劉 瑞

（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300131）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體信息查詢的普及，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注觸摸屏，觸摸屏是一種附加在顯示器表面的透明介質(zhì)。利用這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作定位，擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作,從而簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)輸入方式，真正實(shí)現(xiàn)零距離操作。觸摸屏是一個(gè)使多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)備，其賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。

1 基本原理及分類

觸摸屏的本質(zhì)就是傳感器。觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：觸摸檢測(cè)裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測(cè)裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接收后傳送到觸摸屏控制器；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，并將其轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。

隨著科技的進(jìn)步，觸摸屏技術(shù)也經(jīng)歷了從低檔向高檔逐步升級(jí)和發(fā)展的過(guò)程。根據(jù)其工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，觸摸屏可分為四大類：電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏，紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。

1.1 電阻式觸摸屏

電阻式觸摸屏是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃作為基層，表面涂有一層ITO透明導(dǎo)電層，上面蓋有一層光滑防刮的塑料層作為保護(hù)層，在保護(hù)層的內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層（ITO或鎳金）。在兩導(dǎo)電層之間，有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)絕緣，并在兩層ITO工作面的邊線上各涂有一條銀膠，一端加5V電壓，另一端接地，從而在工作面的一個(gè)方向上形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，壓力使兩層導(dǎo)電層在接觸點(diǎn)位置有了一個(gè)接觸，控制器偵測(cè)到這個(gè)接觸，立刻進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，測(cè)量接觸點(diǎn)的模擬量電壓值，根據(jù)它和5V電壓的比例公式，就能計(jì)算出觸摸點(diǎn)的X軸和Y軸的坐標(biāo)，這就是電阻式觸摸屏的基本原理。

1.2 電容式觸摸屏

電容式觸摸屏由一個(gè)模擬感應(yīng)器和一個(gè)雙向智能控制器組成。模擬感應(yīng)器是一塊4層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO導(dǎo)電涂層，最外層是只有0.001 5 mm厚的矽土玻璃，形成堅(jiān)實(shí)耐用的保護(hù)層。夾層ITO涂層作為工作面，其各角上各引出一個(gè)電極，內(nèi)層ITO作為屏蔽層，用以保證良好的工作環(huán)境。

觸摸屏工作時(shí)，感應(yīng)器邊緣的電極產(chǎn)生分布的電壓場(chǎng)，由于人體電場(chǎng)的存在，觸摸屏幕時(shí)，手指和觸摸屏的工作面之間就會(huì)形成一耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，于是手指吸走一個(gè)很小的電流，分別從觸摸屏4個(gè)角上的電極中流出。從理論上講，流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成比例，控制器通過(guò)對(duì)這4個(gè)電流比例的精密計(jì)算，從而可以得出觸摸點(diǎn)的位置。

1.3 紅外線式觸摸屏

紅外線式觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線，而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。

1.4 表面聲波觸摸屏

表面聲波是一種在介質(zhì)表面進(jìn)行淺層傳播的機(jī)械能量波，其性能穩(wěn)定，在橫波傳遞中具有非常尖銳的頻率特性。表面聲波觸摸屏的觸摸部分是玻璃平板，安裝的等離子顯示器屏幕在前面，沒(méi)有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，在屏幕表面形成一個(gè)縱橫交錯(cuò)的超聲波柵格，右上角固定兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。當(dāng)手指或其他柔性觸摸筆接近屏幕表面時(shí)，手指或其他柔性觸摸筆吸收了一部分聲波能量，而控制器則偵測(cè)到接收信號(hào)在某一時(shí)刻上的衰減，由此可計(jì)算出觸摸點(diǎn)的位置。

2 基本技術(shù)特性

2.1 透明性能

觸摸屏是由多層的復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明性能的好壞，直接影響到觸摸屏的視覺(jué)效果。衡量觸摸屏透明性能，不僅要從其視覺(jué)效果來(lái)衡量，還應(yīng)該包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度等4個(gè)特性。

2.2 絕對(duì)坐標(biāo)定位系統(tǒng)

觸摸屏是一種絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，其特點(diǎn)就是當(dāng)前定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒(méi)有關(guān)系，觸摸屏在物理上是一套獨(dú)立的坐標(biāo)定位系統(tǒng)，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過(guò)校準(zhǔn)，直接轉(zhuǎn)化為屏幕上的坐標(biāo)。不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標(biāo)體系對(duì)同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)都是穩(wěn)定的。不過(guò)，它并不能保證每一次對(duì)同一點(diǎn)觸摸的采樣都相同，即不能保證絕對(duì)坐標(biāo)定位，這就是所謂的漂移問(wèn)題。

2.3 檢測(cè)觸摸并定位

各種形式的觸摸屏，都是依靠各自的傳感器來(lái)檢測(cè)觸摸并定位的，也有的觸摸屏本身就是一套傳感器。不同的定位原理及不同的傳感器，決定了觸摸屏不同的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。

3 性能及特點(diǎn)分析

3.1 電阻式觸摸屏

電阻式觸摸屏工作在與外界完全隔離的環(huán)境中，不怕灰塵、水汽和油污，可以用任何物體來(lái)觸摸，可以用來(lái)寫字畫畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域使用。缺點(diǎn)是由于復(fù)合薄膜的外層采用塑料材料，太用力或使用銳器觸摸，可能劃傷觸摸屏而導(dǎo)致報(bào)廢。

（1）四線電阻觸摸屏。高解析度，高速傳輸反應(yīng)；表面經(jīng)硬度處理，防化學(xué)處理，具有光面及霧面處理；一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。適用于有固定用戶的公共場(chǎng)所，如工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)、辦公室、家庭等。

（2）五線電阻觸摸屏。解析度高，高速傳輸反應(yīng)；表面硬度高，防化學(xué)處理，同點(diǎn)接觸3 000萬(wàn)次尚可使用；導(dǎo)電玻璃為基材的介質(zhì)，一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移，有高價(jià)位和對(duì)環(huán)境要求高的缺點(diǎn)。適用于各類公共場(chǎng)所，尤其適用于要求精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)等。

3.2 電容式觸摸屏

電容式觸摸屏的分辨率很高，透光率也不錯(cuò)，可以很好地滿足各方面的要求，在公共場(chǎng)所常見的就是這種觸摸屏。不過(guò)，電容式觸摸屏把人體當(dāng)作電容器的一個(gè)電極使用，當(dāng)有導(dǎo)體靠近并與夾層ITO工作面之間耦合出足夠大的電容時(shí)，流走的電流就會(huì)引起電容式觸摸屏的誤動(dòng)作；另外，電容觸摸屏實(shí)際上是一套精密的漏電傳感器，戴手套的手不能觸摸，這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。

當(dāng)環(huán)境溫度、濕度或環(huán)境電場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)引起電容式觸摸屏產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，故其穩(wěn)定性較差，造成不準(zhǔn)確。怕電磁場(chǎng)干擾、漂移，不易在工業(yè)控制場(chǎng)所和有干擾的地方使用?？墒褂糜谝蟛惶艿墓残畔⒉樵儯恍枰?jīng)常校準(zhǔn)、定位。

3.3 紅外線式觸摸屏

紅外線觸摸屏是靠測(cè)定紅外線的通斷來(lái)確定觸摸位置的，與觸摸屏所選用的透明擋板的材料無(wú)關(guān)(有一些根本就沒(méi)有使用任何擋板)。因此，選用透光性能好的擋板，并加以抗反光處理，可以得到很好的視覺(jué)效果。但是，受到紅外線發(fā)射管體積的限制，不可能發(fā)射高密度的紅外線，所以這種觸摸屏的分辨率不高。另外，由于紅外線觸摸屏依靠紅外感應(yīng)來(lái)工作，外界光線變化，如陽(yáng)光或室內(nèi)燈等，均會(huì)影響其準(zhǔn)確度。

紅外線感應(yīng)觸摸屏分辨率較低，但不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件；適用于無(wú)紅外線和強(qiáng)光干擾的各類公共場(chǎng)所、辦公室以及要求不是非常精密的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。

3.4 表面聲波觸摸屏

表面聲波技術(shù)非常穩(wěn)定，而且表面聲波觸摸屏的控制器，靠測(cè)量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來(lái)計(jì)算觸摸位置，所以其精度非常高，除了一般觸摸屏都能響應(yīng)的X和Y坐標(biāo)外，還響應(yīng)其獨(dú)有的第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是壓力軸響應(yīng)，它是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到的。有了這個(gè)功能，每個(gè)觸摸點(diǎn)就不僅僅是有觸摸和無(wú)觸摸的兩個(gè)數(shù)字開關(guān)狀態(tài)，而是成為能感應(yīng)力的一個(gè)模擬量開關(guān)。壓力量越大，接收信號(hào)波形上的衰減缺口也就越寬越深，在所有的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。

表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，清晰度較高（分辨率極高），透光率好，高度耐久，抗刮傷性良好，反應(yīng)靈敏，壽命長(zhǎng)，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，沒(méi)有漂移，只需安裝時(shí)一次校正，抗暴力性能好，最適合公共信息查詢及辦公室、機(jī)關(guān)單位及環(huán)境比較清潔的公共場(chǎng)所使用。

4 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

觸摸屏技術(shù)方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)，因而受到各國(guó)的普遍重視，并投入大量的人力、物力對(duì)其進(jìn)行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。

（1）觸摸筆。利用觸摸筆進(jìn)行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標(biāo)外，觸摸筆還具有簽名、標(biāo)記的功能。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單用的光筆功能大大增強(qiáng)。

（2）觸摸板。觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術(shù)，屏幕面積最大。它由三部分組成：最底層是中心傳感器，用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸，然后對(duì)信息進(jìn)行處理；中間層提供了交互用的圖形、文字等；最外層是觸摸表層，由強(qiáng)度很高的塑料材料構(gòu)成。當(dāng)手指點(diǎn)觸外層表面時(shí)，在1/1 000 s內(nèi)就可以將此信息送到傳感器，并進(jìn)行登錄處理。除與PC兼容外，還具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點(diǎn)，因而被應(yīng)用于指點(diǎn)式信息查詢系統(tǒng)（如電子公告板），收到了非常好的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

觸摸屏技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，具有專業(yè)化、多媒體化、立體化和大屏幕化等特點(diǎn)。隨著信息社會(huì)的發(fā)展，人們需要獲得各種各樣公共信息，以觸摸屏技術(shù)為交互窗口的公共信息傳輸系統(tǒng)，通過(guò)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用文字、圖像、音樂(lè)、解說(shuō)、動(dòng)畫、錄像等多種形式，直觀、形象地把各種信息介紹給人們，給人們帶來(lái)極大的方便。我們相信，隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，觸摸屏對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及利用將發(fā)揮重要的作用。

[1]嚴(yán)盈富.觸摸屏與PLC入門[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]陳 浩.案例解說(shuō)PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[3]韓 兵.觸摸屏技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[4]邢麗娟，楊世忠.觸摸屏的性能及應(yīng)用[J].今日電子，2006，（7）：71-73.