【電子基礎】觸摸屏原理·驅動基礎

觸摸屏概述


——》觸摸屏並不是人們日常所見的立方體屏幕,它只是覆蓋在顯示屏表面的一層薄片,其工作原理比較簡單,當有觸摸筆或其他物體接觸到觸摸屏時,系統會根據觸摸筆點擊的圖標或按鍵來接收信息,並作出一些人爲設計的響應動作,從而實現人機交互功能。它的主要目的提供方便的人機交互功能,降低智能設備的操作難度,擴大用戶羣。


——》觸摸屏的分類:根據觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質,常用的觸摸屏主要分爲 4種

    • 電阻式

    • 表面聲波式

    • 電容感應式

    • 紅外線式



電阻技術觸摸屏


——》電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常匹配的電阻薄膜屏,這是一種多層的複合蔳膜。它以一層玻璃或有機玻璃甚至硬塑料平板作爲基層,表面塗有一層透明氧化金屬ITO氧化銦,透明的導電電阻)導電層,最上面還有一層經過硬化處理,光滑防擦的塑料外表面,其內表面也塗有 ITO氧化銦。


——》兩個 ITO氧化銦塗層之間有許多細小的間隔點將導電層隔離,從而起到絕緣的效果。當觸摸筆或其他物體接觸到觸摸屏時,兩個導電層在觸摸點位置就會閉合導電,如圖



——》當用戶用手或觸摸筆按下觸摸屏時,平常相互絕緣的兩層導電電層就在觸摸點位置有了一個閉合點。因爲其中一個導電層接通了 Y軸方向的 5V均勻電場,使得偵測層的電壓由 0變成非 0。


——》當控制器檢測到這個變化後,對取得的模擬電壓信號進行 A/D轉換,將得到的電壓值與 5V相比即可算出接觸點的 Y軸座標,同理也可以算出接觸點的 X軸的座標。之後,觸摸屏程序就可以模擬鼠標的方式進行後臺動作。實際上,這也是所有電阻式技術觸摸屏的基本原理。


——》電阻式觸摸屏不怕灰塵、水汽和油污,防止電磁輻射;一次校正,穩定性高,永不漂移。




表面聲波技術觸摸屏


——》表面聲波技術是利用聲波在物體的表面進行傳輸,當有物體觸摸到表面進,接觸點將阻礙聲波的傳輸,控制器同樣可以檢測到這個變化並反映給處理器,隨後程序再根據處理的結果在後臺模擬鼠標的動作。


——》表面聲波式觸摸屏需要經常維護,任何灰塵、油污、甚至飲料的液體玷污在觸摸屏的表面,都會阻塞觸摸屏表面的導波槽,使波不能正常發射或是波形改變,從而導致控制器無法正解識別導波信號,進而影響觸摸屏的正常工作。


——》使用表面聲波式觸摸屏的用戶必須嚴格注意環境衛生,經常擦拭觸摸屏的表面,保持屏面的光潔,並定期給觸摸屏做全面清理。因此,該種觸摸屏對環境的要求較高,需要細心維護,並不適合移動多媒體終端。



電容電感技術觸摸屏


——》電容電感式觸摸屏利用人體的電流感應工作。電容式觸摸屏是一塊 4層複合玻璃屏,玻璃nu工的內表面和夾層各塗有一層 ITO,最外層是一薄層汐土玻璃保護層,夾層 ITO塗層作爲工作面,4個角上引出 4個電極,內層 ITO爲屏蔽層以保證良好的工作環境。


——》當用戶按下觸摸屏某點時,由於人體的電場,觸摸屏表面和用戶之間會形成一個耦合電容。對高頻電流來說,電容是導體,那麼手指會從接觸點吸收少量電流,這個電流從觸摸屏 4角的電極流出,電流的大小與手指到 4角的距離成正比。控制器根據 4個電流的比例,經過精確計算可以得出觸摸點的位置。


——》電容電感觸摸屏有以下特點

    • 對環境污染物有一定的抵抗性

    • 當人體變成了線路的一部分,漂移現象較嚴重

    • 需要校準

    • 不適於金屬機櫃

    • 當有外界電感和磁感時,觸摸屏失效



紅外線技術觸摸屏


——》紅外線技術觸摸屏是利用 X、Y方向上密佈的紅外線矩陣來檢測和定位用戶的觸摸動作。紅外線觸摸屏在顯示器的前面安裝一個電路板外框,電路板在屏幕四邊排布紅外發射器和紅外接收器,兩者一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。


——》當用戶按下觸摸屏某點時,手指會擋住經過該點位置的橫豎兩條紅外線。因此,控制器就可以通過計算判斷出接觸點在觸摸屏中的位置。實際上,任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現控屏操作。


——》紅外線觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾,適宜惡劣的環境條件。可見,紅外線技術是觸摸屏產生髮展的最終趨勢。採用聲學和其他材料學技術的觸摸屏都有其難以克服的物理難關,如單一傳感器的受損、老化,觸摸界面怕受污染、破壞性使用,維護繁雜等問題。


——》紅外線觸摸屏對光照環境因素比較敏感,在光照變化較大時會產生誤判甚至可能死機。使用最新技術的紅外線觸摸屏的分辨率取決於紅外對管數目、掃描頻率以及差值算法。至於紅外屏在光照條件下的穩定性,從第二代紅外觸摸屏開始,就已經較好地克服了抗光干擾這個弱點。



觸摸屏清晰度


——》清晰度是指屏幕顯示圖像或者字符的清晰程度。有些觸摸屏加裝之後,字跡模糊,圖像細節模糊,整個屏幕看不太清楚,這就是清晰度太差。清晰度的問題主要是多層薄膜結構的觸摸屏,由於薄膜層之間的光反覆反射、折射造成的。



觸摸屏檢測和定位


——》觸摸屏的檢測和定位的依靠各自的傳感器來工作的,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速度、可靠性、穩定性和壽命。


——》觸摸屏的傳感器方式還決定了該觸摸屏如何識別多點觸摸的問題。換句話說,如果超過一點同時觸摸該觸摸屏,系統應該如何處理?有人觸摸時接着旁邊又有人觸摸該如何處理?其實這是觸摸屏使用過程中的經常出現的問題,比較恰當的方法是:系統超過一點的同時觸摸不做處理,一直等待到多點消失;有人觸摸接着又有人觸摸,系統可以看成再次觸摸分先後進行處理。



電阻式觸摸屏的電路原理


——》在嵌入式系統中,很多 LCD模塊都採用電阻式觸摸屏。簡單地說,這些觸摸屏等效於將物理位置轉換爲代表(X、Y)座標電壓值的傳感器。



——》所有的電阻式觸摸屏都採用分壓器原理來產生代表 X座標和 Y座標的電壓。分壓器是通過將兩個電阻進行串聯來實現的。上面的電阻 R1連接正參考電壓 Vcc,下面的電阻 R2接地。兩個電阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。


——》爲了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個座標,需要對一個阻性層進行偏置:將它的一邊接 VREF,另一邊接地。同時,將未偏置的那一層連接到一個 ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大,使兩層之間發生接觸時,電阻性表面被分隔爲兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊之間的電阻相當於分壓器中下面的那個電阻。因此,在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。



電阻式觸摸屏原點的定位


——》電阻式觸摸屏是通過電壓的變化範圍來判定按下觸摸屏的位置,所以,其原點就是觸摸屏 X電阻面和 Y電阻面接通產生最小電壓處。隨着電阻的增大,A/D轉換所產生數值不斷增加,從而形成座標範圍,A/D測量縱座標的原理如圖所示


——》ADC與觸屏接口功能方框圖



——》觸摸屏和處理接口的電路連接



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