觸摸屏技術(shù)發(fā)展簡介

觸摸屏的應(yīng)用隨著信息社會的發(fā)展越來越普遍，目前觸摸屏產(chǎn)品在中國已開始形成了產(chǎn)業(yè)，本文專題介紹有關(guān)觸摸屏的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)知識，供廣大用戶和業(yè)者參考。

　　隨著多媒體信息查詢的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的而且又適用于中國多媒體信息查詢國情的輸入設(shè)備，觸摸屏具有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，我們用戶只要用手指輕輕地指碰計算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。這種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏在我國的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外還可廣泛應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等，將來，觸摸屏還要走入家庭。隨著城市向信息化方向發(fā)展和電腦網(wǎng)絡(luò)在日常生活中的滲透，信息查詢都會以觸摸屏——顯示內(nèi)容可觸摸的形式出現(xiàn)。本文提供一些有關(guān)觸摸屏的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)知識，希望這些內(nèi)容能對廣大用戶有所用處。

　　基本技術(shù)

　　一、觸摸屏的工作原理

　　為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。

　　二、觸摸屏的主要類型

　　從技術(shù)原理來區(qū)別觸摸屏，可分為五個基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。其中矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺。觸摸屏紅外屏價格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容屏設(shè)計理論好，但其圖象失真問題很難得到根本解決；電阻屏的定位準(zhǔn)確，但其價格頗高，且怕刮易損。表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰抗暴，適于各種場合，缺憾是屏表面的水滴、塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式，下面筆者就對上述的各種類型的觸摸屏進(jìn)行簡要介紹：

　　1、電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層（OTI，氧化銦），上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層OTI，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指接觸屏幕，兩層OTI導(dǎo)電層出現(xiàn)一個接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻屏根據(jù)引出線數(shù)多少，分為四線、五線等多線電阻觸摸屏。五線電阻觸摸屏的A面是導(dǎo)電玻璃而不是導(dǎo)電涂覆層，導(dǎo)電玻璃的工藝使其的壽命得到極大的提高，并且可以提高透光率。

　　電阻式觸摸屏的OTI涂層比較薄且容易脆斷，涂得太厚又會降低透光且形成內(nèi)反射降低清晰度，OTI外雖多加了一層薄塑料保護(hù)層，但依然容易被銳利物件所破壞；且由于經(jīng)常被觸動，表層OTI使用一定時間后會出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其中一點(diǎn)的外層OTI受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，觸摸屏的壽命并不長久。但電阻式觸摸屏不受塵埃、水、污物影響。

　　這種觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。它用兩層高透明的導(dǎo)電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5微米。當(dāng)手指按在觸摸屏上時，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。這種觸摸屏能在惡劣環(huán)境下工作，但手感和透光性較差，適合配帶手套和不能用手直接觸控的場合。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技，常用的透明導(dǎo)電涂層材料有：

　　A、ITO，氧化銦，弱導(dǎo)電體，特性是當(dāng)厚度降到1800個埃（埃＝10-10米）以下時會突然變得透明，透光率為80％，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度時又上升到80％。ITO是所有電阻技術(shù)觸摸屏及電容技術(shù)觸摸屏都用到的主要材料，實(shí)際上電阻和電容技術(shù)觸摸屏的工作面就是ITO涂層。

　　B、鎳金涂層，五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長使用壽命，但是工藝成本較為高昂。鎳金導(dǎo)電層雖然延展性好，但是只能作透明導(dǎo)體，不適合作為電阻觸摸屏的工作面，因為它導(dǎo)電率高，而且金屬不易做到厚度非常均勻，不宜作電壓分布層，只能作為探層。

　　2、電容式觸摸屏

　　電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。

　　電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個低電壓交流電場。用戶觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導(dǎo)體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。

電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，觸點(diǎn)的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變化，故其穩(wěn)定性較差，往往會產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。該種觸摸屏適用于系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試階段。

　　3、紅外線式觸摸屏

　　該觸摸屏由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測元件構(gòu)成，在屏幕表面上，形成紅外線探測網(wǎng)，任何觸摸物體可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機(jī)上。此外，由于沒有電容充放電過程，響應(yīng)速度比電容式快，但分辨率較低。

紅外線觸摸屏原理很簡單，只是在顯示器上加上光點(diǎn)距架框，無需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，計算機(jī)便可即時算出觸摸點(diǎn)位置。因為紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，所以適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以用在各檔次的計算機(jī)上。不過，由于只是在普通屏幕增加了框架，在使用過程中架框四周的紅外線發(fā)射管及接收管很容易損壞。

　　4、表面聲波觸摸屏

　　表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長（5000萬次無故障）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，只需安裝時一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應(yīng)，最適合公共場所使用。表面聲波觸摸屏的觸摸屏部分可以是一塊平面、球面或是柱面的玻璃平板，安裝在CRT、LED、LCD或是等離子顯示器屏幕的前面。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于其它觸摸屏技術(shù)是沒有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。 [!--empirenews.page--]1[/!--empirenews.page--]
　　
三．觸摸屏三個基本技術(shù)特性

　　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效果。衡量觸摸屏透明性能不僅要從它的視覺效果來衡量，還應(yīng)該包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度這四個特性。

　　2．絕對坐標(biāo)系統(tǒng)

　　　　我們傳統(tǒng)的鼠標(biāo)是一種相對定位系統(tǒng)，只和前一次鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)有關(guān)。而觸摸屏則是一種絕對坐標(biāo)系統(tǒng)，要選哪就直接點(diǎn)哪，與相對定位系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。絕對坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標(biāo)在同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。不過由于技術(shù)原理的原因，并不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同的，不能保證絕對坐標(biāo)定位，點(diǎn)不準(zhǔn)，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。對于性能質(zhì)量好的觸摸屏來說，漂移的情況出現(xiàn)的并不是很嚴(yán)重。

　　3．檢測與定位

　　各種觸摸屏技術(shù)都是依靠傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。　　

　　四、觸摸屏的常見問題

　　由于觸摸屏大多數(shù)放置在公共場所或大廳中，供各位普通用戶使用，而這些用戶使用水平可能差別很大，這就很難保證觸摸屏在使用過程中不會出現(xiàn)問題，在這里，現(xiàn)將一些常見問題介紹一下：

　　1、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PS/2端口取信號，而TPS屏幕是從主機(jī)電源直接取電。如果指示燈不亮，說明沒有取到信號，控制盒上的PS/2線可能壞了。如果燈亮著，但依舊不閃，說明控制盒壞了，因此我們必須更換控制盒。如果更換控制盒還是不行，有可能是屏幕被壓得太緊，需要將四周的螺絲稍微松一下，因為觸摸屏是由特殊材料組成，它本身不太容易損壞。

　　如果串口是壞的或被禁用，將導(dǎo)致驅(qū)動程序無法安裝，因為安裝驅(qū)動時，會自動尋找串口。即使能夠安裝，也會出現(xiàn)鼠標(biāo)不動或無法定位。最好不要用串口鼠標(biāo)來判斷串口的好壞，可能串口9根針對它們來說各自用的方式不一樣。如果屏幕被壓著，或者地線沒有接好，會導(dǎo)致無法定位。如果出現(xiàn)有些區(qū)域無法點(diǎn)擊或反應(yīng)遲緩，有可能是灰塵影響，需拆開外殼來除去灰塵。

　　2、與軟件相關(guān)的問題

　　軟件問題主要是指驅(qū)動程序的安裝，一臺主機(jī)上不要安裝兩種或兩種以上的觸摸屏驅(qū)動程序，否則將導(dǎo)致無法使用。

　　3、其他相關(guān)問題

　　更換顯示分辨率、調(diào)整屏幕大小和第一次安裝時都有會出現(xiàn)單擊不準(zhǔn)或漂移，需啟動應(yīng)用程序中自帶的定位程序重新定位，定位盡量用比較細(xì)的筆或指尖進(jìn)行定位，這樣比較準(zhǔn)。應(yīng)用程序中還包括調(diào)出鼠標(biāo)右鍵、設(shè)置拖、拉式以及觸摸屏硬件信息等。

　　觸摸產(chǎn)品技術(shù)展望

　　無論你是在商場購物，還是在銀行存取款，觸摸式的自動服務(wù)器為你提供了方便快捷的服務(wù)，這就是我們所說的觸摸屏?？稍趲啄昵埃@一新東西還非常少見，在業(yè)內(nèi)也沒有觸摸行業(yè)的說法。經(jīng)過多年來的發(fā)展，觸摸屏的功能已從原先簡單的查詢導(dǎo)覽發(fā)展成為集業(yè)務(wù)查詢上網(wǎng)于為一體的觸摸查詢一體機(jī)，應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的郵電、商場到遍布各個行業(yè)眾多領(lǐng)域。

　　猶如PC從286、386發(fā)展到奔騰機(jī)一樣，觸摸屏經(jīng)歷了從低檔向高檔發(fā)展的歷程。從紅外屏、四線電阻屏到電容屏，現(xiàn)在又發(fā)展到聲波觸摸屏、五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術(shù)越來越先進(jìn)。而且隨著各行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的不同，以前被忽視了的紅外屏電容屏，經(jīng)過工藝改造，重又獲得了新生。LCD平板顯示技術(shù)的發(fā)展使得紅外屏的優(yōu)勢凸顯出來，金融、證券等行業(yè)用戶對此青睞有嘉。

　　由于各種技術(shù)的觸摸屏各具優(yōu)缺點(diǎn)，而且設(shè)計的難度不同，各種屏的使用有了一定的時間先后。以國內(nèi)應(yīng)用來說，最先投入使用的是日本公司紅外屏，其后是電阻屏、電容屏和聲波屏。日本的MINATO公司改進(jìn)紅外屏的光干擾問題，將分辨率提高到977*737，國內(nèi)生產(chǎn)的紅外屏存在的問題是分辨率低，只有64*48。另外前面也提到了，LCD應(yīng)用的擴(kuò)大，LCD技術(shù)和紅外屏技術(shù)結(jié)合，完全滿足了紅外屏對平面的要求，使得紅外屏重獲生機(jī)。電阻屏的缺點(diǎn)是透光率差，表面易損。早期臺灣PONICS公司等的四線電阻屏易損問題經(jīng)改進(jìn)用鍍膜來解決，但分辨率低，只有1024*768，使用范圍受一定影響。美國ELO公司推出的五線電阻屏在材質(zhì)上有了大改進(jìn)，完全采用鋼化玻璃為基體，擯棄了四線電阻屏的多層結(jié)構(gòu)，使透光率大大提高，表層防暴性能也有所增強(qiáng)，分辨率達(dá)4096*4096，完全適合作IE瀏覽器等高清晰度的要求。電容屏考慮失真的問題，也采用鍍膜技術(shù)，一定程度上克服了怕刮易損的缺點(diǎn)。聲波屏的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但水滴灰塵的影響問題不解決，使用大受影響，改進(jìn)的方法是加防塵條，或者在軟件方面增加對污物的監(jiān)控，準(zhǔn)確識別出有效的操作和污物之間的區(qū)別。

　　目前國內(nèi)在觸摸技術(shù)發(fā)展方面主要是應(yīng)用在整機(jī)技術(shù)上。1996年，太古公司推出了擁有自主產(chǎn)權(quán)的觸摸查詢一體機(jī)KIOSK，成為國內(nèi)第一家、全球第13家KIOSK制造商。隨后觸摸產(chǎn)品廠商也紛紛推出了各自的觸摸查詢一體機(jī)，各自擁有造型工藝。

　　技術(shù)的發(fā)展也包括應(yīng)用軟件技術(shù)的成熟。觸摸查詢離不開觸摸查詢軟件，太古公司開發(fā)出國內(nèi)第一個觸摸瀏覽軟件TouchWeb，這使得國內(nèi)的觸摸行業(yè)不再僅僅停留在搬箱子的角色上。而且隨著應(yīng)用軟件方面的進(jìn)步，相繼推出了公共信息查詢系統(tǒng)和金融、郵政、城市信息港摸信息終端KIOSK應(yīng)用系統(tǒng)等，也使得觸摸產(chǎn)品的應(yīng)用范圍從簡單的查詢擴(kuò)大到集查詢業(yè)務(wù)上網(wǎng)于一體，行業(yè)范圍從公共事業(yè)、政府到事業(yè)單位、一般企業(yè)，甚至個人的掌上電腦，都是觸摸產(chǎn)品的天地。

　　綜觀IT信息產(chǎn)品的發(fā)展，離不開兩個基本要素：市場容量和價格。價格降低會產(chǎn)生一定的量的提升，但如果沒有實(shí)實(shí)在在的市場基礎(chǔ)，產(chǎn)品的普及、技術(shù)和行業(yè)的發(fā)展都無從談起。

　　觸摸產(chǎn)品由于早期給人的印象僅是信息的查詢，對行業(yè)用戶來說只是可有可無的形象工程，必然影響市場容量。目前各觸摸廠商們都在改進(jìn)其產(chǎn)品的功能，加大了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的份量。譬如，銀行的KIOSK一體機(jī)已經(jīng)加入了微型打印機(jī)、讀卡器等設(shè)備，功能上吸收了銀行的補(bǔ)登存折、轉(zhuǎn)帳等業(yè)務(wù)，使得系統(tǒng)不在僅僅停留于業(yè)務(wù)介紹和形象宣傳。這一改動顯然是有效的，銀行系統(tǒng)對這類一體機(jī)需求旺盛，連專注于銀行業(yè)務(wù)設(shè)備的南天公司都開發(fā)出了類似的一體機(jī)產(chǎn)品。目前一體機(jī)已出現(xiàn)自助售票系統(tǒng)，應(yīng)用到鐵路公路的售票業(yè)務(wù)，這一進(jìn)展是否預(yù)示著一體機(jī)會走上ATM機(jī)或者自動售賣機(jī)的路子還不明確。由于觸摸產(chǎn)品對開放式環(huán)境的適應(yīng)性，商業(yè)系統(tǒng)對銷售網(wǎng)絡(luò)及形象宣傳的考慮，ATM和自動售賣機(jī)暫時無法替代KIOSK一體機(jī)，不過業(yè)務(wù)型的一體機(jī)確定無疑是一種方向。

　　在價格方面的進(jìn)步主要來自于觸摸屏技術(shù)和觸摸軟件的發(fā)展。由于目前各類屏各具優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍、應(yīng)用規(guī)模俱受制約，用戶可能只考慮使用的方便及壽命，生產(chǎn)商們卻必須不斷推陳出新，將更高性能更低價格的產(chǎn)品供應(yīng)給用戶。新的技術(shù)產(chǎn)生需要大量的積累，改造原有技術(shù)是目前的主流。就象紅外屏的新生一樣，聲波屏的改進(jìn)已經(jīng)有了一個可喜景象，由于聲波屏能產(chǎn)生對壓力的感受，無形中增加了控制手段，對屏功能的擴(kuò)展十分有利，應(yīng)用范圍因此大大拓展。成熟的軟件會使用戶享受到兩種優(yōu)點(diǎn)：功能完善和低廉價格。隨著產(chǎn)品在各行業(yè)應(yīng)用市場的推進(jìn)，對行業(yè)應(yīng)用的理解不斷強(qiáng)化，系統(tǒng)將越來越合體，而價格由于投入的遞減將下降。

　　觸摸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂不容忽視，這將有利于規(guī)模發(fā)展和合理競爭，對價格的優(yōu)化極有幫助。而各行業(yè)用戶也需在目前條件下，縮減不必要的特殊要求，降低生產(chǎn)商的研發(fā)成本，加強(qiáng)在軟件應(yīng)用體系上的投入力度，使硬件產(chǎn)品化和規(guī)模化程度提高，應(yīng)用系統(tǒng)水平提升，真正達(dá)到方便所有人，也方便行業(yè)用戶的目標(biāo)。