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触摸屏种类与工作原理
发布日期:2013-04-12 09:57

 

触摸屏种类与工作原理
    触摸屏的基本原理是,用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触控屏时,所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测,并通过接口(如RS-232串行口)送到CPU,从而确定输入的信息。
  触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。其中,触控屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行:触摸检测装置一般安装在显示器的前端,主要作用是检测用户的触摸位置,并传送给触控屏控制卡。
1.电阻触摸屏(电阻式触摸屏工作原理图)
  电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层透明的导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层透明导电层,在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。
  当手指触摸屏幕时,平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触,因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,这种接通状态被控制器侦测到后,进行A/D转换,并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻类触摸屏的关键在于材料科技。电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。电阻式触摸屏在强化玻璃表面分别涂上两层OTI透明氧化金属导电层,最外面的一层OTI涂层作为导电体,第二层OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的+5V至0V的电压场,两层OTI之间以细小的透明隔离点隔开。当手指接触屏幕时,两层OTI导电层就会出现一个接触点,电脑同时检测电压及电流,计算出触摸的位置,反应速度为10-20ms。
  五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料,外导电层由于频繁触摸,使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命,但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好,但是只能作透明导体,不适合作为电阻触控屏的工作面,因为它导电率高,而且金属不易做到厚度非常均匀,不宜作电压分布层,只能作为探层。
电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画,比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触控屏而导致报废。不过,在限度之内,划伤只会伤及外导电层,外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的。
2.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,用户和触控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。这个电流分从触控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。电容触控屏的特点:
■ 对大多数的环境污染物有抗力。
■ 人体成为线路的一部分,因而漂移现象比较严重。
■ 带手套不起作用。
■ 需经常校准。
■ 不适用于金属机柜。
■ 当外界有电感和磁感的时候,会使触摸屏失灵。
3.红外触摸屏(红外线式触摸屏工作原理图)
红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触控屏在显示器的前面安装一个电路板外框,电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管,一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触控屏幕时,手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线,因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触控屏操作。红外触控屏不受电流、电压和静电干扰,适宜恶劣的环境条件,红外线技术是触控屏产品最终的发展趋势。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障,如单一传感器的受损、老化,触摸界面怕受污染、破坏性使用,维护繁杂等等问题。红外线触控屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率,必将替代其它技术产品而成为触控屏市场主流。过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管数目决定,因此分辨率较低,市场上主要国内产品为32x32、40X32,另外还有说红外屏对光照环境因素比较敏感,在光照变化较大时会误判甚至死机。这些正是国外非红外触摸屏的国内代理商销售宣传的红外屏的弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法,分辨率已经达到了1000X720,至于说红外屏在光照条件下不稳定,从第二代红外触摸屏开始,就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品,它实现了1000*720高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别,可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能,如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原来媒体宣传的红外触摸屏另外一个主要缺点是抗暴性差,其实红外屏完全可以选用任何客户认为满意的防暴玻璃而不会增加太多的成本和影响使用性能,这是其他的触摸屏所无法效仿的。
4.表面声波触摸屏 (表面声波触摸屏工作原理图)
以右下角的X-轴发射换能器为例: 发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递,然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递,声波能量经过屏体表面,再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器,接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。当发射换能器发射一个窄脉冲后,声波能量历经不同途径到达接收换能器,走最右边的最早到达,走最左边的最晚到达,早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号,不难看出,接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量,它们在Y轴走过的路程是相同的,但在X轴上,最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置,也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形 在没有触摸的时候,接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触控屏幕时,X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收,反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口,计算缺口位置即得触摸坐标 控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外,表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标,也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。三轴一旦确定,控制器就把它们传给主机。
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