触摸屏

触摸屏的原理及其应用092 梁艳兰 43号触摸屏是用手指或其他触摸感应介质直接触摸显示器操作计算机的一种输入设备。

它是一种与计算机交互最简单、最直接的方法，诞生于1970年，是一项由Elo Touch System 公司首先推广到市场的新技术，但它却是人们最基本的交互方式。

触摸屏技术最先被美国应用于军事，后来才逐渐向民用转移，随着网络技术的发展和互联网应用的普及，新一代触摸屏技术和产品相继出现，并且已经被推向众多领域。

触摸屏的本质是传感器，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摸屏，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。

触摸屏的主要结构由触摸检测组件和触摸控制器组成。

触摸检测装置一般安装在显示器的前段，主要作用是检测用户的触摸位置，并传给触摸屏控制器。

触摸控制器的主要作用是从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触摸坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

从技术原理来区别触摸屏，可分为4个基本种类：红外式触摸屏、电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波式触摸屏。

（1）红外线式触摸屏红外线式触摸屏以光束阻断技术为基本原理，在屏幕前框架的左边（y 轴) 和下边（x 轴) 分别装有红外线发射管,各自的对边又装有对应的接收管(如图1),管的排列密度与其分辨率有关. 工作时在屏幕前形成纵横交叉的红外线矩阵,用户的手指触摸点将阻挡经过该点的横竖两方向的红外线,通过接收管,计算机便由此参数计算出触摸点的位置,再执行对计算机的操作目的.优点：红外触摸屏的矩阵电路及微处理器控制电路都装在屏前的框架内,并通过键盘接口直接与主机通讯,不需独立电源；不受电流、电压及静电干扰；高度的稳定性不会因时间，环境的变化发生漂移；可用手指、笔或任何可租当光线的物体触摸；高透光性无中间介质，最高可达100%；使用寿命长，高度耐久，不怕刮伤，使用寿命也长；使用特性好，触摸无需力度，对触摸体无特殊要求；价格低廉，耐刮性与防火性佳，能较好的感应轻微触摸与快速触摸；响应速度比电容式触摸屏快。

缺点：在使用过程中框架四周的发射管及接收管很容易损坏，由于发射、接收管排列有限,分辨率不高；发光二极管的寿命比较短，影响了整个触摸屏的寿命，且怕外界红外光的干扰及不防水防尘，曲面情况下失真应用：KTV的点播系统、ATM、自动售票机、工控、医疗仪器等领域（2）电阻式触摸屏电阻式触摸屏的最基本原理是：手指触摸的表面的硬涂层用以保护下面的PET 层，PET层是很薄的有弹性的PET 薄膜，当表面被触摸时它会向下弯曲，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，导电层接触影响电流的重新分配而产生反应，因其中一面导电层接通Y轴方向的均匀电压场，使得检测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制其检测到后，进行A/D转换，并将得到的电压值与基准比较，即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，计算机同时检测电压及电流，计算出触摸的位置。

五线电阻触摸屏是在四线电阻触摸屏的基础上创造出来的新的专利技术,克服了四线式寿命短、清晰度不高的缺点.四线电阻技术是一块与显示屏紧贴的玻璃为基层,其外表面涂有一薄层透明氧化铟InO ,作为电阻层,其水平方向加有5V 到0V 的直流工作电压,形成均匀连续的电压分布. 在该导电层上再盖有一层外表面经防刮硬化处理而内表面也涂相同氧化金属层的保护层,其垂直方向也加有5V 到0V 的直流连续分布电压. 两电阻层之间用约千分之一英寸的许多透明绝缘隔离点隔开(如图2) .由于四线电阻触摸屏的外电阻涂层频繁受压,易造成裂损而改变涂层电压分布不均致使触点位置计算不准而报废的缺点,又创造了五线电阻技术.新特点：把外层电阻层只用作导体层,作为五线中其中一线即使有裂损,只要不断裂开,对侦测计算不受影响,这无疑大大增强了使用寿命.而在内层电阻涂层中则把四线电阻技术中纵横电压分布场技术创造性巧妙的应用在同一涂层中,其结构分布如图3.在由金属氧化物构成的细密条的x 轴上形成正向电压差,经过中值点又形成反向电压差,构成同面四线模式. 内外涂层仍用绝缘透明隔离点隔开. 当按压时内外涂层间有一触点接通,致使左侧向下电压的上端某处有不同阻值的分压产生, 据此控制器计算出该触点的水平坐标值. 内涂层上每一触点都有不同对应的x 轴坐标值. 触点y 轴方向的坐标则是由控制器测定从内涂层经触点流入外涂层(五线之一) 的电流值确定出的.优点：经过多年的应用及发展，技术已经相当成熟；价格较低，节约成本；使用方便，任何触摸都可以使用；反应灵敏度好，永不漂移；工作在与外界完全隔离的环境中，不怕灰尘、水汽、油污。

缺点：由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏；必须按压操作；目前只支持单点触摸；柔性顶层只有75%-80%的透光度；为了将触摸点与下层的LCD图像对准，许多现有的电阻式触摸屏都需要周期性校准。

应用：适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。

（3）表面声波技术触摸屏该技术为美国技术, 它是利用机械超声波矩阵波面的动态传播在显示屏上进行触点定位的在显示屏左上角和右下角分别固定有垂直向下发射和水平向左发射的超声波换能发射器(如图4) .其各自同方向的屏边及对边都刻有45°用于反射波导向的由疏到密间隔非常精密的反射条纹(其参数与波长有关) . 沿着对边传导波的末端———即显示屏的右上角又分别对应安装着超声波x 轴y 轴接收换能器. 工作时,由表面声波屏的控制器产生5. 53MHz 的高频电信号送经换能发射器分别发出相互垂直的超声波,形成动态超声波矩阵波面,当这一工作面上有触点时将吸收通过该点的声能,换能器接收到这一改变后通知控制器确定出该触点的坐标值.突出特点是：它能感知第三轴( z 轴) 坐标. 由于其分辨率、精度和稳定性非常高,能对手指触点的压力大小产生的信号衰减量分辨清晰,故可轻松得到数据.优点:清晰抗爆、它的强化玻璃屏有很高的防刮擦能力缺点：成本高，上下游整合不容易，且无法做多点检测，表面的水滴、尘土会使触摸屏变得迟钝，甚至不工作，怕其它频率很近和倍频的超声、强声和振动。

应用：适合室内办公室、研究室等范围。

（4）电容式触摸屏电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，其输入是利用排列的透明电极与人体间的静电相结合产生出的电容变化量，从产生出的诱导电流来检测其坐标。

电容式触摸屏结构最为简单. 它是在紧贴显示屏前的双夹层玻璃中涂有一层透明的氧化、金属导体层,四角引出四个电极受控于控制器. 通过引线,夹层导体中有高频电流流动(如图5) .由于人体电场的存在, 触摸点手指与屏幕内涂层构成一个微小的耦合电容,而高频电流对于通过小电容是很容易的. 这样, 对称四电极上的高频电流通过触点小电容被分流. 这个被破坏了对称的变化量由控制器侦测到. 由于流入四电极的电流与手指触点到四角的距离成反比,故可计算出触点坐标值。

优点：投射电容式触摸屏支持多点触摸，操作更加直观，更具趣味性；不易误触；耐用度高；只需触摸，无需按压操作；采用玻璃面板，使用寿命较长。

缺点：精度不高；成本偏高；反光严重；由于电容值与极间距离成反比，与相对面积成正比，并且与介质的绝缘系数有关，因此，当较大的手掌或手持的导体接触电容式触摸屏时，就能因此电容式触摸屏的误动作；当用戴手套的手指或手持不导电的物体触摸时没有反应；易受环境影响。

应用：金融商业系统：ATM银行柜员机、自动取款机、投资交易KIOSK等；零售及餐饮业：贩卖机、点餐系统、购物、购票公共查询、车上卫星导航系统等；医学、实验室及无尘室内的医学监察、药单认可、医疗记录使用。

完全不受血液及任何化学物质污染的影响；公共导览、户政查询系统及导览系统等；工厂自动化控制系统；移动电话、多媒体播放器、计算机、PDA、GPS、数码相框、游戏机等。

每一种触摸屏都有其特殊的功能及应用领域。

鉴于触摸屏本身的特点极其迅速发展，我国的关于触摸屏的这一块的市场前景非常好，尤其从现在触摸屏所涉及的领域来看，它的市场及应用领域将会进一步拓展。

就目前触摸屏所涉及的领域来看，大致可分类如下：1、商店付款系统一些现代化的商店的结算柜台使用了计算机终端设备，顾客可以通过在触摸屏操作就可以打印出标有货物名称、价格的付款单。

2、金融交易触摸屏刚好满足了金融交易的速度与准确性的特点，为用户提供了轻松与迅速处理瞬息变化信息的手段，可以让用户集中精力交易。

3、公用信息查询服务户外查询终端是一种新型的电子商务平台和公共信息平台，它包括了衣、食、住、行、企业、政府等各类信息，政府及企业可以通过查询终端发布各类信息，市民通过查询终端不仅可以轻松查询各类政府信息，了解政策法规，明确办事程序，还可以及时掌握旅游、文教、卫生、气象等各方面信息。

此外，在公用信息查询方面，房地产查询和销售，邮电及话费查询，售票与航运服务等的使用最为普遍。

与我们的生活密切接触的邮电局及电信行业利用触摸屏向公众提供各类查询，包括邮政业务查询，电信业务查询，邮编和长途电话区号查询，储蓄业务查询等。

在航空、铁路、公路、航运的售票厅设置的触摸屏售票台，可让用户选择车次、车厢类别、购票张数、目的地、查看航班号、出港与飞抵时刻、票价及查询其他有关事项。

4、视频音乐点播机5、图书馆检索这个检索系统在收藏内容广泛的多媒体文献资源丰富的图书馆检索领域中，可用于检索人物、新闻、文档、小说、版刻、书法、绘画、生物、古生物等各种信息。

不熟悉键盘操作的读者可以利用触摸屏直观快速地查询多媒体检索台，只需用手指触摸屏幕上的相关内容，就可以立即查看到自己所需要的文献资料。

6、自助游戏机7、触摸式自助彩票销售机8、机动车驾驶员无纸化考试系统考试系统采用触摸屏技术，凭借其图形界面操作简便、亲切自然；无需培训、自动操作；节省成本、提高效率的特点在更大范围内满足驾驶员对于考试的实际要求。

但触摸屏的技术并不仅仅能够满足的以上的领域，虽然目前全球的触摸屏产业并不太熟，但是我们还是愿意乐观的预测它的未来。

从应用的方面来看，触摸屏的技术将会在以下的领域得到大力发展，如消费性电子产品市场、便携式专业运算市场、商业运用和公共信息查询领域。

以人类的聪明才智，触摸屏技术将会在我们的生活中更大限度发挥其本身的特点来服务我们人类，并将逐渐克服其本身技术上的不足，逐渐完善，从而在日常的生产生活中进一步的服务大众！1 触摸屏的基本原理典型触摸屏的工作部分一般由三部分组成，如图1所示：两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。

阻性导体层选用阻性材料，如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成，上层衬底用塑料，下层衬底用玻璃。