觸摸屏的性能及應(yīng)用

原理和分類

觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：觸摸檢測(cè)裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測(cè)裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)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(lái)的命令并加以執(zhí)行。

隨著科技的進(jìn)步，觸摸屏技術(shù)也經(jīng)歷了從低檔向高檔逐步升級(jí)和發(fā)展的過(guò)程。根據(jù)其工作原理，其目前一般被分為四大類：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。

1. 電阻式觸摸屏
   
   電阻觸摸屏的屏體部分是一塊多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層(ITO膜)，上面再蓋有一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，兩層ITO發(fā)生接觸，電阻發(fā)生變化，控制器根據(jù)檢測(cè)到的電阻變化來(lái)計(jì)算接觸點(diǎn)的坐標(biāo)，再依照這個(gè)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線等類型。五線電阻觸摸屏的外表面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，這種導(dǎo)電玻璃的壽命較長(zhǎng)，透光率也較高。
   
   電阻式觸摸屏的ITO涂層若太薄則容易脆斷，涂層太厚又會(huì)降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度。由于經(jīng)常被觸動(dòng)，表層ITO使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，因此其壽命并不長(zhǎng)久。
   
   電阻式觸摸屏價(jià)格便宜且易于生產(chǎn)，因而仍是人們較為普遍的選擇。四線式、五線式以及七線、八線式觸摸屏的出現(xiàn)使其性能更加可靠, 同時(shí)也改善了它的光學(xué)特性。
   
2. 電容式觸摸屏
   
   電容式觸摸屏的四邊均鍍上了狹長(zhǎng)的電極，其內(nèi)部形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。觸摸屏上貼有一層透明的薄膜層，它是一種特殊的金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，用戶手指和工作面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，于是手指會(huì)吸走一個(gè)很小的電流，這個(gè)電流分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出；且理論上流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過(guò)對(duì)四個(gè)電流比例的精密計(jì)算，即可得出接觸點(diǎn)位置。
   
   電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更能有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。但由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，其穩(wěn)定性較差，往往會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。
   
   盡管不像電阻式應(yīng)用那么廣, 電容式觸摸屏也是受歡迎的供選類型。這類設(shè)備精確、反應(yīng)快，尺寸稍大時(shí)也有較高分辨率, 更耐用(抗刮擦), 因而適合用作游戲機(jī)的觸摸屏。而且，新出現(xiàn)的近場(chǎng)成像技術(shù)改良了電容式觸摸屏的性能, 減弱了在它和電阻式觸摸屏中可能出現(xiàn)的漂移現(xiàn)象。
   
3. 紅外線式觸摸屏
   
   紅外觸摸屏的四邊排布了紅外發(fā)射管和紅外接收管，它們一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線，控制器通過(guò)計(jì)算即可判斷出觸摸點(diǎn)的位置。
   
   紅外觸摸屏也同樣不受電流、電壓和靜電干擾，適宜于某些惡劣的環(huán)境。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便，可以用在各檔次的計(jì)算機(jī)上。此外，由于沒(méi)有電容充放電過(guò)程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。
   
4. 表面聲波觸摸屏
   
   表面聲波是超聲波的一種，它是在介質(zhì)(例如玻璃或金屬等剛性材料)表面淺層傳播的機(jī)械能量波。通過(guò)楔形三角基座（根據(jù)表面波的波長(zhǎng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)），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(wěn)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、造影和退波器等應(yīng)用中發(fā)展很快。
   
   這種觸摸屏的顯示屏四角分別設(shè)有超聲波發(fā)射換能器及接收換能器，能發(fā)出一種超聲波并覆蓋屏幕表面。當(dāng)手指碰觸顯示屏?xí)r，由于吸收了部分聲波能量，使接收波形發(fā)生變化，即某一時(shí)刻波形有一個(gè)衰減缺口，控制器依據(jù)衰減的信號(hào)即可計(jì)算出觸摸點(diǎn)位置。
   
   表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長(zhǎng)(5000萬(wàn)次無(wú)故障)，透光率高(92％)，能保持清晰透亮的圖像；沒(méi)有漂移，只需安裝時(shí)一次校正；有第三軸(即壓力軸)響應(yīng)，最適合公共場(chǎng)所使用。
   
   表面聲波觸摸屏易受水滴、灰塵的影響，改進(jìn)的方法是加防塵條，或者增加對(duì)污物的監(jiān)控，準(zhǔn)確識(shí)別出有效的操作和污物之間的區(qū)別。另外，由于聲波屏能感受壓力，無(wú)形中增加了控制手段，對(duì)屏功能的擴(kuò)展十分有利，其應(yīng)用范圍因此而大大拓展。

觸摸屏的基本技術(shù)

1. 絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)
   
   觸摸屏是一種絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，其特點(diǎn)就是當(dāng)前定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒(méi)有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過(guò)校準(zhǔn)直接轉(zhuǎn)化為屏幕上的坐標(biāo)。不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標(biāo)體系對(duì)同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)都是穩(wěn)定的。不過(guò)，它并不能保證每一次對(duì)同一點(diǎn)觸摸的采樣都相同，即不能保證絕對(duì)坐標(biāo)定位，這就是所謂的漂移問(wèn)題。
   
2. 定位
   
   各種觸摸屏都是依靠傳感器來(lái)工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。它們各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。各類觸摸屏的技術(shù)特性如表1所示。

表1 各種觸摸屏基本技術(shù)對(duì)照表

觸摸屏的性能比較

電阻式觸摸屏工作在與外界完全隔離的環(huán)境中，它不怕灰塵、水氣和油污，可以用任何物體來(lái)觸摸，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域使用。缺點(diǎn)是由于復(fù)合薄膜的外層采用塑料，太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏。

電容式觸摸屏的分辨率很高，透光率也不錯(cuò)，可以很好地滿足各方面的要求，在公共場(chǎng)所常見(jiàn)的就是這種觸摸屏。不過(guò)，電容式觸摸屏把人體當(dāng)作電容器的一個(gè)電極使用，當(dāng)有導(dǎo)體靠近并與夾層ITO工作面之間耦合出足夠大的電容時(shí)，流走的電流就會(huì)引起電容式觸摸屏的誤動(dòng)作；另外，戴著手套或手持絕緣物體觸摸時(shí)會(huì)沒(méi)有反應(yīng)，這是因?yàn)樵黾恿私^緣的介質(zhì)。

紅外線觸摸屏是靠測(cè)定紅外線的通斷來(lái)確定觸摸位置的，與觸摸屏所選用的透明擋板的材料無(wú)關(guān)(有一些根本就沒(méi)有使用任何擋板) 。因此，選用透光性能好的擋板, 并加以抗反光處理，可以得到很好的視覺(jué)效果。但是，受到紅外線發(fā)射管體積的限制，不可能發(fā)射高密度的紅外線，所以這種觸摸屏的分辨率不高。另外，由于紅外線觸摸屏依靠紅外感應(yīng)來(lái)工作，外界光線變化，如陽(yáng)光或室內(nèi)燈等均會(huì)影響其準(zhǔn)確度。

表面聲波技術(shù)非常穩(wěn)定，而且表面聲波觸摸屏的控制器靠測(cè)量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來(lái)計(jì)算觸摸位置，所以其精度非常高。表面聲波觸摸屏還具有第三軸(z軸)，也就是壓力軸—通過(guò)計(jì)算接收信號(hào)衰減處的衰減量可得到用戶觸摸屏幕的力量大小，最多可分為2 5 6級(jí)力度。力量越大，接收信號(hào)波形上的衰減缺口也就越寬越深，在所有的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。

應(yīng)用場(chǎng)合

根據(jù)對(duì)觸摸屏的結(jié)構(gòu)、原理和性能特點(diǎn)的分析，不同觸摸屏的適用場(chǎng)合如下所示。

四線電阻觸摸屏：不怕灰塵、油污和光電干擾，怕劃傷是其主要缺陷。適用于有固定用戶的公共場(chǎng)所，如工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)、辦公室、家庭等。

五線電阻觸摸屏：極好的靈敏度和透光度，較長(zhǎng)的使用壽命，不怕灰塵、油污和光電干擾，適用于各類公共場(chǎng)所，尤其適用于要求精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)等。

電容感應(yīng)觸摸屏：由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩(wěn)定性較差，往往會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。怕電磁場(chǎng)干擾、漂移，不易在工業(yè)控制場(chǎng)所和有干擾的地方使用?？墒褂糜谝蟛惶艿墓残畔⒉樵儯恍枰?jīng)常校準(zhǔn)、定位。

紅外線感應(yīng)觸摸屏：分辨率較低，但不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件；適用于無(wú)紅外線和強(qiáng)光干擾的各類公共場(chǎng)所、辦公室以及要求不是非常精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。

表面聲波觸摸屏：純玻璃材質(zhì)、透光性最好、使用壽命長(zhǎng)、抗劃傷性好，適用于未知用戶的各類公共場(chǎng)所。但怕長(zhǎng)時(shí)間的灰塵積累和油污的浸染，所以使用于環(huán)境干凈的場(chǎng)所更好。否則，需要定期的清潔服務(wù)。

發(fā)展趨勢(shì)

觸摸屏技術(shù)方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)此普遍給予重視，并投入大量的人力物力進(jìn)行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。

觸摸筆：利用觸摸筆進(jìn)行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標(biāo)外，觸摸筆還具有簽名、標(biāo)記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單的光筆功能大大增強(qiáng)。

觸摸板：觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術(shù)，屏幕面積最大。它由三部分組成：最底層是中心傳感器，用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸，然后對(duì)信息進(jìn)行處理，中間層提供了交互用的圖形、文字等，最外層是觸摸表層，由強(qiáng)度很高的塑料材料構(gòu)成。當(dāng)手指點(diǎn)觸外層表面時(shí)，在千分之一秒內(nèi)就可以將此信息送到傳感器并進(jìn)行登錄處理。除與PC兼容，它還具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點(diǎn)，因而被應(yīng)用于指點(diǎn)式信息查詢系統(tǒng)（如電子公告板），收到了非常好的效果。

總之，觸摸屏的發(fā)展呈現(xiàn)專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等趨勢(shì)。隨著信息社會(huì)的發(fā)展，人們需要獲得各種各樣公共信息。以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)通過(guò)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用文字、圖像、音樂(lè)、解說(shuō)、動(dòng)畫(huà)、錄像等多種形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來(lái)極大的方便?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣，性能會(huì)越來(lái)越好。

參考文獻(xiàn)

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2. 王衛(wèi)京. 認(rèn)識(shí)觸摸屏. 微型計(jì)算機(jī). 2000(12)，P88-91.