触摸屏原理70542

触摸屏原理 杨奎2009 08 26 触摸屏的应用 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 自然的一种人机交互方式 触摸屏的应用范围非常广阔 1 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 2 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 3 消费电子 如手机 电阻式触摸屏1 四线电阻式触摸屏2 五线电阻式触摸屏3 六线电阻式触摸屏4 七线电阻式触摸屏电容式触摸屏1 单点触摸屏2 多点触摸屏 IPhone 红外线触摸屏外表声波触摸屏 触摸屏的分类 透明导电材料 ITO ITO是IndiumTinOxides的缩写 ITO是一种N型氧化物半导体 氧化铟锡 ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜 通常有两个性能指标 电阻率和透光率 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 一般是通过真空离子溅射工艺将ITO薄膜镀到塑料或者玻璃上 在氧化物导电膜中 以掺Sn的In2O3 ITO 膜的透过率最高和导电性能最好 而且容易在酸液中蚀刻出细微的图形 其中透过率以达90 以上 ITO中其透过率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例来控制 通常Sn2O3 In2O3 1 9 电阻式触摸屏和电容式触摸屏都用到ITO材料 电阻式触摸屏 四线制电阻触摸屏 四线制电阻触摸屏 测量X坐标时 1 在X X 两电极加上一个电压Vref Y 接一个高阻抗的ADC 2 两电极间的电场呈均匀分布 方向为X 到X 3 手触摸时 两个导电层在触摸点接触 触摸点X层的电位被导至Y层所接的ADC 得到电压Vx 4 通过Lx L Vx Vref 即可得到x点的坐标 Y轴的坐标可同理将Y Y 接上电压Vref 然后X 电极接高阻抗ADC得到 四线制电阻触摸屏 四线电阻式触摸屏除了可以得到触点的X Y坐标 还可以测得触点的压力 这是因为toplayer施压后 上下层ITO发生接触 在触点上实际是有电阻存在的 如下图的Rtouch 压力越大 接触越充分 电阻越小 通过测量这个电阻的大小可以量化压力大小 四线制电阻触摸屏 1 X 接地 X 接电源 Y 接ADC得到触点的X点电压 2 X 接地 Y 接电源 X 接ADC得到Z1点的电压 3 X 接地 Y 接电源 X 接ADC得到Z2点的电压 现在可以算出X坐标 电压z1 z2 还要知道X lineY line的总电阻值就可以计算了 四线制电阻触摸 四线电阻式触摸屏的缺点是耐用性不够 长时间的触按施压会使器件损坏 因为每次触按 上层的PET和ITO都会发生形变 而ITO材质较脆 在形变经常发生时容易损坏 一旦ITO层断裂 导电的均匀性也就被破坏 上面推导坐标时的比例等效性也就不再存在 因此四线电阻触摸屏的寿命不长 五线制电阻触摸屏 五线电阻式触摸屏 五线触摸屏的结构与四线电阻式类似 也有下线路 玻璃或薄膜材料 导电ITO层和上线路 薄膜材料 导电ITO层 五线制电阻触摸屏 五线电阻式触摸屏工作时 UL施加驱动电压Vdrive LR接地 测量触点X Y坐标分为如下两步 1计算Y坐标 在UR电极施加驱动电压Vdrive LL电极接地 活动电极做为引出端测量得到接触点的电压 2计算X坐标 在LL电极施加驱动电压Vdrive UR电极接地 活动电极做为引出端测量得到接触点的电压 五线制电阻触摸屏 五线触摸屏的工作原理与四线电阻式不同的是 五线式的X和Y方向上的驱动电压均由下线路的ITO层产生 而上线路层仅仅扮演侦测电压探针的作用 即便上线路薄膜层被刮伤或损坏 触摸屏也能正常工作 所以五线电阻式的使用寿命远比四线式的长 其他类型电阻触摸屏 六线电阻式触摸屏 在五线电阻式触摸屏的基础上 六线电阻式触摸屏是在玻璃基板的背面增加了一个接地的导电层 用来隔绝来自玻璃基板背面的信号串扰 七线电阻式触摸屏 同四线电阻式触摸屏一样 五线电阻式触摸屏也没有考虑电极抽头引线和驱动电极的电路的寄生电阻 这部分电阻并不包含在ITO电阻之内 很可能影响计算的正确性 因此七线电阻式触摸屏在五线电阻式触摸屏的基础上 从UL LR两端各引出一条线用来感应实际触摸屏末端电压 分别记为Vmax Vmin 工作原理与五线电阻式触摸屏相同 其他类型电阻触摸屏 八线电阻式触摸屏 八线电阻式触摸屏的结构与四线类似 所区别的是除了引出X drive X drive Y drive Y drive四个电极 还在每个导电条末端引出一条线 X sense X sense Y sense Y sense 这样一共八条线 其他类型电阻触摸屏 在Y 电极施加驱动电压Vdrive Y 电极接地 分别测出Y sense和Y sense的电压 分别记为VYMAX和VYMIN 在X 电极施加驱动电压Vdrive X 电极接地 分别测出X sense和X sense的电压 分别记为VXMAX和VXMIN 五线触摸屏主要是考虑电极抽头引线和驱动电极的电路的寄生电阻 这部分电阻并不包含在ITO电阻之内 而且受环境温度影响阻值波动 很可能影响计算的正确性 电容式触摸屏 电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的 老式电容触摸屏 电容式触摸屏 当用户触摸电容屏时 由于人体电场 用户手指头和工作面形成一个耦合电容 因为工作面上接有高频信号 于是手指头吸收走一个很小的电流 这个电流分从触摸屏四个角上的电极中流出 并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例 控制器通过对这四个电流比例的精密计算 得出触摸点的位置 在电容式触摸屏问世后多年 触摸屏都只能每次响应一个触点 一旦我们操控超过一个触点 电容式触摸屏就会因为无法定位而让光标错乱 电容式触摸屏 新式电容触摸屏 新式电容触摸屏是从电容式触摸按键经过插值算法引申出来的一种触摸屏检测方法 可以支持多点触摸 如Iphone使用的就是典型的电容触摸感应实现多点触摸 电容式触摸按键原理 当人手碰到感应电极时 电极和地之间的电容由原来的Cp变为Cp 2Cf 显然增大了 电容式触摸按键原理 1 Cx为所测电容 2 1 2为一对反相脉冲 控制两个开关断开 闭合 开关电容电路等效可看成一个电阻 电阻的大小与Cx 以及 1 2的占空比 频率相关 Rcx 1 fCx3 Cmod为一储电电容 大小可随实际情况调整 电容式触摸按键原理 Vdd向Cmod充电 当Cmod电压超过参考电压Vref时 比较器输出高 锁存器也输出高 打开放电开关 Cmod上的电量通过Rb被释放掉 降到Vref以下 比较器输出低 锁存器也输出低 放电开关又断开 如此反复 形成了一个震荡频率与Cx密切相关的波形 电容式触摸滑条原理 滑条算法的实现 通过对有限的电容触摸按键的检测结果 加上插值算法 实现大分辨率的位置感应 如果在一块玻璃的两面均镀上滑条 切方向相反 就成了一块简单的触摸屏了 也可以实现多点的检测 但是因为所有的触摸键电容均是相对于地的电容 效果不好 电容式触摸屏原理 Multi TouchAll Point 多点触摸识别位置可以应用于任何触摸手势的检测 可以检测到双手十个手指的同时触摸 也允许其他非手指触摸形式 比如手掌 脸 拳头等 甚至戴手套也可以 Multi TouchAll Point基于互电容的检测方式 而不是自电容 互电容是检测行列交叉处的互电容 也就是耦合电容Cm 的变化 当行列交叉通过时 行列之间会产生互电容 包括 行列感应单元之间的边缘电容 行列交叉重叠处产生的耦合电容 有手指存在时互电容会减小 就可以判断触摸存在 并且准确判断每一个触摸点位置 IPone电容式触摸屏原理 Multi TouchAll Point触摸屏包括了一排的驱动线和一排的检测线 Iphone的触摸屏采用的是Multi TouchAll Point的检测方式 iPhone的处理器和软件将准确地分析并执行从触摸屏传来的信息 电容发往iPhone处理器的是关于最原始的触摸位置的数据 处理器通过指令使存储在iPhone中的软件去解析这些原始数据 IPone电容式触摸屏原理 IPone电容式触摸屏原理 1 电信号从触摸屏幕传输到处理器 2 处理器利用软件分析数据并判断每次触摸的特征 包括在屏幕上的大小 形状 受影响区域的位置 如果有需要的话 处理器会将触摸特征近似的放到同一个组里 如果你你移动你的手指 处理器将会计算出你触摸的起点和终点之间的差异 3 处理器利用姿势特征翻译软件判断出你使用了什么样的动作姿势去触摸屏幕 当你触摸屏幕时处理器会结合你的物理动作与你当时运行的iPhone软件做出综合的判断 4 此时处理器就会执行你正在实用的程序 如果有需要的话 处理器也会发送指令到iPhone的屏幕和其他硬件 如果和演示数据没有任何可以匹配的动作或指令 iPhone将认为这是一个无关紧要触摸动作 红外线触摸屏 红外触摸屏是在紧贴屏幕前密布X Y方向上的红外线矩阵 通过不停的扫描是否有红外线被物体阻挡检测并定位用户的触摸 可见红外线触摸屏可以实现多点触摸检测 表面声波触摸屏 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 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 表面声波触摸屏原理 以右下角的X 轴发射换能器为例 发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递 然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递 声波能量经过屏体表面 再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X 轴的接收换能器 接收换能器将