觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

電腦操作只用屏幕點(diǎn)觸方式簡(jiǎn)便快捷達(dá)到操作目的，這是世界上電腦能廣泛普及運(yùn)用的總趨勢(shì)之一.。只要有點(diǎn)菜單操作概念，就可即學(xué)即用.。現(xiàn)對(duì)這一技術(shù)的幾種原理及其應(yīng)用作以綜述。

觸摸屏技術(shù)主要就是快速準(zhǔn)確地處理隨機(jī)觸摸點(diǎn)坐標(biāo)的技術(shù)，一旦立即解決這一首要問(wèn)題，剩下的問(wèn)題就與鼠標(biāo)作用過(guò)程相同。

目前成熟的觸摸屏技術(shù)有4 種，即紅外線式、五線電阻式、表面聲波式、電容式，其原理分述如下。

1 紅外線式觸摸屏

在屏幕前框架的左邊( y 軸) 和下邊( x 軸) 分別裝有紅外線發(fā)射管，各自的對(duì)邊又裝有對(duì)應(yīng)的接收管(如圖1) ，管的排列密度與其分辨率有關(guān)。工作時(shí)在屏幕前形成縱橫交叉的紅外線矩陣，用戶的手指觸摸點(diǎn)將阻擋經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的橫豎兩方向的紅外線，通過(guò)接收管，計(jì)算機(jī)便由此參數(shù)計(jì)算出觸摸點(diǎn)的位置，再執(zhí)行對(duì)計(jì)算機(jī)的操作目的。

紅外觸摸屏的矩陣電路及微處理器控制電路都裝在屏前的框架內(nèi)，并通過(guò)鍵盤接口直接與主機(jī)通訊，不需獨(dú)立電源，其價(jià)格低，安裝簡(jiǎn)易，但由于發(fā)射、接收管排列有限，分辨率不高；且怕外界紅外光的干擾及不防水防塵、框架易碎等缺點(diǎn),，主要應(yīng)用于室內(nèi)站臺(tái)等簡(jiǎn)單操作的地方。

紅外線觸摸屏技術(shù)--觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

圖1 紅外線觸摸屏技術(shù)

2 五線電阻觸摸屏

它是在四線電阻觸摸屏的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來(lái)的新的專利技術(shù)，克服了四線式壽命短、清晰度不高的缺點(diǎn)。

四線電阻技術(shù)是一塊與顯示屏緊貼的玻璃為基層，其外表面涂有一薄層透明氧化銦InO ，作為電阻層，其水平方向加有5V 到0V 的直流工作電壓，形成均勻連續(xù)的電壓分布.。在該導(dǎo)電層上再蓋有一層外表面經(jīng)防刮硬化處理而內(nèi)表面也涂有相同氧化金屬層的保護(hù)層，其垂直方向也加有5V 到0V 的直流連續(xù)分布電壓。兩電阻層之間用約千分之一英寸的許多透明絕緣隔離點(diǎn)隔開(kāi)(如圖2) 。按摸屏幕時(shí)，兩電阻層在觸點(diǎn)位置就有一個(gè)接通，經(jīng)過(guò)模擬量電壓模數(shù)(ATD) 轉(zhuǎn)換，控制器就能計(jì)算出觸點(diǎn)的x ，y 坐標(biāo)值。由于四線電阻觸摸屏的外電阻涂層頻繁受壓，易造成裂損而改變涂層電壓分布不均致使觸點(diǎn)位置計(jì)算不準(zhǔn)而報(bào)廢的缺點(diǎn)，又創(chuàng)造了五線電阻技術(shù)。

四線電阻觸摸屏技術(shù)--觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

圖2 四線電阻觸摸屏技術(shù)

五線電阻技術(shù)的內(nèi)涂層四線結(jié)構(gòu)--觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

圖3 五線電阻技術(shù)的內(nèi)涂層四線結(jié)構(gòu)

五線電阻觸摸屏的新特點(diǎn)是把外層電阻層只用作導(dǎo)體層，作為五線中其中一線，即使有裂損，只要不斷裂開(kāi)，對(duì)偵測(cè)計(jì)算不受影響。這無(wú)疑大大增強(qiáng)了使用壽命。而在內(nèi)層電阻涂層中則把四線電阻技術(shù)中縱橫電壓分布場(chǎng)技術(shù)創(chuàng)造性巧妙的應(yīng)用在同一涂層中，其結(jié)構(gòu)分布如圖3.。在由金屬氧化物構(gòu)成的細(xì)密條的x 軸上形成正向電壓差，經(jīng)過(guò)中值點(diǎn)又形成反向電壓差，構(gòu)成同面四線模式.。內(nèi)外涂層仍用絕緣透明隔離點(diǎn)隔開(kāi)。當(dāng)按壓時(shí)內(nèi)外涂層間有一觸點(diǎn)接通，致使左側(cè)向下電壓的上端某處有不同阻值的分壓產(chǎn)生,，據(jù)此控制器計(jì)算出該觸點(diǎn)的水平坐標(biāo)值.，內(nèi)涂層上每一觸點(diǎn)都有不同對(duì)應(yīng)的x 軸坐標(biāo)值.，觸點(diǎn)y 軸方向的坐標(biāo)則是由控制器測(cè)定從內(nèi)涂層經(jīng)觸點(diǎn)流入外涂層(五線之一) 的電流值確定出的.。五線電阻觸摸屏除使用壽命大大超過(guò)四線式35 倍,達(dá)3500 萬(wàn)次外，其透光率和清晰度也很高，由于工作在與外界封閉隔離狀態(tài)，不怕污染，環(huán)境適應(yīng)性好。它的另一個(gè)突出特點(diǎn)是分辨率很高，能分辨很尖細(xì)觸針的觸動(dòng)，但怕銳器的硬戳。

3 表面聲波技術(shù)觸摸屏

該技術(shù)為美國(guó)技術(shù),，它是利用機(jī)械超聲波矩陣波面的動(dòng)態(tài)傳播在顯示屏上進(jìn)行觸點(diǎn)定位的。

表面聲波技術(shù)觸摸屏--觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

圖4 表面聲波技術(shù)觸摸屏

在顯示屏左上角和右下角分別固定有垂直向下發(fā)射和水平向左發(fā)射的超聲波換能發(fā)射器(如圖4) 。其各自同方向的屏邊及對(duì)邊都刻有45°用于反射波導(dǎo)向的由疏到密間隔非常精密的反射條紋(其參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)) .。沿著對(duì)邊傳導(dǎo)波的末端———即顯示屏的右上角又分別對(duì)應(yīng)安裝著超聲波x 軸y 軸接收換能器.。工作時(shí)，由表面聲波屏的控制器產(chǎn)生5. 53MHz 的高頻電信號(hào)送經(jīng)換能發(fā)射器分別發(fā)出相互垂直的超聲波，形成動(dòng)態(tài)超聲波矩陣波面，當(dāng)這一工作面上有觸點(diǎn)時(shí)將吸收通過(guò)該點(diǎn)的聲能，換能器接收到這一改變后通知控制器確定出該觸點(diǎn)的坐標(biāo)值。

目前,表面聲波觸摸屏獨(dú)一無(wú)二的突出特點(diǎn)是，它能感知第三軸( z 軸) 坐標(biāo).。由于其分辨率、精度和穩(wěn)定性非常高，能對(duì)手指觸點(diǎn)的壓力大小產(chǎn)生的信號(hào)衰減量分辨清晰，故可輕松得到數(shù)據(jù).。這一自由度值可用于特殊控制，如醫(yī)用三維立體斷層掃描儀中對(duì)連續(xù)深層圖象的瀏覽和選擇等。

表面聲波屏由于沒(méi)有氧化金屬涂層，其清晰度非常好。它的強(qiáng)化玻璃屏有很高的防刮擦能力，但怕其它頻率很近和倍頻的超聲、強(qiáng)聲和振動(dòng)，也怕屏幕的污染,故適合室內(nèi)辦公室、研究室等范圍。

4 電容技術(shù)觸摸屏

其結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，它是在緊貼顯示屏前的雙夾層玻璃中涂有一層透明的氧化、金屬導(dǎo)體層，四角引出四個(gè)電極受控于控制器。通過(guò)引線，夾層導(dǎo)體中有高頻電流流動(dòng)(如圖5) .。由于人體電場(chǎng)的存在，觸摸點(diǎn)手指與屏幕內(nèi)涂層構(gòu)成一個(gè)微小的耦合電容,而高頻電流對(duì)于通過(guò)小電容是很容易的。這樣，對(duì)稱四電極上的高頻電流通過(guò)觸點(diǎn)小電容被分流.。這個(gè)被破壞了對(duì)稱的變化量由控制器偵測(cè)到。由于流入四電極的電流與手指觸點(diǎn)到四角的距離成反比,故可計(jì)算出觸點(diǎn)坐標(biāo)值。

電容技術(shù)觸摸屏--觸摸屏技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

圖5 電容技術(shù)觸摸屏

電容技術(shù)觸摸屏靈敏度極高，能感知輕微快速的觸碰(響應(yīng)時(shí)間最快為3ms) ，所以它不怕污染和帶手套觸摸等，但它怕外界強(qiáng)電場(chǎng)干擾。

以上各類觸摸屏性能優(yōu)劣比較如表1。

表1 各類觸摸屏性能比較

觸摸屏技術(shù)在中國(guó)出現(xiàn)只有6 年，但它的普及應(yīng)用速度卻大大超過(guò)世界發(fā)達(dá)國(guó)家，頗受喜愛(ài)，有極可觀的發(fā)展前景，這與中國(guó)過(guò)去經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)普及緩慢的國(guó)情，和當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速騰飛增長(zhǎng)地迫切需要是分不開(kāi)的。占世界人口1 T4 以上的這樣一個(gè)大市場(chǎng)，尤其是城市，無(wú)論賓館、商場(chǎng)、交易廳、機(jī)場(chǎng)、碼頭和地鐵等人流擁擠的公共區(qū)，還是科技教育、人事組織、工商管理、企業(yè)財(cái)會(huì)、黨政管理、行政業(yè)務(wù)等都有大量需求。

微機(jī)觸摸屏技術(shù)使用對(duì)年齡的覆蓋面很寬，例如，為培養(yǎng)下一代的高素質(zhì)起點(diǎn)。發(fā)展幼教事業(yè)，激發(fā)和誘導(dǎo)幼兒及青少年學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的興趣，普及興辦老年大學(xué)，以及老一代在崗領(lǐng)導(dǎo)人使用現(xiàn)代化管理手段都有一定意義。

就地域性覆蓋面來(lái)說(shuō)，農(nóng)村和邊遠(yuǎn)山區(qū)，落后地區(qū)及邊疆海島，凡有經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的點(diǎn)域，都漸行微機(jī)觸摸技術(shù)的管理模式來(lái)支持交流和發(fā)展。

觸摸屏是市場(chǎng)增長(zhǎng)的刺激、思維的更新必然創(chuàng)造出的新的多媒體交互設(shè)備，符合穩(wěn)定、準(zhǔn)確、高速的效率，它的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)輸入模式，手指輕觸即能操作計(jì)算機(jī)，查詢資料，分析數(shù)據(jù)，優(yōu)化方案，選擇決策，預(yù)測(cè)未來(lái)。

觸摸屏賦予了多媒體系統(tǒng)嶄新的面貌，極富吸引力。多媒體技術(shù)層出不窮，雙雙比翼，為現(xiàn)代人提供更好的方便需求。

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