触摸屏技术发展简介

2011-06-12 14:30:40来源: 互联网

触摸屏的应用随着信息社会的发展越来越普遍,目前触摸屏产品在中国已开始形成了产业,本文专题介绍有关触摸屏的相关基础技术知识,供广大用户和业者参考。

  随着多媒体信息查询的与日俱增,人们越来越多地谈到触摸屏,因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备,它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备,触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术,我们用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作,从而使人机交互更为直截了当,这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔,主要有公共信息的查询,如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询;城市街头的信息查询;此外还可广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等,将来,触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透,信息查询都会以触摸屏——显示内容可触摸的形式出现。本文提供一些有关触摸屏的相关基础技术知识,希望这些内容能对广大用户有所用处。

  基本技术

  一、触摸屏的工作原理

  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置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置,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置上接收触摸信息,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。

  二、触摸屏的主要类型

  从技术原理来区别触摸屏,可分为五个基本种类:矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外屏价格低廉,但其外框易碎,容易产生光干扰,曲面情况下失真;电容屏设计理论好,但其图象失真问题很难得到根本解决;电阻屏的定位准确,但其价格颇高,且怕刮易损。表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷,清晰抗暴,适于各种场合,缺憾是屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变的迟钝,甚至不工作。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、红外线式、电容感应式以及表面声波式,下面笔者就对上述的各种类型的触摸屏进行简要介绍:

  1、电阻式触摸屏

  电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜,由一层玻璃或有机玻璃作为基层,表面涂有一层透明的导电层(OTI,氧化铟),上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层OTI,在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指接触屏幕,两层OTI导电层出现一个接触点,因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场,使得侦测层的电压由零变为非零,控制器侦测到这个接通后,进行A/D转换,并将得到的电压值与5V相比,即可得触摸点的Y轴坐标,同理得出X轴的坐标,这就是电阻技术触摸屏共同的最基本原理。电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线等多线电阻触摸屏。五线电阻触摸屏的A面是导电玻璃而不是导电涂覆层,导电玻璃的工艺使其的寿命得到极大的提高,并且可以提高透光率。

  电阻式触摸屏的OTI涂层比较薄且容易脆断,涂得太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度,OTI外虽多加了一层薄塑料保护层,但依然容易被锐利物件所破坏;且由于经常被触动,表层OTI使用一定时间后会出现细小裂纹,甚至变型,如其中一点的外层OTI受破坏而断裂,便失去作为导电体的作用,触摸屏的寿命并不长久。但电阻式触摸屏不受尘埃、水、污物影响。

  这种触摸屏利用压力感应进行控制。它用两层高透明的导电层组成触摸屏,两层之间距离仅为2.5微米。当手指按在触摸屏上时,该处两层导电层接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器。这种触摸屏能在恶劣环境下工作,但手感和透光性较差,适合配带手套和不能用手直接触控的场合。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:

  A、ITO,氧化铟,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。

  B、镍金涂层,五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料,外导电层由于频繁触摸,使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命,但是工艺成本较为高昂。镍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。

  2、电容式触摸屏

  电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。

  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。用户触摸屏幕时,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。

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。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化,故其稳定性较差,往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。

  3、红外线式触摸屏

  该触摸屏由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成,在屏幕表面上,形成红外线探测网,任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰,适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器,可以用在各档次的计算机上。此外,由于没有电容充放电过程,响应速度比电容式快,但分辨率较低。

红外线触摸屏原理很简单,只是在显示器上加上光点距架框,无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管,在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点,便会挡住经过该位置的横竖两条红外线,计算机便可即时算出触摸点位置。因为红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰,所以适宜某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉、安装方便、不需要卡或其它任何控制器,可以用在各档次的计算机上。不过,由于只是在普通屏幕增加了框架,在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏。

  4、表面声波触摸屏

  表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成,其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面,当手指触及屏幕时,触点上的声波即被阻止,由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响,分辨率极高,有极好的防刮性,寿命长(5000万次无故障);透光率高(92%),能保持清晰透亮的图像质量;没有漂移,只需安装时一次校正;有第三轴(即压力轴)响应,最适合公共场所使用。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。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃,区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。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。

三.触摸屏三个基本技术特性

  1.透明性能

  触摸屏是由多层的复合薄膜构成,透明性能的好坏直接影响到触摸屏的视觉效果。衡量触摸屏透明性能不仅要从它的视觉效果来衡量,还应该包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度这四个特性。

  2.绝对坐标系统

    我们传统的鼠标是一种相对定位系统,只和前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一种绝对坐标系统,要选哪就直接点哪,与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系,每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标,不管在什么情况下,触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因,并不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的,不能保证绝对坐标定位,点不准,这就是触摸屏最怕的问题:漂移。对于性能质量好的触摸屏来说,漂移的情况出现的并不是很严重。

  3.检测与定位

  各种触摸屏技术都是依靠传感器来工作的,甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。  

  四、触摸屏的常见问题

  由于触摸屏大多数放置在公共场所或大厅中,供各位普通用户使用,而这些用户使用水平可能差别很大,这就很难保证触摸屏在使用过程中不会出现问题,在这里,现将一些常见问题介绍一下:

  1、与硬件相关的问题

  触摸屏一般用串口进行信号的传输,从PS/2端口取信号,而TPS屏幕是从主机电源直接取电。如果指示灯不亮,说明没有取到信号,控制盒上的PS/2线可能坏了。如果灯亮着,但依旧不闪,说明控制盒坏了,因此我们必须更换控制盒。如果更换控制盒还是不行,有可能是屏幕被压得太紧,需要将四周的螺丝稍微松一下,因为触摸屏是由特殊材料组成,它本身不太容易损坏。

  如果串口是坏的或被禁用,将导致驱动程序无法安装,因为安装驱动时,会自动寻找串口。即使能够安装,也会出现鼠标不动或无法定位。最好不要用串口鼠标来判断串口的好坏,可能串口9根针对它们来说各自用的方式不一样。如果屏幕被压着,或者地线没有接好,会导致无法定位。如果出现有些区域无法点击或反应迟缓,有可能是灰尘影响,需拆开外壳来除去灰尘。

  2、与软件相关的问题

  软件问题主要是指驱动程序的安装,一台主机上不要安装两种或两种以上的触摸屏驱动程序,否则将导致无法使用。

  3、其他相关问题

  更换显示分辨率、调整屏幕大小和第一次安装时都有会出现单击不准或漂移,需启动应用程序中自带的定位程序重新定位,定位尽量用比较细的笔或指尖进行定位,这样比较准。应用程序中还包括调出鼠标右键、设置拖、拉式以及触摸屏硬件信息等。

  触摸产品技术展望

  无论你是在商场购物,还是在银行存取款,触摸式的自动服务器为你提供了方便快捷的服务,这就是我们所说的触摸屏。可在几年前,这一新东西还非常少见,在业内也没有触摸行业的说法。经过多年来的发展,触摸屏的功能已从原先简单的查询导览发展成为集业务查询上网于为一体的触摸查询一体机,应用领域也从最初的邮电、商场到遍布各个行业众多领域。

  犹如PC从286、386发展到奔腾机一样,触摸屏经历了从低档向高档发展的历程。从红外屏、四线电阻屏到电容屏,现在又发展到声波触摸屏、五线电阻触摸屏,性能越来越可靠,技术越来越先进。而且随着各行业应用特点的不同,以前被忽视了的红外屏电容屏,经过工艺改造,重又获得了新生。LCD平板显示技术的发展使得红外屏的优势凸显出来,金融、证券等行业用户对此青睐有嘉。

  由于各种技术的触摸屏各具优缺点,而且设计的难度不同,各种屏的使用有了一定的时间先后。以国内应用来说,最先投入使用的是日本公司红外屏,其后是电阻屏、电容屏和声波屏。日本的MINATO公司改进红外屏的光干扰问题,将分辨率提高到977*737,国内生产的红外屏存在的问题是分辨率低,只有64*48。另外前面也提到了,LCD应用的扩大,LCD技术和红外屏技术结合,完全满足了红外屏对平面的要求,使得红外屏重获生机。电阻屏的缺点是透光率差,表面易损。早期台湾PONICS公司等的四线电阻屏易损问题经改进用镀膜来解决,但分辨率低,只有1024*768,使用范围受一定影响。美国ELO公司推出的五线电阻屏在材质上有了大改进,完全采用钢化玻璃为基体,摈弃了四线电阻屏的多层结构,使透光率大大提高,表层防暴性能也有所增强,分辨率达4096*4096,完全适合作IE浏览器等高清晰度的要求。电容屏考虑失真的问题,也采用镀膜技术,一定程度上克服了怕刮易损的缺点。声波屏的优点是明显的,但水滴灰尘的影响问题不解决,使用大受影响,改进的方法是加防尘条,或者在软件方面增加对污物的监控,准确识别出有效的操作和污物之间的区别。

  目前国内在触摸技术发展方面主要是应用在整机技术上。1996年,太古公司推出了拥有自主产权的触摸查询一体机KIOSK,成为国内第一家、全球第13家KIOSK制造商。随后触摸产品厂商也纷纷推出了各自的触摸查询一体机,各自拥有造型工艺。

  技术的发展也包括应用软件技术的成熟。触摸查询离不开触摸查询软件,太古公司开发出国内第一个触摸浏览软件TouchWeb,这使得国内的触摸行业不再仅仅停留在搬箱子的角色上。而且随着应用软件方面的进步,相继推出了公共信息查询系统和金融、邮政、城市信息港摸信息终端KIOSK应用系统等,也使得触摸产品的应用范围从简单的查询扩大到集查询业务上网于一体,行业范围从公共事业、政府到事业单位、一般企业,甚至个人的掌上电脑,都是触摸产品的天地。

  综观IT信息产品的发展,离不开两个基本要素:市场容量和价格。价格降低会产生一定的量的提升,但如果没有实实在在的市场基础,产品的普及、技术和行业的发展都无从谈起。

  触摸产品由于早期给人的印象仅是信息的查询,对行业用户来说只是可有可无的形象工程,必然影响市场容量。目前各触摸厂商们都在改进其产品的功能,加大了业务系统的份量。譬如,银行的KIOSK一体机已经加入了微型打印机、读卡器等设备,功能上吸收了银行的补登存折、转帐等业务,使得系统不在仅仅停留于业务介绍和形象宣传。这一改动显然是有效的,银行系统对这类一体机需求旺盛,连专注于银行业务设备的南天公司都开发出了类似的一体机产品。目前一体机已出现自助售票系统,应用到铁路公路的售票业务,这一进展是否预示着一体机会走上ATM机或者自动售卖机的路子还不明确。由于触摸产品对开放式环境的适应性,商业系统对销售网络及形象宣传的考虑,ATM和自动售卖机暂时无法替代KIOSK一体机,不过业务型的一体机确定无疑是一种方向。

  在价格方面的进步主要来自于触摸屏技术和触摸软件的发展。由于目前各类屏各具优缺点,应用范围、应用规模俱受制约,用户可能只考虑使用的方便及寿命,生产商们却必须不断推陈出新,将更高性能更低价格的产品供应给用户。新的技术产生需要大量的积累,改造原有技术是目前的主流。就象红外屏的新生一样,声波屏的改进已经有了一个可喜景象,由于声波屏能产生对压力的感受,无形中增加了控制手段,对屏功能的扩展十分有利,应用范围因此大大拓展。成熟的软件会使用户享受到两种优点:功能完善和低廉价格。随着产品在各行业应用市场的推进,对行业应用的理解不断强化,系统将越来越合体,而价格由于投入的递减将下降。

  触摸行业标准的制订不容忽视,这将有利于规模发展和合理竞争,对价格的优化极有帮助。而各行业用户也需在目前条件下,缩减不必要的特殊要求,降低生产商的研发成本,加强在软件应用体系上的投入力度,使硬件产品化和规模化程度提高,应用系统水平提升,真正达到方便所有人,也方便行业用户的目标。

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编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0612/article_6681.html
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