四大触摸屏技术工作原理及特点分析为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先 用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或 菜单位責来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检 测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位責，接受后送触摸屏控制器；而 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装責上接收触摸信息，并将它转换成触点坐 标，再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏的主要类型按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分 别 为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺 点，要了解那种触摸屏适用于那种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏 技术的工作 原理和特点。下面对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍一下：1. 电阻式触摸屏面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作 为基层，表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电阻)导电层，上面再盖 有一层外表 面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的表面也涂有一层涂层、在他们 之间有许多细小 的(小于 1/1000 英寸)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当 手指触摸屏幕时，两 层导电层在触摸点位責就有了接触，电阻发生变化，在 X 和丫两个方向上产生信号， 然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出(X, Y)的位責，再根据模拟鼠 标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本 的原理。电阻类触摸屏的关键在于材 料科技，常用的透明导电涂层材料有：(1) ITO,氧化钢，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃(埃=10-10米)以下 时会突然变得透明，透光率为 80%,再薄下去透光率反而下降，到 300 埃厚度时又上 升到80%。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上 电阻和电容技术触摸屏的工作面就是 ITO 涂层。(2) 謀金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的謀金涂 层材 料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的鎳金材料目的是为了延长使用 寿命，但 是工艺成本较为高昂。鎳金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体, 不适合作为 电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电 压分布层，只能作为探层。四线电阻模拟量技术的两层透明金属层工作时每层均增加5V恒定电压：一个竖直方向，一个水平方向。总共需四根电缆。特点：高解析度，高速传输反 应。表面硬度处理，减少擦伤、刮伤及防化学处理。具有光面及雾面处理。 次校正，稳定性高，永不漂移。四线式电阻屏结构示意图1.2 五线电阻屏五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在 玻璃的导电工作面上，我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同工作面 上,而外层操金导电层只仅仅用来当作纯导体，有触摸后分时检测层ITO接触点X轴 和Y轴电压值的方法测得触摸点的位責。五线电阻触摸屏层ITO需四条引线，外层只 作导体仅仅一条，触摸屏得引岀线共有5 条。特点：解析度高，高速传输反应。表面 硬度高，减少擦伤、刮伤及防化学处理。同点接触 3000万次尚可使用。导电玻璃为 基材的介质。一次校正，稳定性高，永不漂移。五线电阻触摸屏有高价位和对环境要 求高的缺点。1.3 电阻屏的局限不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离 的 工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画， 比较适 合工业控制领域及办公室有限人的使用。电阻触摸屏共同的缺点是因为复 合薄膜的外 层采用塑胶材料，不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废 不过，在限度之，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说 没有关系，而对四线电阻触摸屏来说是致命的。2. 电容式触摸屏电容式触摸屏工作原理电騒出舍霍动冲n收熄电捧2电容技术触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是是一块四层复合玻璃 屏，玻璃屏的表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层矽土玻璃保护层/夹层ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，层 ITO 为屏蔽层以保证良好的工作环境。当手 指触摸在金属层上时，由于人体电场，用户和触摸屏表面形成以一 个耦合电容，对于 高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流 分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极 的电流与手指到四角的距离 成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算， 得岀触摸点的位置。2.2电容触摸屏的缺陷电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和 五线电阻屏相比。电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长 光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图 像字 符的模糊。电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠 近与夹层 ITO 工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏 的误动作。我们知道，电容值虽然与极间距离成反比，却与相对面积成正比，并且还 与介质的的绝缘系数有关。因此，当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不 是触摸时就能引起电容屏的误动作，在潮湿的天气，这种情况尤为严重，手扶住显示 器、手掌靠近显示器7厘米以或身体靠近显示器15厘米以就能引起电容屏的误动作。 电容屏的另一个缺点用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增 加了更为绝缘的介质。电容屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境 电场发生改变时，都会引起电容屏的漂移，造成不准确。例如：开机后显示器温度上 升会造成漂移：用户触摸 屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移;电容触摸屏附近较大的物体 搬移后回漂移，你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移;电 容屏的漂移原因 属于技术上的先天不足，环境电势面（包括用户的身体）虽然与电容 触摸屏离得较 远，却比手指头面积大的多，他们直接影响了触摸位責的测定。此外， 理论上许 多应该线性的关系实际上却是非线性，女口：体重不同或者手指湿润程度不 同的人 吸走的总电流量是不同的，而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性 的 关系，电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点，漂 移 后控制器不能察觉和恢复，而且，4个A/D完成后，由四个分流量的值到触摸点在直 角坐标系上的X、丫坐标值的计算过程复杂。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的， 在工作现场也经常需要校准。电容触摸屏最外面的矽土保护玻 璃防刮擦性很好，但是 怕指甲或硬物的敲击，敲出一个小洞就会伤及夹层 ITO,不管是伤及夹层 ITO 还是安装运输过程中伤及表面 ITO 层，电容屏就不能正常工 作 了。3. 红外线式触摸屏nnnnDnnnnnnnnnnnnnnDn匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚U匚DO融摸点V:丿nnnn门口nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn口门厂i红外线触摸屏原理红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和 红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡 住经过该位責的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位Ho任何触摸物 体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。早期观念上，红外触摸屏存在分辨率 低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场。 此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第 三代和第四代在提升分辨率和稳定 性能上亦有所改进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。但是，了解触摸 屏技术的人都知道，红外触摸屏不受电流、 电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件， 红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势。采用声学和其它材料学技术的触屏都有其 难以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触摸界面怕受污染、破坏性使用，维 护繁杂等等问题。红外线触摸 屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率，必将替代其 它技术产品而成为触摸屏 市场主流。过去的红外触摸屏的分辨率由框架中的红外对管 数目决定，因此分辨率较低，市场上主要国产品为32x32、40X32，另外还有说红外屏 对光照环境 因素比较敏感，在光照变化较大时会误判甚至死机。这些正是国外非红外 触摸屏的国代理商销售宣传的红外屏的弱点。而最新的技术第五代红外屏的分辨率取 决于红外对管数目、扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了 1000X720，至于说 红外屏在光照条件下不稳定，从第二代红外触摸屏开始，就已经较好的克服了 抗光干 扰这个弱点。第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品，它实现 7 1000*720 高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的 判别识别，可长时 间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能,如网络控制、声感应、 人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。原 来媒体宣传的红外触摸屏另 外一个主要缺点是抗暴性差，其实红外屏完全可以选 用任何客户认为满意的防暴玻璃 而不会增加太多的成本和影响使用性能，这是其 他的触摸屏所无法效仿的。4. 表面声波触摸屏4表面声波表面声波，超声波的一种，在介质（例如玻璃或金属等刚性材料）表面浅层传 播 的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定 向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传 递过程中 具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和退波器方向上应 用发展很快， 表面声波相关的理论研究、半导体材料、声导材料、检测技术等技术都已经相当成熟。 表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是 柱面的玻璃平板，安装在 CRT、LED、LCD 或是等离子显示器屏幕的前面。玻璃 屏的左上角和右下角各固定了 竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固 定了两个相应的超声波接收换能器 玻璃屏的四个周边则刻有 45角由疏到密 间隔非常精密的反射条纹。4.2表面声波触摸屏工作原理以右下角的X-轴发射换能器为例：发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的 电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声 波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的 反射条纹聚成 向右的线传播给X-轴的接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。 当发射换能器发射一个窄脉冲后，声波能量历经不同途径 到达接收换能器，走最右边 的最早到达，走最左边的最晚到达，早到达的和晚到 达的这些声波能量叠加成一个较 宽的波形信号，不难看出，接收信号集合了所有 在 x 轴方向历经长短不同路径回归的声波能量，它们在 Y 轴走过的路程是相同 的，但在 X 轴上，最远的比最近的多走了 两倍 X 轴最大距离。因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置，也就是X轴坐标。发射信号与接收信号 波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸 收或阻扌当声波能量的物体触摸屏幕时，X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分 吸收，反应在接收波形上即某一时刻位責上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器 分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定x坐标。之后Y轴同样的过程判定出触摸 点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、丫坐标外，表面声波触摸屏还响应第