觸摸屏技術(shù)

根據(jù)屏幕表面定位原理不同，可以把觸摸屏技術(shù)分聲學脈沖識別(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/光學式技術(shù)兩類。

APR由一個玻璃顯示器涂層或其他堅硬的基板組成，背面安裝了4個壓電傳感器。該傳感器安裝在可見區(qū)域的兩個對角上，通過一根彎曲的電纜連接到控制卡。用戶觸摸屏幕時，手指或者觸筆和玻璃之間的拖動發(fā)生了碰撞或摩擦，于是就產(chǎn)生了聲波。波輻射離開接觸點傳向傳感器，按聲波的比例產(chǎn)生電信號。在控制卡中放大這些信號，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)流。比較數(shù)據(jù)與事先存儲的聲音列表來確定觸摸的位置。APR設(shè)計成能夠消除環(huán)境的影響和外部的聲音，因為這些因素與存儲的聲音列表不匹配。

SAW觸摸屏是由一個針對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)送電信號至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號轉(zhuǎn)換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個觸摸屏。對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。對每個軸重復這個過程。用戶觸摸時吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對應(yīng)X和Y坐標的信號與存儲的數(shù)字分布圖相比較，從而識別變化并計算出坐標。

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現(xiàn)精確定位的觸摸屏技術(shù)。電阻屏性能具備以下特點:

① 它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污

②可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，這是它們比較大的優(yōu)勢

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

按照實現(xiàn)原理不同，電阻式觸摸屏分為四線和五線兩類。

一、四線電阻觸摸屏(一)四線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，如果能測量出觸摸點在屏幕上的坐標位置，則可根據(jù)顯示屏上對應(yīng)坐標點的顯示內(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層的透明的復合薄膜屏，最下面是玻璃或有機玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導電層之間有許多細小的透明隔離點把它們隔開。當手指觸摸屏幕時，兩導電層在觸摸點處接觸。 觸摸屏的兩個金屬導電層是觸摸屏的兩個工作面，在每個工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對電極，若在一個工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。當在X方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y方向電極對上不加電壓時，在X平行電壓場中，觸點處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的X坐標值。同理，當在Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的電壓，便可得知觸點的Y坐標。

(二)四線電阻觸摸屏的缺陷

電阻觸摸屏的B面要經(jīng)常被觸動，四線電阻觸摸屏的B面采用ITO，我們知道，ITO是極薄的氧化金屬，在使用過程中，很快就會產(chǎn)生細小的裂紋，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)為裂紋處點不準。隨著裂紋的加劇和增多，觸摸屏慢慢就會失效，因此使用壽命不長是四線電阻觸摸屏的主要問題。

二、五線電阻觸摸屏(一)五線電阻觸摸屏的工作原理

五線電阻技術(shù)觸摸屏的基層把兩個方向的電壓場通過精密電阻網(wǎng)絡(luò)都加在玻璃的導電工作面上，我們可以簡單的理解為兩個方向的電壓場分時工作加在同一工作面上、而外層鎳金導電層只僅僅用來當作純導體，有觸摸后分時檢測內(nèi)層ITO接觸點X和Y軸電壓值的方法測得觸摸點的位置。五線電阻觸摸屏內(nèi)層ITO需四條引線，外層只作導體僅僅一條，觸摸屏的引出線共有5條。

五線電阻觸摸屏的另一個專有技術(shù)是通過精密的電阻網(wǎng)絡(luò)來校正內(nèi)層ITO的線性問題:由于導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，五線電阻比四線電阻在保證分辨率精度上還要優(yōu)越，但是成本代價大，因此售價非常高。 五線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)五線電阻觸摸屏的優(yōu)勢

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

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

五線電阻觸摸屏的另一個專有技術(shù)是通過精密的電阻網(wǎng)絡(luò)來校正A面的線性問題:由于工藝工程不可避免的有可能厚薄不均而造成電壓場不均勻分布，精密電阻網(wǎng)絡(luò)在工作時流過絕大部分電流，因此可以補償工作面有可能的線性失真。

電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導電物質(zhì)。當手指觸摸在金屬層上時，觸點的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測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的電極，在導電體內(nèi)形成一個低電壓交流電場。在觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強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計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，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)于四線電阻屏，當然還不能和表面聲波屏和五線電阻屏相比。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光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，還造成圖像字符的模糊。

(一)電流

電容屏在原理上把人體當作一個電容器元件的一個電極使用，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，流走的電流就足夠引起電容屏的誤動作。

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(shù)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就能引起電容屏的誤動作，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厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器15厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動作。 電容屏的另一個缺點用戴手套的手或手持不導電的物體觸摸時沒有反應(yīng)，這是因為增加了更為絕緣的介質(zhì)。

(二)漂移

電容屏更主要的缺點是漂移:當環(huán)境溫度、濕度改變時，環(huán)境電場發(fā)生改變時，都會引起電容屏的漂移，造成不準確。例如:開機后顯示器溫度上升會造成漂移:用戶觸摸屏幕的同時另一只手或身體一側(cè)靠近顯示器會漂移;電容觸摸屏附近較大的物體搬移后回漂移，你觸摸時如果有人圍過來觀看也會引起漂移;電容屏的漂移原因?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢面(包括用戶的身體)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。

(三)其他

此外，理論上許多應(yīng)該線性的關(guān)系實際上卻是非線性，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分電流量的變化是非線性的關(guān)系，電容觸摸屏采用的這種四個角的自定義極坐標系還沒有坐標上的原點，漂移后控制器不能察覺和恢復，而且，4個A/D完成后，由四個分流量的值到觸摸點在直角坐標系上的X、Y坐標值的計算過程復雜。由于沒有原點，電容屏的漂移是累積的，在工作現(xiàn)場也經(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，敲出一個小洞就會傷及夾層ITO，不管是傷及夾層ITO還是安裝運輸過程中傷及內(nèi)表面ITO層，電容屏就不能正常工作了。

SAW觸摸屏是由一個針對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)送電信號至發(fā)射傳感器，并在玻璃的表面內(nèi)將信號轉(zhuǎn)換成超聲波。通過反射器陣列，這些波覆蓋整個觸摸屏。對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。對每個軸重復這個過程。用戶觸摸時吸收了傳播的波的一部分。 接收到的對應(yīng)X和Y坐標的信號與存儲的數(shù)字分布圖相比較，從而識別變化并計算出坐標。

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，裝配時請帶手套/指套作業(yè)

3、觸摸屏部分為玻璃易碎品，裝配時不要對觸摸屏施加大力沖擊。

4、避免直接取引線拿起觸摸屏，避免對引出線部位有拉扯動作。

5、引出線加強板部位不能進行彎折動作。

6、引出線任何部位不允許有對折現(xiàn)象。

7、引出線在裝配時，須水平插入，不可在加強板根部對折插入。

8、取放產(chǎn)品時需單片操作，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，請用柔軟性布料(鹿皮)蘸石油醚擦拭。

10、不可使用帶腐蝕性的有機溶劑擦拭觸摸屏膜表面。如工業(yè)酒精等。

為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。 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檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再傳送給CPU。它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

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

紅外檢測技術(shù)用于觸摸屏技術(shù)主要有3個技術(shù)難點:

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度陽光下的戶外使用，作為產(chǎn)品，它必須適應(yīng)，目前市場上能夠抗陽光直射的紅外屏廠家為數(shù)不多。

2、快速檢測，自2008年以來，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、信號衍射，周圍反射、折射、干擾，紅外發(fā)射管有一個發(fā)射角，接收管有較大范圍的接收角，如果周圍反射到一定程度，你會發(fā)現(xiàn)手指放在什么地方也阻擋不住信號。

要解決這些問題，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，但是存在脈沖方式在接收方需要一個響應(yīng)過程時間的問題，而觸摸屏卻要求極快的速度，因此要在自適應(yīng)電路、單片機軟件、模具設(shè)計、透光材料選擇等幾個方面要有技術(shù)突破。

屏幕結(jié)構(gòu):ITO Film與ITO Glass貼合，中間以DOT點進行隔離

出線電纜:與Panel一體成型

連接器:間距為2.54mm插座，標準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: 標準偏差小于2毫米

M觸摸密度: 觸摸分辨率 4096x4096觸摸點

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 :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%(波長為550納米時)

工作溫度: -20℃-70℃

儲存溫度: -25℃-80℃

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

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

儲存溫度: -40C-85C

工作濕度: 90%RH在40℃(無結(jié)露)

儲存濕度 :90%RH在40℃(無結(jié)露)

密封性: 符合NEMA4和IP65標準

高溫存儲: 80℃測試240小時

低溫存儲: -25℃測試240小時

耐久性能: 莫氏硬度3H(按照ATSM D3363標準)

使用壽命: 單點觸摸大于100萬次(Polyester stylus )單點觸摸大于500萬次(Rubber stylus)

安規(guī)認證: FCC. CE、TUV、UL