人机界面：触摸屏的类型和原理

[简介]：触摸屏的基本原理是当用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，触摸屏检测到触摸位置（以坐标的形式）控制器并通过一个接口（如RS-232串口）。 ）被发送到CPU以确定输入的信息。

        触摸屏的基本原理是当用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，触摸屏控制器检测到触摸位置（以坐标的形式）并发送到CPU通过接口（如RS-232串口）。确定输入的信息。

        触摸屏系统通常包括触摸屏控制器（卡）和触摸检测设备。其中，触摸屏控制器（卡）的主要功能是从触摸点检测装置接收触摸信息，并将其转换为接触坐标，然后将其发送给CPU，CPU也可以接收由触摸点发送的命令。 CPU并执行它：触摸检测设备通常安装在显示器上设备的前端主要用于检测用户的触摸位置并将其发送到触摸屏控制卡。

       1.电阻式触摸屏

       电阻式触摸屏的屏幕部分是与显示器表面匹配的多层复合膜。它由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有透明导电层，表面覆盖有外表面硬化处理和光滑防护。划伤的塑料层也涂覆有透明导电层，在两个导电层之间具有多个细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点以使它们绝缘。

       当手指触摸屏幕时，通常彼此绝缘的两个导电层在触摸点位置处具有接触，因为一个导电层在Y轴方向上接通5V均匀电压场，因此电压为0。检测层从零变为零。非零，控制器检测到该导通状态，进行A / D转换，并将获得的电压值与5V进行比较，得到触摸点的Y轴坐标。类似地，获得X轴的坐标。这是所有电阻技术触摸屏常见的最基本原理。电阻式触摸屏的关键是材料技术。根据引线数量，电阻屏分为四线，五线，六线和其他多线电阻。触摸屏。电阻式触摸屏在钢化玻璃表面上涂有两层OTI透明氧化金属导电层。最外层的OTI涂层用作导体。第二层OTI通过精确的网络在两个方向上连接到+ 5V。 0V的电压场由两个OTI之间的小透明隔离点隔开。当手指触摸屏幕时，接触点出现在OTI导电层的两层中。计算机同时检测电压和电流，并计算触摸的位置。反应速度为10-20毫秒。

       五线电阻式触摸屏的外导电层使用具有良好延展性的镍 - 金涂层材料。由于外导电层的频繁接触，使用具有良好延展性的镍金属材料的目的是延长使用寿命，但是工艺成本相对较高。虽然镍 - 金导电层具有良好的延展性，但它只能用作透明导体。它不适合作为电阻式触摸屏的工作表面，因为它具有高导电性并且金属不容易在厚度上非常均匀。它不适用于电压分布层。地板。

       电阻式触摸屏是一种完全与外界隔离的工作环境。它不怕灰尘和水蒸气。它可以被任何物体触及。它可以用于书写和绘图。它适用于工业控制和办公室。使用有限的人。 电阻式触摸屏的共同缺点在于，由于复合膜的外层由塑料材料制成，因此太硬或使用尖锐触摸的未知人员可能刮擦整个触摸屏并导致报废。 然而，在限制范围内，刮擦仅伤害外导电层。 外导电层的划痕与五线电阻式触摸屏无关，对于四线电阻式触摸屏而言是致命的。

2.红外触摸屏

       红外触摸屏安装简单，只需在显示屏上添加一个光点框架，无需在屏幕表面添加涂层或连接控制器。红外光点和接收管布置在框架的四个侧面上，并且在屏幕的表面上形成红外网。当用户用手指触摸屏幕上的某个点时，它将阻挡通过该位置的两个红外线，并且计算机可以立即计算出触摸点的位置。任何触摸物体都可以改变触点上的红外光，实现触摸屏操作。在早期的概念中，红外触摸屏具有技术限制，例如低分辨率，有限的触摸模式以及对环境干扰的敏感性，环境干扰曾经逐渐退出市场。从那时起，第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题。第三代和第四代也提高了分辨率和稳定性，但它们在关键指标或综合表现方面没有取得质的飞跃。然而，那些了解触摸屏技术的人都知道红外触摸屏不受电流，电压和静电的影响，适用于恶劣的环境条件。红外技术是触摸屏产品的最终发展趋势。使用声学和其他材料科学技术的触摸屏具有不可逾越的障碍，例如损坏，老化和单个传感器的触摸。面对污染，破坏性使用和维护等问题。只要红外触摸屏真正实现高稳定性和高分辨率，它将成为触摸屏市场的主流，而不是其他技术产品。过去红外触摸屏的分辨率由帧中红外线对的数量决定，因此分辨率较低。市场上主要的国产产品是32x32和40X32。另外，红外屏幕对照明环境敏感，并且照明发生变化。当你很大的时候，你会误判甚至崩溃。这些是国外非红外触摸屏代理商销售的红外屏幕的弱点。最新技术第五代红外屏幕的分辨率取决于红外对的数量，扫描频率和差分算法。决议已达到1000X720。对于红外屏幕，红外屏幕在第二代红外触摸屏的照明条件下不稳定。一开始，它已经更好地克服了抗光干扰的弱点。第五代红外触摸屏是新一代智能技术产品，实现1000 * 720高分辨率，多级自调整，自恢复硬件适应性和高智能判别识别，可用于各种苛刻环境很长一段时间。任何用途。并可为用户定制扩展功能，如网络控制，声音感应和人体连接。近感应，用户软件加密保护，红外数据传输等。媒体推广的原有红外触摸屏的另一个主要缺点是抗暴力性差。 实际上，红外屏幕可以完全选择客户认为满意的任何防暴玻璃，而不会增加成本并影响性能。 这是其他触摸屏无法遵循的。

         红外触摸屏价格低廉，易于安装，并且可以感知小触摸和快速触摸。 然而，由于红外触摸屏依赖于红外感测动作，外部光线变化（例如阳光和室内聚光灯）可能影响其准确性。 此外，红外触摸屏不防水且不怕污垢，任何小的异物都可能导致错误，影响其性能，不适合在户外和公共场所使用。

3.电容式触摸屏

       电容式触摸屏通过在玻璃屏上镀覆透明薄膜层和在导体层外侧镀覆保护玻璃而构成。双层玻璃设计完全保护导体层和电感器。

       另外，细长电极镀在附加触摸屏的所有四个侧面上，以在导体内形成低压交变电场。当用户触摸屏幕时，由于电场，在手指和导体层之间形成耦合电容器，来自四个电极的电流流向触点，并且强度与手指和手指之间的距离成比例。电极。触摸屏后面的控制器是计算电流的比率和强度以精确计算触摸点的位置。电容式触摸屏的双层玻璃不仅可以保护导体和传感器，还可以有效地防止外部环境因素影响触摸屏。即使屏幕上有污垢，灰尘或油污，电容式触摸屏也能准确计算出触摸位置。

       电容式触摸屏的透射率和清晰度优于四线电阻屏，并且当然不能与表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏严重反射，电容器技术的四层复合触摸屏对每个波长的光具有不均匀的透光率，并且存在颜色失真。问题在于层之间的光反射也导致图像字符的模糊。原则上，电容屏使用人体作为电容器元件的电极。当导体靠近在ITO的工作表面和ITO工作表面之间具有足够电容的电容器时，流走的电流足以导致电容屏故障。 。我们知道虽然电容值与磁极之间的距离成反比，但它与相对面积成正比，也与介质的绝缘系数成正比。因此，当手掌或手持导体的大面积靠近电容屏而不是触摸时，可能导致电容屏的故障。在潮湿的天气，这种情况特别严重。手握住显示器，手掌靠近显示器7厘米。距离显示器15厘米或靠近显示器的主体可能导致电容屏故障。电容屏的另一个缺点是，当用戴手套的手或非导电物体触摸时它们不会响应，因为增加了更多的绝缘介质。电容屏的主要缺点是漂移：当环境温度和湿度变化时，环境电场发生变化，引起电容屏漂移，导致不准确。例如，如果显示器的温度在启动后升高，则会引起漂移：当用户触摸屏幕时，另一只手或身体侧面将漂移在显示器附近;靠近电容式触摸屏大型物体向后移动并向后漂移。如果你触摸它，如果有人围绕它，它会导致漂移。电容屏的漂移在技术上是天生的。环境电位表面（包括用户的身体）远离电容式触摸屏。然而，它比手指区域大得多，并且它们直接影响触摸位置的测量。另外，理论上，许多线性关系应该是非线性的。例如，具有不同体重或不同手指湿度的人所吸取的电流总量是不同的，并且总电流的变化和四个部分电流的变化。这是一种非线性关系。电容式触摸屏中使用的四个角的自定义极坐标系在坐标上没有原点。在漂移之后，控制器不能检测和恢复，并且在完成四个A / D之后，获得四个点。在笛卡尔坐标系中，流量值对触摸点的X，Y坐标值的计算过程是复杂的。由于没有原点，电容屏的漂移是累积的，并且在作业现场经常需要校准。电容式触摸屏最外层的铝土矿保护玻璃非常耐刮擦，但它不怕钉子或硬物敲击。如果小孔被击出，无论是夹层ITO的损伤还是安装和运输，都会损坏夹层ITO。 ITO层的内表面，电容屏将无法正常工作。

4.表面声波触摸屏

       声表面波触摸屏的触摸屏部分可以是安装在CRT，LED，LCD或等离子显示屏前面的平面，球形或圆柱形玻璃板。这块玻璃板只是一块纯钢化玻璃。它与其他类型的触摸屏技术不同，没有任何胶片和封面。垂直和水平超声换能器固定在玻璃屏的左上角和右下角，两个相应的超声波接收换能器固定在右上角。玻璃屏幕的四个周边刻有从稀疏到密集间隔的反射条纹的45°角。

工作原理如下：以右下角的X轴发射换能器为例：

       发射换能器将控制器通过触摸屏电缆发送的电信号转换为声能并将其传输到左表面。然后，玻璃板下方的一组精确反射条将声能反射到向上均匀的表面，声能通过。然后，屏幕主体的表面由上反射条分配到右手线到X轴接收换能器，并且接收换能器将返回的表面声波能量转换成电信号。

       当发射换能器发射窄脉冲时，声能穿过不同的路径。路径到达接收传感器，最早到达最右边，最近到达最左边，这些声波的提前到达和迟到到达更宽的波形信号，很容易看出接收信号收集所有不同路径在X轴方向上返回的声能是相同的，但在X轴上，最远距离是X轴最大距离的两倍。因此，该波形信号的时间轴反映了叠加原始波形之前的位置，即X轴坐标。

       当未触摸发送信号和接收信号波形时，接收信号的波形与参考波形完全相同。当能够吸收或阻挡声波能量的手指或其他物体接触屏幕时，通过手指部分向上行进的X轴的声能被部分吸收，并且反应在接收波形上具有衰减间隙在某个时刻。

       对应于手指阻挡部分信号的接收波形衰减间隙，并计算凹口的位置，即，触摸坐标控制器分析接收信号的衰减并从凹口的位置确定X坐标。然后，Y轴的相同过程确定触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏可以响应的X，Y坐标，表面声波触摸屏幕还响应第三轴的Z轴坐标，即用户触摸压力的值。该原理是根据接收信号衰减时的衰减量计算出来的。确定三个轴后，控制器将它们传递给主机。

       表面声波触摸屏的特征是防暴，因为表面声波触摸屏的工作表面是一层看不见且不可救药的声能。触摸屏的基础玻璃没有任何夹层和结构应力（表面声波触摸屏可以直接在CRT表面上显影）。因此，没有“屏幕”，因此非常抵抗暴力，适合公共场所。

       表面声波的第二个特征是快速，并且它是所有触摸屏中最快的。使用时感觉光滑。

       表面声波的第三个特点是性能稳定，因为表面声波技术的原理是稳定的，表面声波触摸屏的控制器通过测量时间轴上衰减力矩的位置来计算触摸位置，所以表面声波触摸屏非常稳定，精度非常高。目前，表面声波技术触摸屏的精度通常为4096×4096×256级。

       表面声波触摸屏的第四个特征是控制卡可以知道什么是灰尘。水滴，手指是什么，触摸多少。因为：我们的手指触摸是4096×4096×256级精度，每秒48次的触摸数据不能相同，但灰尘或水滴完全没有变化，控制器发现“触摸”“外观后，线程被自动识别为干扰源超过三秒钟。

       表面声波触摸屏的第五个特征是它具有第三轴的Z轴，即压力轴响应。这是因为用户触摸屏幕的功率越大，接收信号的波形上的衰减间隙越宽越深。目前，只有所有声学触摸屏都能够感应所有触摸屏中的触摸压力。使用此功能，每个触摸点不仅是简单的触摸和无触摸状态，而且是可以感知的模拟量。该值已打开。此功能非常有用，例如，在多媒体信息查询软件中，按钮可以控制动画或视频播放的速度。

       声表面波触摸屏的缺点在于触摸屏表面上的灰尘和水滴也阻挡了表面声波的传播。虽然智能控制卡可以区分它，但是灰尘在一定程度上累积，并且信号衰减得很厉害。触摸屏变得暗淡甚至无法正常工作。 因此，表面声波触摸屏一方面具有防尘触摸屏。 一方面，建议不要忘记每年定期清洁触摸屏。

5.近场成像触摸屏

         近场成像（NFI，近场成像）触摸屏的感应机制是两个夹层玻璃，其间具有透明金属氧化物导电涂层。 将交流信号施加到导电涂层以在屏幕的表面上形成静电场。 当手指（没有手套）或其他导体接触传感器时，静电场会受到干扰。 相关的图像处理控制器可以检测干扰信号及其位置，并将相应的坐标参数发送给操作系统。

      近场成像触摸屏非常耐用，灵敏，可以在苛刻的环境中使用，也适用于无人值守的公共用途，但缺点是它们更昂贵。