摸屏以其易于使用、堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn),使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有具有相當(dāng)大的優(yōu)越性。觸摸屏出現(xiàn)在中國市場上至今只有短短的幾年時(shí)間,這個(gè)新的多媒體設(shè)備還沒有為許多人接觸和了解,包括一些正打算使用觸摸屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師,還都把觸摸屏當(dāng)作可有可無的設(shè)備,從發(fā)達(dá)國家觸摸屏的普及歷程和我國多媒體信息業(yè)正處在的階段來看,這種觀念還具有一定的普遍性。事實(shí)上,觸摸屏是一個(gè)使多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)備,它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌,是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們和我國率先使用觸摸屏的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們已經(jīng)清楚的知道,觸摸屏對于各種應(yīng)用領(lǐng)域的電腦已經(jīng)不再是可有可無的東西,而是必不可少的設(shè)備。它極大的簡化了計(jì)算機(jī)的使用,即使是對計(jì)算機(jī)一無所知的人,也照樣能夠信手拈來,使計(jì)算機(jī)展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計(jì)算機(jī)所無法解決的問題。
 
    隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在國民生活中的滲透,信息查詢都已用觸摸屏實(shí)現(xiàn)--顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)。為了幫助大家對觸摸屏有一個(gè)大概的了解,筆者就在這里提供一些有關(guān)觸摸屏的相關(guān)知識(shí),希望這些內(nèi)容能對大家有所用處。
 
一、觸摸屏的工作原理 
為了操作上的方便,人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí),我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏,然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成;觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面,用于檢測用戶觸摸位置,接受后送觸摸屏控制器;而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息,并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo),再送給CPU,它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。
 
二、觸摸屏的主要類型 
按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì),我們把觸摸屏分為四種,它們分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn),要了解那種觸摸屏適用于那種場合,關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。下面對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹一下:
 
1、 電阻式觸摸屏  
這種觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏,這是一種多層的復(fù)合薄膜,它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層,表面涂有一層透明氧化金屬(透明的導(dǎo)電電阻)導(dǎo)電層,上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細(xì)小的(小于1/1000英寸)的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。
當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí),兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸,電阻發(fā)生變化,在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號,然后送觸摸屏控制器??刂破鱾蓽y到這一接觸并計(jì)算出(X,Y)的位置,再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。
    電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技,常用的透明導(dǎo)電涂層材料有: 
A、ITO,氧化銦,弱導(dǎo)電體,特性是當(dāng)厚度降到1800個(gè)埃(埃=10-10米)以下時(shí)會(huì)突然變得透明,透光率為80%,再薄下去透光率反而下降,到300埃厚度時(shí)又上升到80%。ITO是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)觸摸屏都用到的主要材料,實(shí)際上電阻和電容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。

B、鎳金涂層,五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料,外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸,使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命,但是工藝成本較為高昂。鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好,但是只能作透明導(dǎo)體,不適合作為電阻觸摸屏的工作面,因?yàn)樗鼘?dǎo)電率高,而且金屬不易做到厚度非常均勻,不宜作電壓分布層,只能作為探層。
 

1.1四線電阻屏 
四線電阻模擬量技術(shù)的兩層透明金屬層工作時(shí)每層均增加5V恒定電壓:一個(gè)豎直方向,一個(gè)水平方向??偣残杷母娎|。 特點(diǎn):高解析度,高速傳輸反應(yīng)。
表面硬度處理,減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。 具有光面及霧面處理。 一次校正,穩(wěn)定性高,永不漂移。 
1.2五線電阻屏 
五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層把兩個(gè)方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)都加在玻璃的導(dǎo)電工作面上,我們可以簡單的理解為兩個(gè)方向的電壓場分時(shí)工作加在同一工作面上,而外層鎳金導(dǎo)電層只僅僅用來當(dāng)作純導(dǎo)體,有觸摸后分時(shí)檢測內(nèi)層ITO接觸點(diǎn)X軸和Y軸電壓值的方法測得觸摸點(diǎn)的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線,外層只作導(dǎo)體僅僅一條,觸摸屏得引出線共有5條。
特點(diǎn):解析度高,高速傳輸反應(yīng)。 表面硬度高,減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。 同點(diǎn)接觸3000萬次尚可使用。導(dǎo)電玻璃為基材的介質(zhì)。 一次校正,穩(wěn)定性高,永不漂移。
五線電阻觸摸屏有高價(jià)位和對環(huán)境要求高的缺點(diǎn) 
1. 3電阻屏的局限 
不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境,不怕灰塵和水汽,它可以用任何物體來觸摸,可以用來寫字畫畫,比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點(diǎn)是因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料,不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)致報(bào)廢。不過,在限度之內(nèi),劃傷只會(huì)傷及外導(dǎo)電層,外導(dǎo)電層的劃傷對于五線電阻觸摸屏來說沒有關(guān)系,而對四線電阻觸摸屏來說是致命的。
 
2、 電容式觸摸屏 
2.1電容技術(shù)觸摸屏 
是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏是是一塊四層復(fù)合玻璃屏,玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO,最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層,夾層ITO涂層作為工作面,四個(gè)角上引出四個(gè)電極,內(nèi)層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。
當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí),由于人體電場,用戶和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容,對于高頻電流來說,電容是直接導(dǎo)體,于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出,并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過對這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算,得出觸摸點(diǎn)的位置。
 
2.2電容觸摸屏的缺陷 
電容觸摸屏的透光率和清晰度優(yōu)于四線電阻屏,當(dāng)然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。電容屏反光嚴(yán)重,而且,電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻,存在色彩失真的問題,由于光線在各層間的反射,還造成圖像字符的模糊。
電容屏在原理上把人體當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)電極使用,當(dāng)有導(dǎo)體靠近與夾層ITO工作面之間耦合出足夠量容值的電容時(shí),流走的電流就足夠引起電容屏的誤動(dòng)作。我們知道,電容值雖然與極間距離成反比,卻與相對面積成正比,并且還與介質(zhì)的的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此,當(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏而不是觸摸時(shí)就能引起電容屏的誤動(dòng)作,在潮濕的天氣,這種情況尤為嚴(yán)重,手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器15厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動(dòng)作。
電容屏的另一個(gè)缺點(diǎn)用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒有反應(yīng),這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。
電容屏更主要的缺點(diǎn)是漂移:當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時(shí),環(huán)境電場發(fā)生改變時(shí),都會(huì)引起電容屏的漂移,造成不準(zhǔn)確。例如:開機(jī)后顯示器溫度上升會(huì)造成漂移:用戶觸摸屏幕的同時(shí)另一只手或身體一側(cè)靠近顯示器會(huì)漂移;電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移,你觸摸時(shí)如果有人圍過來觀看也會(huì)引起漂移;電容屏的漂移原因?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足,環(huán)境電勢面(包括用戶的身體)雖然與電容觸摸屏離得較遠(yuǎn),卻比手指頭面積大的多,他們直接影響了觸摸位置的測定。此外,理論上許多應(yīng)該線性的關(guān)系實(shí)際上卻是非線性,如:體重不同或者手指濕潤程度不同的人吸走的總電流量是不同的,而總電流量的變化和四個(gè)分電流量的變化是非線性的關(guān)系,電容觸摸屏采用的這種四個(gè)角的自定義極坐標(biāo)系還沒有坐標(biāo)上的原點(diǎn),漂移后控制器不能察覺和恢復(fù),而且,4個(gè)A/D完成后,由四個(gè)分流量的值到觸摸點(diǎn)在直角坐標(biāo)系上的X、Y坐標(biāo)值的計(jì)算過程復(fù)雜。由于沒有原點(diǎn),電容屏的漂移是累積的,在工作現(xiàn)場也經(jīng)常需要校準(zhǔn)。
電容觸摸屏最外面的矽土保護(hù)玻璃防刮擦性很好,但是怕指甲或硬物的敲擊,敲出一個(gè)小洞就會(huì)傷及夾層ITO,不管是傷及夾層I
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