触摸屏技术及其性能分析

《装备制造技术》2010年第3期
随着计算机技术的发展，多媒体信息查询的普及，人们越来越多地关注触摸屏，触摸屏是一种附加在显示器表面的透明介质。

利用这种技术，用户只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字，就能实现对计算机的操作定位，摆脱了键盘和鼠标操作,从而简化了计算机输入方式，真正实现零距离操作。

触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，其赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

1基本原理及分类
触摸屏的本质就是传感器。

触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。

触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后传送到触摸屏控制器；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，并将其转换成触点坐标，再送给CPU，同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。

根据其工作原理和传输信息的介质，触摸屏可分为四大类：电阻式触摸屏，电容式触摸屏，红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。

1.1电阻式触摸屏
电阻式触摸屏是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃作为基层，表面涂有一层ITO透明导电层，上面盖有一层光滑防刮的塑料层作为保护层，在保护层的内表面涂有一层导电层（I-TO或镍金）。

在两导电层之间，有许多细小的透明隔离点绝缘，并在两层ITO工作面的边线上各涂有一条银胶，一端加5V电压，另一端接地，从而在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。

当手指触摸屏幕时，压力使两层导电层在接触点位置有了一个接触，控制器侦测到这个接触，立刻进行A/D转换，测量接触点的模拟量电压值，根据它和5V电压的比例公式，就能计算出触摸点的X轴和Y轴的坐标，这就是电阻式触摸屏的基本原理。

1.2电容式触摸屏
电容式触摸屏由一个模拟感应器和一个双向智能控制器组成。

模拟感应器是一块4层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO导电涂层，最外层是只有0.0015mm厚的矽土玻璃，形成坚实耐用的保护层。

夹层ITO涂层作为工作面，其各角上各引出一个电极，内层ITO作为屏蔽层，用以保证良好的工作环境。

触摸屏工作时，感应器边缘的电极产生分布的电压场，由于人体电场的存在，触摸屏幕时，手指和触摸屏的工作面之间就会形成一耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸走一个很小的电流，分别从触摸屏4个角上的电极中流出。

从理论上讲，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4个电流比例的精密计算，从而可以得出触摸点的位置。

1.3红外线式触摸屏
红外线式触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。

用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。

任何触摸物体都可改变触点上的红外线，而实现触摸屏操作。

1.4表面声波触摸屏
表面声波是一种在介质表面进行浅层传播的机械能量波，其性能稳定，在横波传递中具有非常尖锐的频率特性。

表面声波触摸屏的触摸部分是玻璃平板，安装的等离子显示器屏幕在前面，没有任何贴膜和覆盖层。

玻璃屏的左上角和右下角各固定竖直和水平方向的超声波发射换能器，在屏幕表面形成一个纵横交错的超声波栅格，右上角固定两个相应的超声波接收换能器。

当手指或其他柔性触摸笔接近屏幕表面时，手指或其他柔性触摸笔吸收了一部分声波能量，而控制器则侦测到接收信号在某一时刻上的衰减，由此可计算出触摸点的位置。

触摸屏技术及其性能分析
刘瑞
（天津机电职业技术学院，天津300131）
摘要：随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等优点，应用已越来越普遍，其相关产业及产品的应用也正在成为技术热点，针对上述实际状况，介绍了触摸屏有关的基本原理、技术特性、性能、特点及其发展趋势。

关键词：触摸屏；原理；技术特性；性能；特点；发展趋势
中图分类号：TP334文献标识码：B文章编号：1672-545X（2010）03-0069-02
收稿日期：2009-12-15
作者简介：刘瑞（1976—），男，天津人，助教，研究方向：电工电子及电气自动化方面的教学及研究。

2基本技术特性
2.1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，不仅要从其视觉效果来衡量，还应该包括透明度、色彩失真度、反光性和清晰度等4个特性。

2.2绝对坐标定位系统
触摸屏是一种绝对坐标系统，其特点就是当前定位坐标与上一次定位坐标没有关系，触摸屏在物理上是一套独立的坐标定位系统，每次触摸的数据通过校准，直接转化为屏幕上的坐标。

不管在什么情况下，触摸屏这套坐标体系对同一点的输出数据都是稳定的。

不过，它并不能保证每一次对同一点触摸的采样都相同，即不能保证绝对坐标定位，这就是所谓的漂移问题。

2.3检测触摸并定位
各种形式的触摸屏，都是依靠各自的传感器来检测触摸并定位的，也有的触摸屏本身就是一套传感器。

不同的定位原理及不同的传感器，决定了触摸屏不同的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

3性能及特点分析
3.1电阻式触摸屏
电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，比较适合工业控制领域使用。

缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料材料，太用力或使用锐器触摸，可能划伤触摸屏而导致报废。

（1）四线电阻触摸屏。

高解析度，高速传输反应；表面经硬度处理，防化学处理，具有光面及雾面处理；一次校正，稳定性高，永不漂移。

适用于有固定用户的公共场所，如工业控制现场、办公室、家庭等。

（2）五线电阻触摸屏。

解析度高，高速传输反应；表面硬度高，防化学处理，同点接触3000万次尚可使用；导电玻璃为基材的介质，一次校正，稳定性高，永不漂移，有高价位和对环境要求高的缺点。

适用于各类公共场所，尤其适用于要求精密的工业控制现场等。

3.2电容式触摸屏
电容式触摸屏的分辨率很高，透光率也不错，可以很好地满足各方面的要求，在公共场所常见的就是这种触摸屏。

不过，电容式触摸屏把人体当作电容器的一个电极使用，当有导体靠近并与夹层ITO工作面之间耦合出足够大的电容时，流走的电流就会引起电容式触摸屏的误动作；另外，电容触摸屏实际上是一套精密的漏电传感器，戴手套的手不能触摸，这是因为增加了更为绝缘的介质。

当环境温度、湿度或环境电场发生改变时，都会引起电容式触摸屏产生漂移现象，故其稳定性较差，造成不准确。

怕电磁场干扰、漂移，不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。

可使用于要求不太精密的公共信息查询；需要经常校准、定位。

3.3红外线式触摸屏
红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的，与触摸屏所选用的透明挡板的材料无关(有一些根本就没有使用任何挡板)。

因此，选用透光性能好的挡板，并加以抗反光处理，可以得到很好的视觉效果。

但是，受到红外线发射管体积的限制，不可能发射高密度的红外线，所以这种触摸屏的分辨率不高。

另外，由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作，外界光线变化，如阳光或室内灯等，均会影响其准确度。

红外线感应触摸屏分辨率较低，但不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件；适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。

3.4表面声波触摸屏
表面声波技术非常稳定，而且表面声波触摸屏的控制器，靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以其精度非常高，除了一般触摸屏都能响应的X和Y坐标外，还响应其独有的第三轴Z轴坐标，也就是压力轴响应，它是由接收信号衰减处的衰减量计算得到的。

有了这个功能，每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个数字开关状态，而是成为能感应力的一个模拟量开关。

压力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深，在所有的触摸屏中，只有表面声波触摸屏具有感知触摸压力的性能。

表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，清晰度较高（分辨率极高），透光率好，高度耐久，抗刮伤性良好，反应灵敏，寿命长，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，抗暴力性能好，最适合公共信息查询及办公室、机关单位及环境比较清洁的公共场所使用。

4技术发展趋势
触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术，因而受到各国的普遍重视，并投入大量的人力、物力对其进行研发，新型触摸屏不断涌现。

（1）触摸笔。

利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板，除显示界面、窗口、图标外，触摸笔还具有签名、标记的功能。

这种触摸笔比早期只提供选择菜单用的光笔功能大大增强。

（2）触摸板。

触摸板采用了压感电容式触摸技术，屏幕面积最大。

它由三部分组成：最底层是中心传感器，用于监视触摸板是否被触摸，然后对信息进行处理；中间层提供了交互用的图形、文字等；最外层是触摸表层，由强度很高的塑料材料构成。

当手指点触外层表面时，在1/1000s内就可以将此信息送到传感器，并进行登录处理。

除与PC兼容外，还具有亮度高、图像清晰、易于交互等特点，因而被应用于指点式信息查询系统（如电子公告板），收到了非常好的效果。

5结束语
触摸屏技术的发展趋势，具有专业化、多媒体化、立体化
（下转第76页）
和大屏幕化等特点。

随着信息社会的发展，人们需要获得各种各样公共信息，以触摸屏技术为交互窗口的公共信息传输系统，通过采用先进的计算机技术，运用文字、图像、音乐、解说、动画、录像等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给人们，给人们带来极大的方便。

我们相信，随着技术的迅速发展，触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要的作用。

参考文献：
[1]严盈富.触摸屏与PLC 入门[M].北京：人民邮电出版社，2006.[2]陈浩.案例解说PLC 、触摸屏及变频器综合应用[M].北京：中国电力出版社，2007.
[3]韩兵.触摸屏技术及应用[M].北京：
化学工业出版社，2008.[4]邢丽娟，杨世忠.触摸屏的性能及应用[J].今日电子，2006，（7）：71-73.
轨迹编辑优化功能、较强的插补功能、加工残余分析功能。

3与传统工艺的比较
高速切削加工与传统切削加工主要区别在于主轴转速、
进给速度和切削深度三个工艺参数的不同，高速切削加工采用快进给速度和小切削参数，而传统切削加工采用低进给速度和大切削参数。

过去模具的型腔加工是电火花加工（EDM ）一统天下，但近年来，除了窄缝、深槽以及很细的纹理必须使用EDM 以外，形状不太复杂的型腔及三维轮廓已采用高速切削进行加工，其加工效率要比EDM 高。

4结束语
模具制造主要是加工复杂的型腔曲面形状，并且模具材
料大多是高硬度、耐磨损的合金材料，加工难度大。

用传统加工方法加工不仅费时，而且表面质量也得不到保证。

高速切削加工能改善模具的尺寸、形状和表面粗糙度，减少甚至省去手工修磨，从而降低生产成本和缩短制造周期。

高速切削应用于模具制造业，将会大幅度提高模具产品的生产率和质量。

参考文献：
[1]黄毅宏，李明辉.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1999．[2]郭铁良，赵先仲，付建军，张世全.模具制造工艺学[M].北京：高等教育出版社，2002.
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Touch-screen Technology and It ’s Performance Analysis
LIU Rui
(Tianjin Electromechanical Vocational and Technical College,Tianjin 300131，China)
Abstract:With the use of computers as a growing source of information,touch screen with its easy to use,durable,fast response,saving space,easy to communicate the advantages of application in today's society more and more common.Related industries and their products,applications are emerging as a technology hot spot,this article describes the basic principle of the touch screen,technical characteristics,performance,characteristics and trends.
Key words:touch screen;principle;technical characteristics;performance and features;development trend
Application of High Speed Machining in the Modern Mould Manufacturing
LI Wei
(Jingchu University of Technology,Jingmen Hubei 448000,China)
Abstract:This paper describes the significance,features and key technologies of high speed machining,and describes the application of high speed machining in mould manufacturing by comparing the high speed machining with the traditional processing technology.Key words:mould manufacturing;high speed machining;processing。