触摸屏技术

根据屏幕表面定位原理不同，可以把触摸屏技术分声学脉冲识别(APR)技术，表面声波(SAW)技术电容式触摸屏技术和电阻式触摸屏技术红外/光学式技术两类。

APR由一个玻璃显示器涂层或其他坚硬的基板组成，背面安装了4个压电传感器。该传感器安装在可见区域的两个对角上，通过一根弯曲的电缆连接到控制卡。用户触摸屏幕时，手指或者触笔和玻璃之间的拖动发生了碰撞或摩擦，于是就产生了声波。波辐射离开接触点传向传感器，按声波的比例产生电信号。在控制卡中放大这些信号，然后转换为数字数据流。比较数据与事先存储的声音列表来确定触摸的位置。APR设计成能够消除环境的影响和外部的声音，因为这些因素与存储的声音列表不匹配。

SAW触摸屏是由一个针对X和Y轴的有发送和接收的压电传感器的玻璃涂层。该控制器发送电信号至发射传感器，并在玻璃的表面内将信号转换成超声波。通过反射器阵列，这些波覆盖整个触摸屏。对面的反射器收集和控制这些波至接收传感器，将他们转换成电信号。对每个轴重复这个过程。用户触摸时吸收了传播的波的一部分。 接收到的对应X和Y坐标的信号与存储的数字分布图相比较，从而识别变化并计算出坐标。

电阻屏是利用触摸屏表面随着所受压力的变化，产生屏幕凹凸变形而引起的电阻变化实现精确定位的触摸屏技术。电阻屏性能具备以下特点:

① 它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污

②可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势

③电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096·

按照实现原理不同，电阻式触摸屏分为四线和五线两类。

一、四线电阻触摸屏(一)四线电阻触摸屏的工作原理

触摸屏附着在显示器的表面，与显示器相配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4层的透明的复合薄膜屏，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。 触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。当在X方向的电极对上施加一确定的电压，而Y方向电极对上不加电压时，在X平行电压场中，触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X坐标值。同理，当在Y电极对上加电压，而X电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y坐标。

(二)四线电阻触摸屏的缺陷

电阻触摸屏的B面要经常被触动，四线电阻触摸屏的B面采用ITO，我们知道，ITO是极薄的氧化金属，在使用过程中，很快就会产生细小的裂纹，而裂纹一旦产生，原流经该处的电流被迫绕裂纹而行，本该均匀分布的电压随之遭到破坏，触摸屏就有了损伤，表现为裂纹处点不准。随着裂纹的加剧和增多，触摸屏慢慢就会失效，因此使用寿命不长是四线电阻触摸屏的主要问题。

二、五线电阻触摸屏(一)五线电阻触摸屏的工作原理

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一工作面上、而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体，有触摸后分时检测内层ITO接触点X和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线，外层只作导体仅仅一条，触摸屏的引出线共有5条。

五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正内层ITO的线性问题:由于导电镀膜有可能厚薄不均匀而造成电压不均匀分布。

比较而言，五线电阻比四线电阻在保证分辨率精度上还要优越，但是成本代价大，因此售价非常高。 五线电阻触摸屏是目前最好的电阻技术触摸屏，最适合于军事、医疗、工业控制领域使用。

(二)五线电阻触摸屏的优势

首先五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层，导电玻璃的工艺使得A面的寿命得到极大的提高，并且可以提高透光率。

其次五线电阻触摸屏把工作面的任务都交给寿命长的A面，而B面只用来作为导体，并且采用了延展性好、电阻率低的镍金透明导电层，因此，B面的寿命也极大的提高。

五线电阻触摸屏的另一个专有技术是通过精密的电阻网络来校正A面的线性问题:由于工艺工程不可避免的有可能厚薄不均而造成电压场不均匀分布，精密电阻网络在工作时流过绝大部分电流，因此可以补偿工作面有可能的线性失真。

电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。

一、电容式触摸屏的工作原理

电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。

二、电容式触摸屏的缺陷

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。

(一)电流

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厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内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。

(二)漂移

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置的测定。

(三)其他

此外，理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性，如: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、Y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内表面ITO层，电容屏就不能正常工作了。

SAW触摸屏是由一个针对X和Y轴的有发送和接收的压电传感器的玻璃涂层。该控制器发送电信号至发射传感器，并在玻璃的表面内将信号转换成超声波。通过反射器阵列，这些波覆盖整个触摸屏。对面的反射器收集和控制这些波至接收传感器，将他们转换成电信号。对每个轴重复这个过程。用户触摸时吸收了传播的波的一部分。 接收到的对应X和Y坐标的信号与存储的数字分布图相比较，从而识别变化并计算出坐标。

1、触摸屏膜面为触摸面，即产品正面;玻璃面为非触摸面，即产品背面

2、触摸屏部分为玻璃制品，玻璃边角较锋利，装配时请带手套/指套作业

3、触摸屏部分为玻璃易碎品，装配时不要对触摸屏施加大力冲击。

4、避免直接取引线拿起触摸屏，避免对引出线部位有拉扯动作。

5、引出线加强板部位不能进行弯折动作。

6、引出线任何部位不允许有对折现象。

7、引出线在装配时，须水平插入，不可在加强板根部对折插入。

8、取放产品时需单片操作，轻拿轻放，避免产品互相碰撞而划伤产品表面。

9、清洁产品表面时，请用柔软性布料(鹿皮)蘸石油醚擦拭。

10、不可使用带腐蚀性的有机溶剂擦拭触摸屏膜表面。如工业酒精等。

为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。 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置，然后将相关信息传送至触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

触摸屏由安装在显示器屏幕前面的检测部件和触摸屏控制器组成。当手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口(如RS-232串行口, USB等)送到主机。 目前触摸屏已经由单点触屏发展到实现多点触屏了。

红外检测技术用于触摸屏技术主要有3个技术难点:

1、环境光因素，红外接收管有最小灵敏度和最大光照度之间的工作范围，但是触摸屏产品却不能限制使用范围，从黑暗的歌厅包房到海南岛高强度阳光下的户外使用，作为产品，它必须适应，目前市场上能够抗阳光直射的红外屏厂家为数不多。

2、快速检测，自2008年以来，红外技术飞速发展，目前已经做到15ms以下的响应速度。

3、信号衍射，周围反射、折射、干扰，红外发射管有一个发射角，接收管有较大范围的接收角，如果周围反射到一定程度，你会发现手指放在什么地方也阻挡不住信号。

要解决这些问题，选择模拟方式最大的好处是可以分析提高触摸屏的分辨率，但是抗干扰能力比不上脉冲方式;选择脉冲方式虽然抗干扰能力强，但是存在脉冲方式在接收方需要一个响应过程时间的问题，而触摸屏却要求极快的速度，因此要在自适应电路、单片机软件、模具设计、透光材料选择等几个方面要有技术突破。

屏幕结构:ITO Film与ITO Glass贴合，中间以DOT点进行隔离

出线电缆:与Panel一体成型

连接器:间距为2.54mm插座，标准AMP87499-9

触摸介质: 手指、戴手套的手、笔、信用卡等

屏幕厚度:1mm-5mm

屏幕尺寸: 2英寸-21英寸

分辨率: 4096x4096

响应时间: 少于8毫秒(手指输入)

触摸力度:15-40gr使用硬度为600直径为16mm硅脂状物

转换速度: 小于20ms

位置精度: 标准偏差小于2毫米

M触摸密度: 触摸分辨率 4096x4096触摸点

屏幕误差: 小于1.5%

供应电压: DC+5V

屏幕电阻: 200Ω-50Ω(between X1-X2);200Ω~500Ω(between Y1-Y2)

绝缘电阻: 大于20MΩ在DC25V

静电保护 :可以承受随意分布在屏幕表面15千伏电压的20次排放(per IEC 801-2;150pF and 150Ω)

透光率 :75-85%(波长为550纳米时)

工作温度: -20℃-70℃

储存温度: -25℃-80℃

抗破坏性 :3-12mm特殊工艺完全钢化的光学玻璃为基材。使用1磅在130cm高度使其自由落至玻璃中心点而玻璃不破损。

密封特性 :高度密封材料将滤光装置、框体和防暴玻璃紧密密合，防止液体渗漏;

工作温度 :-20C-70C

储存温度: -40C-85C

工作湿度: 90%RH在40℃(无结露)

储存湿度 :90%RH在40℃(无结露)

密封性: 符合NEMA4和IP65标准

高温存储: 80℃测试240小时

低温存储: -25℃测试240小时

耐久性能: 莫氏硬度3H(按照ATSM D3363标准)

使用寿命: 单点触摸大于100万次(Polyester stylus )单点触摸大于500万次(Rubber stylus)

安规认证: FCC. CE、TUV、UL