摘? ?要：目前，觸摸屏總類分為電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外式觸摸屏和聲波式觸摸屏等。文章簡單介紹了各觸控屏的原理、技術(shù)特點(diǎn)，分析得出混合式觸控和觸覺技術(shù)將是今后觸摸屏發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：觸摸屏;原理技術(shù);發(fā)展趨勢

說到觸摸屏大家已不再陌生，實(shí)際上我們幾乎每天都在使用，它具有長久耐用、易于人機(jī)交互、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)?？磮D點(diǎn)屏直截了當(dāng)，方便了人們對各種電子設(shè)備的操作，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣范，大到軍事領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)和辦公、多媒體教學(xué)，小到點(diǎn)歌點(diǎn)菜、電子游戲等都可運(yùn)用，如銀行、電力電信部門的繳費(fèi)查詢等。本文簡單介紹觸摸屏的基本原理和使用中的一些問題。

1? ? 觸摸屏的基本原理

長期以來，人們對所使用設(shè)備的輸入和操控都是用按鍵來操作，它是一種機(jī)械式的面板界面，繁瑣、不直觀，長時間使用會接觸不良、不靈敏。自從有了液晶顯示器產(chǎn)品后，點(diǎn)觸液晶屏上的菜單、圖標(biāo)，都通過表面透明導(dǎo)電或感應(yīng)的介質(zhì)，傳給控制器檢測出觸摸信號，從而把圖標(biāo)位置轉(zhuǎn)換成精確坐標(biāo)，讓主板電路識別，并執(zhí)行此動作，讓多媒體設(shè)備的畫面和影音效果得以更良好的延伸，更為先進(jìn)快捷。

2? ? 觸摸屏的基本特性要求

2.1? 透明度

透明度對視覺效果至關(guān)重要。它至少包括4個特性，分別是透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。如果只是昏暗、模糊的畫面，其他都無從談起。透明度在屏的要求上只是個泛泛的概念，還能再進(jìn)行細(xì)分，比如反光程度，包括鏡面反光程度和衍射反光程度。紅外和聲波觸摸屏只在液晶屏上加了一層玻璃，透明性較佳。一般能滿足上述4個要求和特性基本就足夠了。

2.2? 坐標(biāo)系統(tǒng)

觸摸屏需要點(diǎn)觸穩(wěn)定無誤，點(diǎn)到哪里所反映出的坐標(biāo)定位要絕對準(zhǔn)確，這樣接收和檢測到的位置信號才可靠，不能出現(xiàn)所謂的假點(diǎn)，或稱之為“鬼點(diǎn)”。即點(diǎn)觸外層屏的某一點(diǎn)，觸點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)是里層液晶屏上所需要的圖標(biāo)，如果反映出的點(diǎn)卻偏離在圖標(biāo)的旁邊，兩點(diǎn)就會不重合，并產(chǎn)生漂移。在各類屏中，電容和紅外屏由于結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的原因，在工作中有時會出現(xiàn)觸摸點(diǎn)的漂移，不過可以通過校正軟件來重新校正定位，也能在長時間連續(xù)工作狀態(tài)下保證定位的準(zhǔn)確性。

2.3? 檢測和定位

每一種觸摸屏都自帶有一套傳感控制器、轉(zhuǎn)換器、微處理芯片等元器件組成的電路，來實(shí)現(xiàn)觸摸屏的檢測和定位，它們的硬、軟件相對來說更加完備，能夠在反應(yīng)速度、穩(wěn)定性以及使用壽命上達(dá)到一定的可靠性的要求[1]。

3? ? 觸摸屏主要類型

觸摸屏的分類主要是根據(jù)屏的使用介質(zhì)的不同大致來劃分的，主流上大概分為4類，分別是電阻屏、電容屏、紅外對管屏以及聲表面式觸摸屏。這幾種屏的使用特性，適用場合都各有不同，要想知道它們都具備怎樣的優(yōu)缺點(diǎn)，那就要了解和掌握各類屏的基本工作原理和技術(shù)特點(diǎn)。下面就對這幾種屏的特點(diǎn)和使用狀況來作簡單的概述。

3.1? 電阻型觸摸屏

電阻屏最外層一般使用的是軟屏，通過按壓使內(nèi)觸點(diǎn)上下相連。內(nèi)層裝有物理材料氧化金屬，即N型氧化物半導(dǎo)體—氧化銦錫（Indium Tin Oxides，ITO），也叫氧化銦，透光率為80%，上下各一層，中間隔開。ITO是電阻觸摸屏及電容觸摸屏都用到的主要材料，它們的工作面就是ITO涂層，用指尖或任何物體按壓外層，使表面膜內(nèi)凹變形，讓內(nèi)兩層ITO相碰導(dǎo)電從而定位到按壓點(diǎn)的坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)操控。根據(jù)屏的引出線數(shù)，又分有4線、5線及多線，門檻低，成本相對價廉，優(yōu)點(diǎn)是不受灰塵、溫度、濕度的影響。缺點(diǎn)也很明顯，外層屏膜很容易刮花，不能使用尖銳的物體點(diǎn)觸屏面。一般是不能多點(diǎn)觸控，即只能支持單點(diǎn)，若同時按壓兩個或兩個以上的觸點(diǎn)，是不能被識別和找到精確坐標(biāo)的。在電阻屏上要將一幅圖片放大，就只能多次點(diǎn)擊“+”，使圖片逐步進(jìn)階式放大，這就是電阻屏的基本技術(shù)原理。

3.2? 電容型觸摸屏

電容式觸摸屏的應(yīng)用目前相對廣泛，主要是用在大家每天使用的手機(jī)和工作的平板電腦上，表面層一般是硬屏。它最初的設(shè)想和原理實(shí)際是利用了電容的特性。我們都知道電容的結(jié)構(gòu)是在兩塊靠的很近、中間又絕緣的導(dǎo)電板施加直流電壓，正負(fù)電荷就相互吸引，導(dǎo)電板上就會儲存電量，理論上是沒有電流通過的，但在充放電的過程中，電路線上是有瞬間的方向相反的電流的，等到導(dǎo)電板上的電位和電源相等時，電流就得以停止。如果把交流電與電容相連，就會反復(fù)地進(jìn)行充放電的過程，也就會有持續(xù)的充放電電流，可以理解為電容是可以通過交流電的。電工經(jīng)常使用的試電筆正是運(yùn)用的這個原理，人即使站在木椅上，用試電筆觸碰火線，筆依然會持續(xù)點(diǎn)亮，因?yàn)槿撕痛蟮厥菍?dǎo)體，220 V的交流電經(jīng)過試電筆、人、木椅，最終到達(dá)大地，只不過電流經(jīng)過筆中很大電阻后，變得很小，人體沒感覺到罷了。那電容屏就不難理解了，當(dāng)用手指輕觸屏最外有機(jī)玻璃薄層時，不需要按壓，就會與內(nèi)層的導(dǎo)電的ITO氧化銦層形成耦合電容，產(chǎn)生電流，屏幕4個角引線上的電流會流向觸點(diǎn)，通過控制器計算出4邊到觸點(diǎn)的距離，就能定位觸點(diǎn)的坐標(biāo)，這是表面電容式觸摸屏，不支持多點(diǎn)觸控。而制作精細(xì)的投射電容屏是可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控是，把ITO層蝕刻成水平和垂直的多個電極陣列，當(dāng)觸碰屏上的某個位置時，僅只與陣列上一點(diǎn)形成電容耦合，與其他碰觸點(diǎn)互不影響，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)工作，應(yīng)用更加廣泛，如網(wǎng)頁操作、圖片縮放、滾動等。缺點(diǎn)是需要手指或帶有導(dǎo)電的筆才能操控，戴著手套是不能操作電容屏的，如有其他外電場影響，會讓觸點(diǎn)產(chǎn)生漂移。

3.3? 紅外觸摸屏

紅外線是一種肉眼看不見的光線，在日常生活中也經(jīng)?？梢杂玫嚼眉t外線的設(shè)備，如電視遙控器、用于夜晚的紅外報警監(jiān)控探頭等。在觸摸屏的外框上嵌入紅外對管，發(fā)送和接收在屏表面形成的網(wǎng)狀紅外線，有任何物體在屏的表面停留，就會阻斷連續(xù)掃描的橫豎紅外矩陣，就可以通過控制器計算出阻擋的位置，即坐標(biāo)點(diǎn)。因此，它的特點(diǎn)是可以使用任何物體，如絕緣筆、手指，只要靠近屏到外框內(nèi)，不需要去碰觸屏幕，就能正常工作。缺點(diǎn)是當(dāng)受到環(huán)境中的紅外干擾，如陽光、白熾燈、帶高溫的物體、遙控器等的影響，點(diǎn)會產(chǎn)生漂移。筆者在實(shí)際工作中使用了一臺廣州產(chǎn)的70寸希沃牌紅外交互智能平板設(shè)備，在多媒體教室連續(xù)開機(jī)使用，由于受到各種燈光光線的影響，偶爾會出現(xiàn)指向點(diǎn)和液晶屏上反映點(diǎn)的位置不重合，這就需要通過安裝在平板設(shè)備上的軟件來進(jìn)行校正。

3.4? 表面聲波觸摸屏

聲波觸摸屏和紅外屏的工作原理相似。聲波是通過物體的振動在空氣或其他介質(zhì)中進(jìn)行傳播，本質(zhì)是一種有一定振幅周期的機(jī)械波、振動波推動空氣形成的壓力波，通過人耳神經(jīng)端梢的接收，就能聽到物體所發(fā)出的聲音。要讓電子設(shè)備接收到振動就需要聲電轉(zhuǎn)換，典型的設(shè)備就是揚(yáng)聲器或是耳機(jī)。當(dāng)然，聲波觸摸屏利用電聲換能器發(fā)出的聲波是人耳聽不到的聲波范圍，是一種高頻聲波，在屏的表面形成聲波矩陣，當(dāng)用物體或手指放在屏外層玻璃基板上時，就阻斷了聲波的發(fā)送和接收，控制器對衰減的聲波信號進(jìn)行檢測并計算，就能確定所指向的坐標(biāo)。聲表面觸摸屏也同樣不受溫度、濕度的影響，在各類觸摸屏中使用壽命最長，可達(dá)到5 000萬次無出錯故障，也不會有任何的漂移，最適合在公共場所中使用。

4? ? 觸摸屏使用中的常見問題

觸摸屏大多放置于公共場所中使用，由于環(huán)境、人為操作等原因，在使用過程中往往會出現(xiàn)一些問題，具體如下。

4.1? 使用一段時間后觸摸無反應(yīng)

（1）電容屏設(shè)備在長期使用過程中，屏上及內(nèi)部控制電路由于靜電的積累，整臺設(shè)備布滿了靜電，如果接地性欠佳，會影響到屏的正常工作，導(dǎo)致觸摸屏有嚴(yán)重的偏差甚至失效。此時，關(guān)閉設(shè)備的電源，用導(dǎo)線將屏的內(nèi)、外部接地放電，消除大量的靜電，再打開設(shè)備電源重新啟動即可。

（2）聲波觸摸屏在工作中，由于表面灰塵積累過多，如果不經(jīng)常擦拭，就會或多或少地阻擋一些聲波的接收和反射，也會造成屏的靈敏度下降，導(dǎo)致使用不正常。關(guān)機(jī)后，可以用干凈的紙巾或名片輕輕地將屏表面和四周的灰塵撣去，再重新啟動機(jī)器，一般便可正常工作。

4.2? 與硬件相關(guān)的問題

觸摸屏一般用串口進(jìn)行信號的傳輸，從P S2/端口取工作信號，如果指示燈不亮，說明沒有取到信號或控制盒上的P S2/線可能壞了。如果串口損壞或被禁用，將導(dǎo)致驅(qū)動程序無法安裝，可更換接口或引線。如果屏幕被擠壓有輕微變形，是因?yàn)橛|摸區(qū)域被顯示器外殼或機(jī)柜外殼壓住了，會導(dǎo)致無法定位，觸摸屏光標(biāo)一直在顯示器4邊的某一點(diǎn)上，可以請專業(yè)人員教正顯示器外殼邊框或?qū)C(jī)柜和顯示器屏幕之間的距離調(diào)大一點(diǎn)來處理。

4.3? 其他相關(guān)的問題

觸摸屏光標(biāo)只在一小區(qū)域內(nèi)移動或觸摸屏點(diǎn)不準(zhǔn)，要運(yùn)行觸摸屏校準(zhǔn)程序，在改變顯示器分辨率后， 也要運(yùn)行觸摸屏校準(zhǔn)程序。如果觸摸屏在使用了較長一段時間如幾年后，發(fā)現(xiàn)觸摸屏有些區(qū)域根本不能點(diǎn)觸，則可能是觸摸屏壞了，請更換觸摸屏。

5? ? 觸摸屏產(chǎn)品發(fā)展與展望

觸摸屏雖然類型很多，但每種觸屏都各有利弊，沒有一種技術(shù)是完美無缺的。近年來，研發(fā)界加大了對混合式觸摸屏的研制開發(fā)，即在一塊觸控面上采用兩種或者兩種以上的觸控識別，達(dá)到多種觸控技術(shù)之間實(shí)現(xiàn)優(yōu)劣互補(bǔ)。目前，已經(jīng)研發(fā)出基于電容式和電阻式的混合式觸摸屏，該觸摸屏可以通過手寫筆和手指操作、支持多點(diǎn)觸控等，顯著提高觸摸屏的識別效率，所以混合式觸控技術(shù)會成為未來觸控技術(shù)的發(fā)展方向之一[2]。

人們享受觸控顯示技術(shù)帶來的便捷操作，但卻忽略了觸摸操作時帶來的一個特別觸覺反饋。因?yàn)橛胁僮魅巳盒枨蟮膹V泛性，所以應(yīng)用在一些特定場合下，像在銀行系統(tǒng)的應(yīng)用上需要有更多的語音提示，當(dāng)前和下一步的操作不能僅有單一的圖標(biāo)，這樣會給老人的操作帶來很大的方便。如龐大的餐飲業(yè)中，在點(diǎn)餐屏上出現(xiàn)所需菜品的三維立體畫面，甚至帶有菜的香味，那將會是愉悅之極。對于視障和殘疾人士使用電子多媒體產(chǎn)品，筆者覺得更應(yīng)加大研發(fā)，雖然有一些手機(jī)也具有他們使用的簡單功能，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善，在語音輸入和盲觸的軟硬件上都應(yīng)該有關(guān)注和投入，給他們的生活帶來更大便捷。目前觸覺反饋技術(shù)研究不多，怎樣實(shí)現(xiàn)更細(xì)致的屏幕物件操控和更具自由度的方向，才是真正應(yīng)有的發(fā)展趨勢。作者簡介：謝浩（1971— ），男，江蘇揚(yáng)州人，技師，學(xué)士;研究方向：電子電工。