觸摸屏系列知識介紹（1）
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觸摸屏原理
隨著(zhù)多媒體信息查詢(xún)的與日俱增，人們越來(lái)越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢(xún)的國情，而且觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，我們用戶(hù)只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術(shù)大大方便了那些不懂電腦操作的用戶(hù)。 ??
觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機交互方式。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備。觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢(xún)；如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門(mén)的業(yè)務(wù)查詢(xún)；城市街頭的信息查詢(xún)；此外應用于領(lǐng)導辦公、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)預售等。將來(lái)，觸摸屏還要走入家庭。
隨著(zhù)使用電腦作為信息來(lái)源的與日俱增，觸摸屏以其易于使用、堅固耐用、反應速度快、節省空間等優(yōu)點(diǎn)，使得系統設計師們越來(lái)越多的感到使用觸摸屏的確具有具有相當大的優(yōu)越性。觸摸屏出現在中國市場(chǎng)上至今只有短短的幾年時(shí)間，這個(gè)新的多媒體設備還沒(méi)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設計師，還都把觸摸屏當作可有可無(wú)的設備，從發(fā)達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(lái)看，這種觀(guān)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備，它賦予多媒體系統以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。發(fā)達國家的系統設計師們和我國率先使用觸摸屏的系統設計師們已經(jīng)清楚的知道，觸摸屏對于各種應用領(lǐng)域的電腦已經(jīng)不再是可有可無(wú)的東西，而是必不可少的設備。它極大的簡(jiǎn)化了計算機的使用，即使是對計算機一無(wú)所知的人，也照樣能夠信手拈來(lái)，使計算機展現出更大的魅力。解決了公共信息市場(chǎng)上計算機所無(wú)法解決的問(wèn)題。
隨著(zhù)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(xún)都已用觸摸屏實(shí)現--顯示內容可觸摸的形式出現。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，希望這些內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(lái)代替鼠標或鍵盤(pán)。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，然后系統根據手指觸摸的圖標或菜單位置來(lái)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(hù)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，并將它轉換成觸點(diǎn)坐標，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執行。
二、觸摸屏的主要類(lèi)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、電容感應式、紅外線(xiàn)式以及表面聲波式。每一類(lèi)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(chǎng)合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類(lèi)觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。下面對上述的各種類(lèi)型的觸摸屏進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹一下：
1、 電阻式觸摸屏 （電阻式觸摸屏工作原理圖）
這種觸摸屏利用壓力感應進(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（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點(diǎn)把兩層導電層隔開(kāi)絕緣。 當手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導電層在觸摸點(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到這一接觸并計算出（X，Y）的位置，再根據模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。電阻類(lèi)觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導電涂層材料有： ??
A、ITO，氧化銦，弱導電體，特性是當厚度降到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(xiàn)電阻觸摸屏的外層導電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長(cháng)使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導電層雖然延展性好，但是只能作透明導體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導電率高，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(xiàn)電阻屏
四線(xiàn)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。 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，穩定性高，永不漂移。
1．2五線(xiàn)電阻屏
五線(xiàn)電阻技術(shù)觸摸屏的基層把兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)通過(guò)精密電阻網(wǎng)絡(luò )都加在玻璃的導電工作面上，我們可以簡(jiǎn)單的理解為兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)分時(shí)工作加在同一工作面上，而外層鎳金導電層只僅僅用來(lái)當作純導體，有觸摸后分時(shí)檢測內層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(xiàn)電阻觸摸屏內層ITO需四條引線(xiàn)，外層只作導體僅僅一條，觸摸屏得引出線(xiàn)共有5條。 特點(diǎn)：解析度高，高速傳輸反應。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(wàn)次尚可使用。 導電玻璃為基材的介質(zhì)。 一次校正，穩定性高，永不漂移。五線(xiàn)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(xiàn)電阻觸摸屏還是五線(xiàn)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(lái)觸摸,可以用來(lái)寫(xiě)字畫(huà)畫(huà)，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內有限人的使用。電阻觸摸屏共同的缺點(diǎn)是因為復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)觸摸屏而導致報廢。不過(guò),在限度之內，劃傷只會(huì )傷及外導電層，外導電層的劃傷對于五線(xiàn)電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)沒(méi)有關(guān)系,而對四線(xiàn)電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)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進(jìn)行工作的。電容式觸摸屏是是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層ITO，最外層是一薄層矽土玻璃保護層,夾層ITO涂層作為工作面,四個(gè)角上引出四個(gè)電極，內層ITO為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 當手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶(hù)和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對于高頻電流來(lái)說(shuō)，電容是直接導體，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(guò)對這四個(gè)電流比例的精確計算，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(xiàn)電阻屏，當然還不能和表面聲波屏和五線(xiàn)電阻屏相比。電容屏反光嚴重，而且，電容技術(shù)的四層復合觸摸屏對各波長(cháng)光的透光率不均勻，存在色彩失真的問(wèn)題，由于光線(xiàn)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作一個(gè)電容器元件的一個(gè)電極使用，當有導體靠近與夾層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)的的絕緣系數有關(guān)。因此，當較大面積的手掌或手持的導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，這種情況尤為嚴重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以?xún)然蛏眢w靠近顯示器15厘米以?xún)染湍芤痣娙萜恋恼`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電的物體觸摸時(shí)沒(méi)有反應，這是因為增加了更為絕緣的介質(zhì)。電容屏更主要的缺點(diǎn)是漂移：當環(huán)境溫度、濕度改變時(shí)，環(huán)境電場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，都會(huì )引起電容屏的漂移，造成不準確。例如：開(kāi)機后顯示器溫度上升會(huì )造成漂移：用戶(hù)觸摸屏幕的同時(shí)另一只手或身體一側靠近顯示器會(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(guò)來(lái)觀(guān)看也會(huì )引起漂移；電容屏的漂移原因屬于技術(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢面（包括用戶(hù)的身體）雖然與電容觸摸屏離得較遠，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，理論上許多應該線(xiàn)性的關(guān)系實(shí)際上卻是非線(xiàn)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(xiàn)性的關(guān)系，電容觸摸屏采用的這種四個(gè)角的自定義極坐標系還沒(méi)有坐標上的原點(diǎn)，漂移后控制器不能察覺(jué)和恢復，而且，4個(gè)A/D完成后，由四個(gè)分流量的值到觸摸點(diǎn)在直角坐標系上的X、Y坐標值的計算過(guò)程復雜。由于沒(méi)有原點(diǎn)，電容屏的漂移是累積的，在工作現場(chǎng)也經(jīng)常需要校準。電容觸摸屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好，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ITO還是安裝運輸過(guò)程中傷及內表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。
3、紅外線(xiàn)式觸摸屏 （紅外線(xiàn)式觸摸屏工作原理圖）
紅外觸摸屏是利用X、Y方向上密布的紅外線(xiàn)矩陣來(lái)檢測并定位用戶(hù)的觸摸。紅外觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線(xiàn)矩陣。用戶(hù)在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì )擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線(xiàn)，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線(xiàn)而實(shí)現觸摸屏操作。早期觀(guān)念上，紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作等技術(shù)上的局限，因而一度淡出過(guò)市場(chǎng)。此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的問(wèn)題，第三代和第在提升分辨率和穩定性能上亦有所改進(jìn)，但都沒(méi)有在關(guān)鍵指標或綜合性能上有質(zhì)的飛躍。但是，了解觸摸屏技術(shù)的人都知道，紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件，紅外線(xiàn)技術(shù)是觸摸屏產(chǎn)品最終的發(fā)展趨勢。采用聲學(xué)和其它材料學(xué)技術(shù)的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性使用，維護繁雜等等問(wèn)題。紅外線(xiàn)觸摸屏只要真正實(shí)現了高穩定性能和高分辨率，必將替代其它技術(shù)產(chǎn)品而成為觸摸屏市場(chǎng)主流。過(guò)去的紅外觸摸屏的分辨率由框架中的紅外對管數目決定，因此分辨率較低，市場(chǎng)上主要國內產(chǎn)品為32x32、40X32，另外還有說(shuō)紅外屏對光照環(huán)境因素比較敏感，在光照變化較大時(shí)會(huì )誤判甚至死機。這些正是國外非紅外觸摸屏的國內代理商銷(xiāo)售宣傳的紅外屏的弱點(diǎn)。而最新的技術(shù)第五代紅外屏的分辨率取決于紅外對管數目、掃描頻率以及差值算法，分辨率已經(jīng)達到了1000X720，至于說(shuō)紅外屏在光照條件下不穩定，從第二代紅外觸摸屏開(kāi)始，就已經(jīng)較好的克服了抗光干擾這個(gè)弱點(diǎn)。 第五代紅外線(xiàn)觸摸屏是全新一代的智能技術(shù)產(chǎn)品，它實(shí)現了1000*720高分辨率、多層次自調節和自恢復的硬件適應能力和高度智能化的判別識別，可長(cháng)時(shí)間在各種惡劣環(huán)境下任意使用。并且可針對用戶(hù)定制擴充功能，如網(wǎng)絡(luò )控制、聲感應、人體接近感應、用戶(hù)軟件加密保護、紅外數據傳輸等。原來(lái)媒體宣傳的紅外觸摸屏另外一個(gè)主要缺點(diǎn)是抗暴性差，其實(shí)紅外屏完全可以選用任何客戶(hù)認為滿(mǎn)意的防暴玻璃而不會(huì )增加太多的成本和影響使用性能，這是其他的觸摸屏所無(wú)法效仿的。
4、表面聲波觸摸屏 （表面聲波觸摸屏工作原理圖）?
4.1 表面聲波
表面聲波，超聲波的一種，在介質(zhì)(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機械能量波。通過(guò)楔形三角基座（根據表面波的波長(cháng)嚴格設計），可以做到定向、小角度的表面聲波能量發(fā)射。表面聲波性能穩定、易于分析，并且在橫波傳遞過(guò)程中具有非常尖銳的頻率特性，近年來(lái)在無(wú)損探傷、造影和退波器方向上應用發(fā)展很快，表面聲波相關(guān)的理論研究、半導體材料、聲導材料、檢測技術(shù)等技術(shù)都已經(jīng)相當成熟。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45
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