?1.?觸摸屏應(yīng)用場合及特點
??1.1觸摸屏應(yīng)用場合
?????? 觸摸屏應(yīng)用范圍十分廣闊，不僅在工業(yè)控制，在其它領(lǐng)域如電信、稅務(wù)、銀行、電力、醫(yī)院、商場的業(yè)務(wù)查詢；機場、火車站、地鐵自動購票；以及辦公、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售；電梯按鈕、旋轉(zhuǎn)門控制等都獲得廣泛應(yīng)用，在手機、ipad上應(yīng)用最普遍。
?????? 工業(yè)用觸摸屏是與PLC配套使用的設(shè)備，是替代傳統(tǒng)機械按鈕和指示燈的智能化顯示終端。用觸摸屏上的圖符替代機械按鈕，可以避免觸點抖動，機械老化，接觸不良，提高系統(tǒng)可靠性。還可通過設(shè)置參數(shù)，顯示數(shù)據(jù)，以曲線或動畫等形式描繪和監(jiān)控多種被控設(shè)備的工作狀態(tài)和運行參數(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動控制。
?????? 當(dāng)前在一些控制要求較高、參數(shù)變化多、硬件接線有變化場合，觸摸屏與PLC組合控制形式已占主導(dǎo)地位。
???1.2?觸摸屏基本工作原理
?????? 觸摸屏設(shè)備由觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器構(gòu)成，其中觸摸檢測裝置安裝在顯示屏幕前面，用于檢測觸摸面上用戶觸摸點的位置，并將檢測到的信息送往觸摸屏控制器。觸摸屏控制器接收觸摸信息后，將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，送給CPU，觸摸屏控制器同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。
??1.3?觸摸屏特點
?????? 觸摸屏主要特點可概括為以下幾點：
?????? （1）透明，透明將直接影響觸摸屏視覺效果，因此，要通過材料科技來解決透明問題。紅外線式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏只隔一層純玻璃，透明效果較好。其它類型觸摸屏一般由多層復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明效果稍差。
?????? （2）觸摸屏在物理上是一套獨立的絕對定位系統(tǒng)，即你選擇了哪一項就直接觸摸到那，不需要第二個動作。相比之下，鼠標(biāo)則是一個相對定位系統(tǒng)，當(dāng)需要光標(biāo)移動到某個地方時，首先要知道現(xiàn)在在何處，然后確定往那個方向走，每時每刻要給用戶反饋當(dāng)前所在位置。
?????? 絕對定位系統(tǒng)要求每次觸摸點的數(shù)據(jù)通過校準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，因此同一觸摸點輸出的數(shù)據(jù)應(yīng)該穩(wěn)定。否則，觸摸屏不能保證絕對坐標(biāo)定位，坐標(biāo)定位不準是觸摸屏嚴重問題。從技術(shù)原理上分析如果同一觸摸點每次采樣數(shù)據(jù)不同，這種現(xiàn)象稱為漂移。具體表現(xiàn)在當(dāng)你點擊一個你在屏幕上看到的位置，反應(yīng)出來的結(jié)果卻偏離了你的位置，這種現(xiàn)象就是漂移，又稱為指定位功能故障。理論上講，觸摸屏幕都具有一些漂移，但正常情況下漂移量微小，可以忽略。電容式觸摸屏具有一定漂移現(xiàn)象。
?????? （3）檢測觸摸并定位，各種觸摸屏技術(shù)都是依靠各自的傳感器工作，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。根據(jù)檢測觸摸裝置的工作原理，常用的有四類觸摸屏：電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式。?每一類觸摸屏有其各自優(yōu)缺點，適用于不同場合，應(yīng)區(qū)分對待。
2．觸摸屏分類及工作原理
?????? 觸摸屏一般分為4類，即電阻式觸摸屏；電容式觸摸屏；紅外線式觸摸屏及表面聲波式觸摸屏。
?????? （1）電阻式觸摸屏構(gòu)成與原理
?????? 電阻式觸摸屏的屏體部分由多層復(fù)合薄膜構(gòu)成。即基層、導(dǎo)電層、塑料層。
?????? 基層：選用玻璃或有機玻璃。導(dǎo)電層（共兩層）：?一層位于基層上面，一層位于塑料層下面。在兩層之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。?當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)電層在觸摸點位置就有了接觸。?
?????? 電阻式觸摸屏屏體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
?????? 觸摸屏屏體按電路結(jié)構(gòu)劃分為下線路（基層與導(dǎo)電層）和上線路（塑料層與導(dǎo)電層）兩部分。當(dāng)觸摸屏表面無壓力時，中間透明隔離點的絕緣作用使上下線路呈開路狀態(tài)。一旦有壓力使觸摸屏上下線路接通，控制器通過下線路導(dǎo)電層X坐標(biāo)方向施加的驅(qū)動電壓，以及上線路導(dǎo)電層上的探針，偵測出X方向上的電壓，由此推算出壓力點的X坐標(biāo)。通過控制器改變施加電壓的方向，同理可測出壓力點的Y坐標(biāo)，從而明確壓力點（X，Y）的位置。這就是電阻式觸摸屏的基本工作原理。
?? 電阻式觸摸屏特點：
?????? 優(yōu)點是屏和控制系統(tǒng)比較便宜，反應(yīng)靈敏度較好，是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來觸摸，使用壽命相對較長，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人數(shù)的使用。缺點是復(fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個觸摸屏而導(dǎo)致報廢。此外，觸摸屏抗干擾能力較差，一般無法識別誤動作，任何物體碰觸都會引起動作。
?????? （2）電容式觸摸屏構(gòu)成與原理
?????? 電容式觸摸屏由四層復(fù)合玻璃屏構(gòu)成，兩層玻璃屏的內(nèi)表面夾層各涂有一層ITO(透明導(dǎo)電膜玻璃)，最外層是一薄層矽土玻璃保護層,?四個角引出電極。電容屏是利用人體電流感應(yīng)進行工作，屏體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
?????? 當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，手指與觸摸屏導(dǎo)體層間形成一個耦合電容。對于高頻電流，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點吸走一很小電流。電流分別從觸摸屏四角電極流出，四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置信息。因此，電容式觸摸屏只需輕輕一摸就可以被系統(tǒng)識別到。
?? 電容式觸摸屏特點：
?????? 優(yōu)點是電容屏需要通過感知人體電流才能操作，對其它物體觸碰不會有響應(yīng)。因此，避免了誤觸可能。
?????? 電容屏的雙玻璃不但能保護導(dǎo)體及感應(yīng)器，還可以有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成的影響。與電阻屏相比，電容屏在防塵、防水、耐磨等方面有更好的表現(xiàn)。但是，盡管電容屏最外面的矽土保護玻璃防刮擦性很好，仍然應(yīng)避免指甲或硬物敲擊。?
?????? 缺點是精度不如電阻屏高，在小屏幕上還很難實現(xiàn)辨識比較復(fù)雜的手寫輸入。此外，易受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，甚至引起漂移。例如身體靠近屏幕或在擁擠人群中操作可能引起漂移。這是因為電容式觸摸屏是把人體當(dāng)作電容器元件的一個電極使用，盡管用戶手指距離屏幕更近，但屏幕附近物體的面積比手指大的多，于是會耦合出足夠量容值的電容，流走的電流引起電容屏動作，導(dǎo)致觸摸位置誤判。
?????? （3）紅外線式觸摸屏構(gòu)成與原理
?????? 紅外線觸摸屏結(jié)構(gòu)簡單，是在顯示器邊框上安裝光點距架框，在架框周邊排列若干紅外線發(fā)射管和接收管，加電后在屏幕表面形成一個不可見的橫豎交叉紅外線網(wǎng)。當(dāng)觸摸物體如手指進入紅外線網(wǎng)時，阻斷了該位置的紅外光束，智能控制系統(tǒng)將偵測到的光損失變化傳輸給控制系統(tǒng)，確認X軸和Y軸坐標(biāo)值，從而判斷出觸摸點在屏幕的位置。紅外線式觸摸屏屏體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
?? 紅外線式觸摸屏特點：
?????? 優(yōu)點是紅外線屏可以根據(jù)客戶要求選擇防暴玻璃，而不會增加太多成本和影響使用性能。不僅抗暴性好，由于屏幕表面不用涂層透光性也好，這是其它觸摸屏無法效仿的。??
?????? 由于紅外線屏不受電流、電壓和靜電干擾，因此，適宜工作在電場惡劣環(huán)境中。此外沒有電容充、放電過程，響應(yīng)速度比電容屏快。
????? ?缺點是紅外線屏對光照環(huán)境因素敏感，當(dāng)外界光線變化，如陽光、室內(nèi)射燈等可能會產(chǎn)生影響甚至造成誤判。但近年來抗干擾問題已獲得較好解決。
?????? 由于只是在普通屏幕增加了架框，在使用過程中架框四周紅外線發(fā)射管及接收管容易損壞，且不防水和怕污垢，任何觸摸物體都可遮擋觸摸點上的紅外線，造成觸摸屏誤操作。因此，不適宜置于戶外和公共場所使用。
?????? 紅外線屏的分辨率由框架中的紅外對管數(shù)目決定，只有紅外對管做得更小，才能制造出高分辨率觸摸屏。第五代紅外線觸摸屏已經(jīng)實現(xiàn)了1000×720高分辨率、多層次自調(diào)節(jié)和高度智能化判別識別的全新技術(shù)產(chǎn)品。并且可針對用戶定制擴充功能，如網(wǎng)絡(luò)控制、用戶軟件加密保護、紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。?yīng)該說紅外線屏是未來的發(fā)展趨勢。
?????? （4）表面聲波式觸摸屏構(gòu)成與原理
???????表面聲波式觸摸屏可以是平面、球面或柱面的玻璃平板，玻璃一般是純粹的強化玻璃，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，右上角固定了兩個相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏四個周邊刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。表面聲波式觸摸屏屏體結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。
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?????? 以X軸超聲波發(fā)射為例，發(fā)射器將控制器送來的電信號轉(zhuǎn)化為聲波能量，在屏體表面上由右向左傳播，與此同時屏體下邊的反射條紋又將聲波均勻的向上反射，屏體上邊的反射條紋再聚成向右的聲波傳給X軸接收換能器，將返回的聲波能量還原為電信號。
?????? X軸發(fā)射器發(fā)射的聲波能量，通過不同的途徑返回。在屏體表面最右邊的聲波最早被接收，最左邊的最晚接收。最遠的聲波比最近的多走了兩倍X軸最大距離(發(fā)射和返回)，早與晚接收到的聲波能量經(jīng)X軸接受換能后再次疊加成波形信號。觸摸屏在沒有被觸摸的時候，發(fā)射與接收的信號波形一樣。
?????? 當(dāng)手指或其它物體觸摸屏幕時，X軸途經(jīng)手指部位向上傳播的聲波能量被部分吸收，接收后經(jīng)換能的電信號波形與發(fā)出波形對比會有衰減缺口。?計算缺口位置即可確定觸摸屏X坐標(biāo)。手指觸摸屏幕示意圖如圖5所示。
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?????? 類似，Y軸同樣的過程可以判定觸摸點的Y坐標(biāo)。除了能確定觸摸屏的X、Y坐標(biāo)外，觸摸屏還能夠確定第三軸Z軸坐標(biāo)，也就是能感知手指觸摸壓力的大小。表面聲波式觸摸屏是三維搜索和判定，三軸一旦確定，就可確定手指位置。?
?????? 第三軸Z軸是壓力感知，觸摸的力度越大，吸收聲波越多，接收信號波形上衰減缺口越寬越深，控制器可據(jù)此產(chǎn)生相應(yīng)的模擬輸出，這是目前其它觸摸屏所不具備的。
??? 表面聲波式觸摸屏特點：
?????? 優(yōu)點是因為采用純玻璃光學(xué)性能好，清晰度和透光率最高，反光最少，無色彩失真。若選用強化玻璃可增加抗暴力性，適用于公共場所。
?????? 由于聲波是機械振動，不受電磁信號影響，因此，不怕電磁干憂，無漂移。因為觸摸屏控制器以每秒48次的速度搜索觸摸數(shù)據(jù)，因此，觸摸屏能夠識別塵土、水滴還是手指。如果三秒鐘內(nèi)“觸摸”?靜止不動，即自動識別為干擾物，不予理睬。
?????? 由于有第三軸Z軸的壓力感知，觸摸屏不僅可以判斷有、無觸摸兩個簡單狀態(tài)，而且具備模擬量檢測功能，通過檢測觸摸力度，實現(xiàn)對速度、流量、溫度等的改變。
?????? 缺點是表面聲波式觸摸屏表面的灰塵和水滴將阻擋表面聲波的傳遞，雖然控制器能分辨出來，但塵土積累到一定程度，信號會衰減得非常厲害。此時觸摸屏?xí)兊眠t鈍，甚至不能工作。因此，表面聲波觸摸屏一方面推出防塵型觸摸屏，一方面建議定期清潔觸摸屏表面。