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浅议触摸屏原理与分类

热度0票浏览101次时间：2015年9月15日 16:25

刘海蓉

黄冈职业技术学院湖北黄冈 438002

课题名称：Android 平台电阻式触摸屏模块研究

项目编号：2014C2022121

【文章摘要】

触摸屏是市场增长的刺激、思维的更新必然创造出的新的多媒体交互设备, 符合稳定、准确、高速的效率. 它的应用大大简化了计算机输入模式, 手指轻触即能操作计算机, 查询资料, 分析数据, 优化方案, 选择决策, 预测未来. 触摸屏赋予了多媒体系统崭新的面貌, 极富吸引力. 多媒体技术层出不穷, 双双比翼, 为现代人提供更好的方便需求。

【关键词】

触摸屏；多媒体；电阻式

触摸屏技术在中国的普及应用速度大大超过世界发达国家, 颇受喜爱, 有极可观的发展前景, 这与中国过去经济不发达, 英语、计算机普及缓慢的国情, 和当前中国经济高速腾飞增长地迫切需要是分不开的. 占世界人口1/4 以上的这样一个大市场, 尤其是城市, 无论宾馆、商场、交易厅、机场、码头和地铁等人流拥挤的公共区, 还是科技教育、人事组织、工商管理、企业财会、党政管理、行政业务等都有大量需求. 微机触摸屏技术使用对年龄的覆盖面很宽, 例如, 为培养下一代的高素质起点, 发展幼教事业, 激发和诱导幼儿及青少年学习科学知识的兴趣; 普及兴办老年大学, 以及老一代在岗领导人使用现代化管理手段都有一定意义. 就地域性覆盖面来说, 农村和边远山区, 落后地区及边疆海岛, 凡有经济增长的点域, 都渐行微机触摸技术的管理模式来支持交流和发展.

1 触摸屏的基本原理特征

触摸屏从市场的角度来看，本质就是市场需要一类输入设备具有高度的易于操作性而直接促使了触摸屏的诞生，它比所有已知的输入设备比如鼠标，键盘具有更加强大的直观性和可操作性，基本上没人不会使用触摸屏，它的诞生标志着IT 技术的全民普及化时代到来。和触摸屏的易于操作性相对应的是，触摸屏是具有透明特征的绝对定位系统，这可以分解为三个基本方面的特性：第一是透明，这个决定了触摸屏的外在视觉感官效果，其实有不少触摸屏的结构组成都是多层的合成薄膜纸，用透明来描述触摸屏的视觉感官效果并不严谨。进一步细分应该有透明度、色彩失真度、反光度、和清晰度这四个参数，反光度还能用镜面反光度和衍射反光度这两个参数来衡量。但对于一般的用户来说，这四大特征参数已经基本能够衡量触摸屏的外在视觉感官性能。第二是绝对坐标系统。所谓的绝对坐标系统就是指任何一次的坐标定位都是独立的，同上一次没有关系。而类似鼠标这样的相对定位系统则不然，将鼠标移动的时候它的位置同上一次鼠标的位置密切相关。触摸屏基于其工作原理具有独特的定位坐标的能力，每次点击或滑动的数据都能经过校验转变成LCD 屏幕上的坐标，这种绝对的定位方式有点是非常直观，但也要求无论在何种情形下，相同点的输出坐标数据是稳145

探索研究

Exploration and research

质量管理

定的，假如不稳定，这款触摸屏就会表现为点不准的漂移现象，是触摸屏最不能容忍的问题，实际上若不能保证相同点的点击触摸的采样数据相同，则这个漂移问题几乎是无法避免的。第三是触摸点击的检测和定位。各类触摸屏的技术原理略有不同，但是它们内部的硬件结构都是基于传感器感应电路及其扩展。可能不少触摸屏的自身就是由一套传感器系统组成。各类触摸屏的反馈灵敏性、可靠性、使用寿命由它们各自的传感器性能和定位原理决定。此外包括电容屏的识别多点触摸问题也是由传感器的工作性能决定，关于多点触摸的算法处理目前在业界还没有一个较为统一的理论。

2 电阻屏和电容屏

比较常见的触摸屏有四种种类，即电阻屏、电容屏、表面声波屏和红外屏。以下叙述电阻屏和电容屏大致工作原理

2.1 电容式触摸屏

2.1.1 电容技术触摸屏

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，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO，最外层是一薄层矽土玻璃保护层, 夹层ITO 涂层作为工作面, 四个角上引出四个电极，内层ITO 为屏蔽层以保证良好的工作环境。

当手指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

2.1.1 电容触摸屏的缺陷

电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊。

电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO 工作面之间耦合出足够量的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。我们知道，电容值虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还与介质的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示器、手掌靠近显示器7 厘米以内或身体靠近显示器15 厘米以内就能引起电容屏的误动作。电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。

电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层ITO，不管是伤及夹层ITO 还是安装运输过程中伤及内表面ITO 层，电容屏就不能正常工作了。

2.2 五线电阻触摸屏

它是在四线电阻触摸屏的基础上创造出来的新的专利技术, 克服了四线式寿命短、清晰度不高的缺点. 四线电阻技术是一块与显示屏紧贴的玻璃为基层, 其外表面涂有一薄层透明氧化铟InO , 作为电阻层, 其水平方向加有5V 到0V 的直流工作电压, 形成均匀连续的电压分布.

在该导电层上再盖有一层外表面经防刮硬化处理而内表面也涂有相同氧化金属层的保护层, 其垂直方向也加有5V 到0V 的直流连续分布电压. 两电阻层之间用约千分之一英寸的许多透明绝缘隔离点隔开，按摸屏幕时, 两电阻层在触点位置就有一个接通, 经过模拟量电压模数(Afi D) 转换, 控制器就能计算出触点的x , y 坐标值. 由于四线电阻触摸屏的外电阻涂层频繁受压, 易造成裂损而改变涂层电压分布不均致使触点位置计算不准而报废的缺点, 又创造了五线电阻技术. 五线电阻触摸屏的新特点是把外层电阻层只用作导体层, 作为五线中其中一线, 即使有裂损, 只要不断裂开, 对侦测计算不受影响, 这无疑大大增强了使用寿命. 而在内层电阻涂层中则把四线电阻技术中纵横电压分布场技术创造性巧妙的应用在同一涂层中, 在由金属氧化物构成的细密条的x 轴上形成正向电压差, 经过中值点又形成反向电压差, 构成同面四线模式. 内外涂层仍用绝缘透明隔离点隔开. 当按压时内外涂层间有一触点接通, 致使左侧向下电压的上端某处有不同阻值的分压产生, 据此控制器计算出该触点的水平坐标值. 内涂层上每一触点都有不同对应的x 轴坐标值. 触点y 轴方向的坐标则是由控制器测定从内涂层经触点流入外涂层( 五线之一) 的电流值确定出的. 此类触摸屏的结构是一块多层复合的薄膜体，它的基层是由一层玻璃或者有机玻璃构成，这层玻璃的表面上涂有一层薄而透明的导电层，它的上方覆盖了一层绝缘体层，绝缘体层的内壁面上照样涂有一层透明且薄的导电层，许多细小并透明的支持点被镶嵌在两层导电层之间用来隔开绝缘，当手指尖触击电阻屏的屏体时，在这个方位一个细小的接触就会发生在平时隔开并绝缘的两层导电层之间，微控制器检测到这个细小的接触导通后，就将导电层的一层在 Y 轴方位接上 5V 的直流均匀电场，导电层的另一层即将接触点的电压连接到控制卡上并进行模数转换，转换后的电压值同5V 相比即可获取触摸点的Y 轴方位坐标， X 轴的坐标值依据相同的原理得出。这即是所有电阻触摸屏的定位实现原理。电容式感应触摸屏：人被作为零电势的物体看待，先给电容屏的屏幕连通上一个较低的电压值，当用手指触摸或者滑动屏幕的时候，手指尖能吸走一部分细微的电流，这个电流将会从电容屏的四个顶角上的电极中流出来，理论上的计算表明流过这四个电极的电流同手指到四角的间距成正比，控制器测量这四个电流值，再通过它们之间的比例换算，得出触摸点的精确坐标方位。表面声波式触摸屏：在表面声波触摸屏的边角上对应着 X 轴、Y 轴的声波发射器和反射声波接收器，触摸屏的表面是许多 X 轴和 Y 轴横竖交错的超声波在进行传输和反射，在触摸点击屏幕时，从触摸点方位开始的声波被吸收一部分，控制器即能依据到达X 轴和Y 轴的表面上声波的改变情况，通过声波在传输过程中的速度换算出声波已经开始变化的起点，也就是触摸点的坐标方 12 位。红外线式触摸屏：此类触摸屏的工作原理同表面声波式触摸屏非常类似，也即在触摸屏的的前面安装一个内置电路控制板的外框，在X 轴和Y 轴方向遍布红外线发射管和相对应的接收管，形成了许多横竖交错的红外线传输波。当进行点击触摸时，手指或别的物体就会遮挡一部分通过此处的横竖红外线波，改变红外线的强度，从而使得控制器准确分辨出触摸点在屏幕上的坐标方位。