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传感器在触摸屏中的应用
摘要：
随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏。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。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。
关键词：触摸屏、传感器
一．触摸屏的发展
Samuel C. Hurst博士在1971年提出了电子触摸界面的设想，至1974开始出现最早的触摸屏。早期的相关专利几乎无一例外都着眼于检测压力的电阻式技术。渐渐地，诸如电容式、声表面波技术还有红外波束遮断等其它技术都在各自适合的应用中找到了一席之地。 对于成本敏感的消费类应用，尤其是使用小型触摸屏的便携式设备，电阻式触摸屏仍占统治地位。声表面以及红外型触摸屏用于这些场合明显太过昂贵，而传统的电容式技术又备受长期稳定性不佳、易受潮湿侵蚀、不耐磨损以及由于EMC(电磁兼容)或其它外界因素导致的误动作等一系列缺点的困扰。但电阻式触摸屏也有其局限性，而且电容式技术也在不断进步，特别是那些以电荷转移感测方法为基础的技术，将会给电子及电气产品设计师实现触摸屏的方式带来巨大的变化。
二．触摸屏的分类
目前，根据触摸检测技术（即使用传感器原理）的不同，可将触摸屏分为四个基本种类：电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。 1.电阻式触摸屏
电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层（OTI，氧化铟），上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层OTI，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指接触屏幕，两层OTI导电层出现一个接触点，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是电阻技术触摸屏共同的最基本原理。
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2.电容式触摸屏
电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。
电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。
3.红外技术触摸屏
外线触摸屏原理很简单，只是在显示器上加上光点距架框，无需在屏幕表面加上涂层或接驳控制器。光点距架框的四边排列了红外线发射管及接收管，在屏幕表面形成一个红外线网。用户以手指触摸屏幕某一点，便会挡住经过该位置的横竖两条红外线，计算机便可即时算出触摸点位置。
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4.表面声波技术触摸屏
声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。
三．触摸屏发展的展望
在2009年9月23日的爱特梅尔公司（Atmel Corporation）maxTouch技术简报会上，爱特梅尔亚太区销售副总裁余养佳指出：\受苹果公司iPhone手机的强力影响，灵敏度更高和使用体验更好的电容性触摸屏将压倒今天主流的电阻性触摸屏成为未来手机和其它便携式设备市场的应用大趋势，尽管今天电阻性触摸屏解决方案比较便宜，但它无法像电容性触摸屏那样提供流畅的手指滑动响应性能。预计明年90%的智能手机将采用电容性触摸屏，强调低价格的多功能手机(Feature Phone)明年上半年预计也将有30%采用电容性触摸屏，这一市场份额有可能到明年下半年扩大到50%。“
目前，各种触摸屏技术的竞争格局是：中小尺寸领域电阻式和电容式主导，大尺寸领域各种技术并存。但从长期发展趋势来看，电阻式触摸屏由于在使用寿命和透光率上存在先天不足，未来被其他技术取代是必然的。而投射式电容性能和品质都明显好于电阻式，目前技术也较成熟，更重要的是它还有技术改进的空间，而且成本下降空间也很大，甚至有可能比电阻式更低。因此，电容式触摸屏将在未来触摸屏的发展中占主导地位。
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触摸未来：投射电容式触摸屏引领新市场
1 电容触摸屏
主要有两种类型的触摸屏采用电容传感作为主要输入方法：表面式电容和投射式电容。表面电容触摸屏采用一层铟锡氧化物（ITO），外围至少有四个电极。当一个接地的物体靠近时，例如手指，这些电极能够感应表面电容的变化。3M 微触公司（3MMicro- Touch）作为该技术的最主要供应商之一，这种方法很长一段时间被用在信息亭触摸屏上。
但是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一个手指或者一次触摸。另外，考虑到电极的尺寸，对于小尺寸屏幕（如那些用在手持式平台上的屏幕）是不切实际的。
传感器利用触摸屏电极发射出的静电场线称为投射电容式触摸屏。一般用于投射电容传感技术的电容类型有两种：自我电容和交互电容。
自我电容又称绝对电容，是最广为采用的一种方法。它把被感觉的物体作为电容的另一个极板。该物体在传感电极和被传感电极之间感应出电荷，从而被感觉到。所测量的电荷存储在结果电容耦合中。图2 表示了上述原则是如何工作的。
交互电容又叫做跨越电容，它是通过相邻电极的耦合产生的电容。当被感觉物体靠近从一个电极到另一个电极的电场线时，交互电容的改变被感觉到，从而报告出位置。在汽车应用中交互电容传感器上采用新奇的金刚石模式。X轴方向的传感器形成一层，Y轴方向的传感器形成另外一层，然后加上接地层或者保护层来完成，如图3 所示。
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