觸摸屏技術(shù)分類(lèi)

根據(jù)屏幕表面定位原理不同，可以把觸摸屏技術(shù)分聲學(xué)脈沖識(shí)別(APR)技術(shù)，表面聲波(SAW)技術(shù)電容式觸摸屏技術(shù)和電阻式觸摸屏技術(shù)紅外/光學(xué)式技術(shù)兩類(lèi)。

APR由一個(gè)玻璃顯示器涂層或其他堅(jiān)硬的基板組成，背面安裝了4個(gè)壓電傳感器。該傳感器安裝在可見(jiàn)區(qū)域的兩個(gè)對(duì)角上，通過(guò)一根彎曲的電纜連接到控制卡。用戶(hù)觸摸屏幕時(shí)，手指或者觸筆和玻璃之間的拖動(dòng)發(fā)生了碰撞或摩擦，于是就產(chǎn)生了聲波。波輻射離開(kāi)接觸點(diǎn)傳向傳感器，按聲波的比例產(chǎn)生電信號(hào)。在控制卡中放大這些信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。比較數(shù)據(jù)與事先存儲(chǔ)的聲音列表來(lái)確定觸摸的位置。APR設(shè)計(jì)成能夠消除環(huán)境的影響和外部的聲音，因?yàn)檫@些因素與存儲(chǔ)的聲音列表不匹配。

SAW觸摸屏是由一個(gè)針對(duì)X和Y軸的有發(fā)送和接收的壓電傳感器的玻璃涂層。該控制器發(fā)送電信號(hào)至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波。通過(guò)反射器陣列，這些波覆蓋整個(gè)觸摸屏。對(duì)面的反射器收集和控制這些波至接收傳感器，將他們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)每個(gè)軸重復(fù)這個(gè)過(guò)程。用戶(hù)觸摸時(shí)吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對(duì)應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號(hào)與存儲(chǔ)的數(shù)字分布圖相比較，從而識(shí)別變化并計(jì)算出坐標(biāo)。

電阻屏是利用觸摸屏表面隨著所受壓力的變化，產(chǎn)生屏幕凹凸變形而引起的電阻變化實(shí)現(xiàn)精確定位的觸摸屏技術(shù)。電阻屏性能具備以下特點(diǎn):

① 它們都是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污

②可以用任何物體來(lái)觸摸，可以用來(lái)寫(xiě)字畫(huà)畫(huà)，這是它們比較大的優(yōu)勢(shì)

③電阻觸摸屏的精度只取決于A/D轉(zhuǎn)換的精度，因此都能輕松達(dá)到4096*4096·

按照實(shí)現(xiàn)原理不同，電阻式觸摸屏分為四線(xiàn)和五線(xiàn)兩類(lèi)。

一、四線(xiàn)電阻觸摸屏(一)四線(xiàn)電阻觸摸屏的工作原理

觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，如果能測(cè)量出觸摸點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)位置，則可根據(jù)顯示屏上對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中用的較多。電阻觸摸屏是一塊4層的透明的復(fù)合薄膜屏，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過(guò)硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導(dǎo)電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。 觸摸屏的兩個(gè)金屬導(dǎo)電層是觸摸屏的兩個(gè)工作面，在每個(gè)工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱(chēng)為該工作面的一對(duì)電極，若在一個(gè)工作面的電極對(duì)上施加電壓，則在該工作面上就會(huì)形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。當(dāng)在X方向的電極對(duì)上施加一確定的電壓，而Y方向電極對(duì)上不加電壓時(shí)，在X平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來(lái)，通過(guò)測(cè)量Y+電極對(duì)地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在Y電極對(duì)上加電壓，而X電極對(duì)上不加電壓時(shí)，通過(guò)測(cè)量X+電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。

(二)四線(xiàn)電阻觸摸屏的缺陷

電阻觸摸屏的B面要經(jīng)常被觸動(dòng)，四線(xiàn)電阻觸摸屏的B面采用ITO，我們知道，ITO是極薄的氧化金屬，在使用過(guò)程中，很快就會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的裂紋，而裂紋一旦產(chǎn)生，原流經(jīng)該處的電流被迫繞裂紋而行，本該均勻分布的電壓隨之遭到破壞，觸摸屏就有了損傷，表現(xiàn)為裂紋處點(diǎn)不準(zhǔn)。隨著裂紋的加劇和增多，觸摸屏慢慢就會(huì)失效，因此使用壽命不長(zhǎng)是四線(xiàn)電阻觸摸屏的主要問(wèn)題。

二、五線(xiàn)電阻觸摸屏(一)五線(xiàn)電阻觸摸屏的工作原理

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(dǎo)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(dǎo)電層只僅僅用來(lái)當(dāng)作純導(dǎo)體，有觸摸后分時(shí)檢測(cè)內(nèi)層ITO接觸點(diǎn)X和Y軸電壓值的方法測(cè)得觸摸點(diǎn)的位置。五線(xiàn)電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線(xiàn)，外層只作導(dǎo)體僅僅一條，觸摸屏的引出線(xiàn)共有5條。

五線(xiàn)電阻觸摸屏的另一個(gè)專(zhuān)有技術(shù)是通過(guò)精密的電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)校正內(nèi)層ITO的線(xiàn)性問(wèn)題:由于導(dǎo)電鍍膜有可能厚薄不均勻而造成電壓不均勻分布。

比較而言，五線(xiàn)電阻比四線(xiàn)電阻在保證分辨率精度上還要優(yōu)越，但是成本代價(jià)大，因此售價(jià)非常高。 五線(xiàn)電阻觸摸屏是目前最好的電阻技術(shù)觸摸屏，最適合于軍事、醫(yī)療、工業(yè)控制領(lǐng)域使用。

(二)五線(xiàn)電阻觸摸屏的優(yōu)勢(shì)

首先五線(xiàn)電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使得A面的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。

其次五線(xiàn)電阻觸摸屏把工作面的任務(wù)都交給壽命長(zhǎng)的A面，而B(niǎo)面只用來(lái)作為導(dǎo)體，并且采用了延展性好、電阻率低的鎳金透明導(dǎo)電層，因此，B面的壽命也極大的提高。

五線(xiàn)電阻觸摸屏的另一個(gè)專(zhuān)有技術(shù)是通過(guò)精密的電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)校正A面的線(xiàn)性問(wèn)題:由于工藝工程不可避免的有可能厚薄不均而造成電壓場(chǎng)不均勻分布，精密電阻網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)流過(guò)絕大部分電流，因此可以補(bǔ)償工作面有可能的線(xiàn)性失真。

電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，觸點(diǎn)的電容就會(huì)發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。

一、電容式觸摸屏的工作原理

電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。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。

二、電容式觸摸屏的缺陷

電容觸摸屏的透光率和清晰度優(yōu)于四線(xiàn)電阻屏，當(dāng)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(yán)重，而且，電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對(duì)各波長(zhǎng)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。

(一)電流

電容屏在原理上把人體當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)電極使用，當(dāng)有導(dǎo)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(duì)面積成正比，并且還與介質(zhì)的的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此，當(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)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(yán)重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器7厘米以?xún)?nèi)或身體靠近顯示器15厘米以?xún)?nèi)就能引起電容屏的誤動(dòng)作。 電容屏的另一個(gè)缺點(diǎn)用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒(méi)有反應(yīng)，這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。

(二)漂移

電容屏更主要的缺點(diǎn)是漂移:當(dāng)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(zhǔn)確。例如:開(kāi)機(jī)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(cè)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?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢(shì)面(包括用戶(hù)的身體)雖然與電容觸摸屏離得較遠(yuǎn)，卻比手指頭面積大的多，他們直接影響了觸摸位置的測(cè)定。

(三)其他

此外，理論上許多應(yīng)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(rùn)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(biāo)系還沒(méi)有坐標(biāo)上的原點(diǎn)，漂移后控制器不能察覺(jué)和恢復(fù)，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(biāo)系上的X、Y坐標(biāo)值的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。由于沒(méi)有原點(diǎn)，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場(chǎng)也經(jīng)常需要校準(zhǔn)。 電容觸摸屏最外面的矽土保護(hù)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(yùn)輸過(guò)程中傷及內(nèi)表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。

SAW觸摸屏是由一個(gè)針對(duì)X和Y軸的有發(fā)送和接收的壓電傳感器的玻璃涂層。該控制器發(fā)送電信號(hào)至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波。通過(guò)反射器陣列，這些波覆蓋整個(gè)觸摸屏。對(duì)面的反射器收集和控制這些波至接收傳感器，將他們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)每個(gè)軸重復(fù)這個(gè)過(guò)程。用戶(hù)觸摸時(shí)吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對(duì)應(yīng)X和Y坐標(biāo)的信號(hào)與存儲(chǔ)的數(shù)字分布圖相比較，從而識(shí)別變化并計(jì)算出坐標(biāo)。

為了操作上的方便，人們用觸摸屏來(lái)代替鼠標(biāo)或鍵盤(pán)。 觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成，觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶(hù)觸摸位置，然后將相關(guān)信息傳送至觸摸屏控制器;而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再傳送給CPU。它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。

觸摸屏由安裝在顯示器屏幕前面的檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。當(dāng)手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置由觸摸屏控制器檢測(cè)，并通過(guò)接口(如RS-232串行口, USB等)送到主機(jī)。 目前觸摸屏已經(jīng)由單點(diǎn)觸屏發(fā)展到實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸屏了。

1、觸摸屏膜面為觸摸面，即產(chǎn)品正面;玻璃面為非觸摸面，即產(chǎn)品背面

2、觸摸屏部分為玻璃制品，玻璃邊角較鋒利，裝配時(shí)請(qǐng)帶手套/指套作業(yè)

3、觸摸屏部分為玻璃易碎品，裝配時(shí)不要對(duì)觸摸屏施加大力沖擊。

4、避免直接取引線(xiàn)拿起觸摸屏，避免對(duì)引出線(xiàn)部位有拉扯動(dòng)作。

5、引出線(xiàn)加強(qiáng)板部位不能進(jìn)行彎折動(dòng)作。

6、引出線(xiàn)任何部位不允許有對(duì)折現(xiàn)象。

7、引出線(xiàn)在裝配時(shí)，須水平插入，不可在加強(qiáng)板根部對(duì)折插入。

8、取放產(chǎn)品時(shí)需單片操作，輕拿輕放，避免產(chǎn)品互相碰撞而劃傷產(chǎn)品表面。

9、清潔產(chǎn)品表面時(shí)，請(qǐng)用柔軟性布料(鹿皮)蘸石油醚擦拭。

10、不可使用帶腐蝕性的有機(jī)溶劑擦拭觸摸屏膜表面。如工業(yè)酒精等。

紅外檢測(cè)技術(shù)用于觸摸屏技術(shù)主要有3個(gè)技術(shù)難點(diǎn):

1、環(huán)境光因素，紅外接收管有最小靈敏度和最大光照度之間的工作范圍，但是觸摸屏產(chǎn)品卻不能限制使用范圍，從黑暗的歌廳包房到海南島高強(qiáng)度陽(yáng)光下的戶(hù)外使用，作為產(chǎn)品，它必須適應(yīng)，目前市場(chǎng)上能夠抗陽(yáng)光直射的紅外屏廠(chǎng)家為數(shù)不多。

2、快速檢測(cè)，自2008年以來(lái)，紅外技術(shù)飛速發(fā)展，目前已經(jīng)做到15ms以下的響應(yīng)速度。

3、信號(hào)衍射，周?chē)瓷?、折射、干擾，紅外發(fā)射管有一個(gè)發(fā)射角，接收管有較大范圍的接收角，如果周?chē)瓷涞揭欢ǔ潭龋銜?huì)發(fā)現(xiàn)手指放在什么地方也阻擋不住信號(hào)。

要解決這些問(wèn)題，選擇模擬方式最大的好處是可以分析提高觸摸屏的分辨率，但是抗干擾能力比不上脈沖方式;選擇脈沖方式雖然抗干擾能力強(qiáng)，但是存在脈沖方式在接收方需要一個(gè)響應(yīng)過(guò)程時(shí)間的問(wèn)題，而觸摸屏卻要求極快的速度，因此要在自適應(yīng)電路、單片機(jī)軟件、模具設(shè)計(jì)、透光材料選擇等幾個(gè)方面要有技術(shù)突破。

屏幕結(jié)構(gòu):ITO Film與ITO Glass貼合，中間以DOT點(diǎn)進(jìn)行隔離

出線(xiàn)電纜:與Panel一體成型

連接器:間距為2.54mm插座，標(biāo)準(zhǔn)AMP87499-9

觸摸介質(zhì): 手指、戴手套的手、筆、信用卡等

屏幕厚度:1mm-5mm

屏幕尺寸: 2英寸-21英寸

分辨率: 4096x4096

響應(yīng)時(shí)間: 少于8毫秒(手指輸入)

觸摸力度:15-40gr使用硬度為600直徑為16mm硅脂狀物

轉(zhuǎn)換速度: 小于20ms

位置精度: 標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2毫米

M觸摸密度: 觸摸分辨率 4096x4096觸摸點(diǎn)

屏幕誤差: 小于1.5%

供應(yīng)電壓: DC+5V

屏幕電阻: 200Ω-50Ω(between X1-X2);200Ω~500Ω(between Y1-Y2)

絕緣電阻: 大于20MΩ在DC25V

靜電保護(hù) :可以承受隨意分布在屏幕表面15千伏電壓的20次排放(per IEC 801-2;150pF and 150Ω)

透光率 :75-85%(波長(zhǎng)為550納米時(shí))

工作溫度: -20℃-70℃

儲(chǔ)存溫度: -25℃-80℃

抗破壞性 :3-12mm特殊工藝完全鋼化的光學(xué)玻璃為基材。使用1磅在130cm高度使其自由落至玻璃中心點(diǎn)而玻璃不破損。

密封特性 :高度密封材料將濾光裝置、框體和防暴玻璃緊密密合，防止液體滲漏;

工作溫度 :-20C-70C

儲(chǔ)存溫度: -40C-85C

工作濕度: 90%RH在40℃(無(wú)結(jié)露)

儲(chǔ)存濕度 :90%RH在40℃(無(wú)結(jié)露)

密封性: 符合NEMA4和IP65標(biāo)準(zhǔn)

高溫存儲(chǔ): 80℃測(cè)試240小時(shí)

低溫存儲(chǔ): -25℃測(cè)試240小時(shí)

耐久性能: 莫氏硬度3H(按照ATSM D3363標(biāo)準(zhǔn))

使用壽命: 單點(diǎn)觸摸大于100萬(wàn)次(Polyester stylus )單點(diǎn)觸摸大于500萬(wàn)次(Rubber stylus)

安規(guī)認(rèn)證: FCC. CE、TUV、UL