触摸屏

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液晶显示装置
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发展
随着计算机技术的发展，计算机的输入方式由原来的纸带输入到键盘输入、到鼠标输入、再到触摸输入，共经历了四个阶段。这个过程是一个从专业到普及的过程，触摸屏技术让更多的人使用上了计算机。触摸屏是一种交互输入设备，用户只需用手指或光笔触摸屏的某位置即可控制计算机的运行。因此，触摸屏技术具有操作简单，使用灵活的特点。 
自1960年美国最早开启了研究触摸屏技术的大门，最先应用于美国的军事。1972年美国 PLATO（Programmed Logic for Automated Teaching Operations）项 目首先推出一款触摸屏，用于计算机辅助教学，随着触摸屏的技术 越来越进步，其应用也越来越广泛，银行、车站、学校处处可见其身影，中国已经成为触摸屏最为广泛的使用者。 
随着电子技术、网络技术的发展和互联网应用的普及，新一代触摸屏技术和产品相继出现，其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点得到大众的认同。 
渐渐地，这种最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域，除了应用于个人便携式信息产品之外，还广泛应用于家电、公共信息（如电子政务、银行、医院、电力等部门的业务查询等）、电子游戏、通讯设备、办公室自动化设备、信息收集设备及工业设备等等。触摸屏技术在我国的应用虽然只有十多年的时间，但是它已经成了继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。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主机操作，从而使人机交互更为直截了当。这种技术极大方便了用户，成为极富吸引力的全新多媒体交互设备。 
基本原理
触摸屏技术是继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。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主机操作，从而使人机交互更为直截了当。这种技术极大方便了用户，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。 
触摸屏的本质是传感器，它由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置接收触摸信息，并将它转换成触点坐标送给CPU，同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 
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，再将该处的信息传送给触摸屏控制器；触摸屏控制 器的主要作用是接收来自触摸点检测装置的触摸信息，并将它转换成触点坐标，判断出触摸的意义后送给 PLC，它同时能 接收 PLC发来的命令并加以执行，例如动态地显示开关量和模拟量。 
分类
根据传感器的类型，触摸屏大致被分为红外线式、电阻式、表面声波式和电容式触摸屏四种。 
红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变得迟钝，甚至不工作。 
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。 
红外线式触摸屏特点
红外式触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适合某些恶劣的环境条件。其主要优点是价格低廉，安装方便，不要卡或任何其他控制器，可以用在各种档次上的计算机。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。 
电阻式触摸屏
电阻屏最外层一般使用的是软屏，通过按压使内触点上下相连。内层装有物理材料氧化金属，即N型氧化物半导体——氧化铟锡（IndiumTinOxides，ITO），也叫氧化铟，透光率为80%，上下各一层，中间隔开。ITO是电阻触摸屏及电容触摸屏都用到的主要材料，它们的工作面就是ITO涂层，用指尖或任何物体按压外层，使表面膜内凹变形，让内两层ITO相碰导电从而定位到按压点的坐标来实现操控。根据屏的引出线数，又分有4线、5线及多线。一般是不能多点触控，即只能支持单点，若同时按压两个或两个以上的触点，是不能被识别和找到精确坐标的。在电阻屏上要将一幅图片放大，就只能多次点击“+”，使图片逐步进阶式放大，这就是电阻屏的基本技术原理。 
电阻式触摸屏特点
电阻式触摸屏不怕尘埃、水及污垢影响，能在恶劣环境下工作。但并且由于经常被触动，表层 ITO使用一段时间后会出现细小的裂纹，甚至变形，因此其寿命并不长久。 
门槛低，成本相对价廉，优点是不受灰尘、温度、湿度的影响。缺点也很明显，外层屏膜很容易刮花，不能使用尖锐的物体点触屏面。电阻式触摸屏利用压力感应进行控制，它的表层是一层塑胶，底层是一层玻璃，能承受恶劣环境因素的干扰，但手感和透光性较差，适合佩带手套和不能用手直接触摸的场合。 
表面声波式触摸屏
表面声波是超声波的一种，它是在介质（例如玻璃）表面 进行浅层传播的机械能量波。表面声波性能稳定、易于分析， 并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或柱面的玻璃平 板, 安装在 CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，没有任何贴膜和覆盖层。 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， 玻璃屏的四边刻有由疏到密间隔非常精密的 45 度角反射条纹。在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指触摸屏幕时，手指吸收了一部分声波能量，控制器 侦测到接收信号在某一时刻的衰减，由此可以计算出触摸点 的位置。除了一般触摸屏都能响应的 x、y 坐标外,表面声波触摸屏的突出特点是它能感知第三轴（z 轴）坐标, 也就是能感知用户触摸压力的大小值,其原理是由接收信号衰减处的衰减 量计算得到。三轴一旦确定,控制器就把它们传给主机。 
表面声波式触摸屏特点
表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，具有防刮性，寿命长( 维护良好情况下达 5000 万次) ，透光率和清晰度高,没有色彩失真和漂移, 安装后无需再进行校准，有极好的防刮性，能承受各种粗暴的触摸，最适合公共场所使用。 
但尘埃、水及污垢会严重影响其性能，需要经常维护，保持屏面的光洁。 
电容式触摸屏
这种触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的，在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质，当有导电物体触碰时，就会改变触点的电容，从而可以探测出触摸的位置。但用戴手套的手或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为增加了更为绝缘的介质。 
电容触摸屏能很好地感应轻微及快速触摸、防刮擦、不怕尘埃、水及污垢影响，适合恶劣环境下使用。 
电容屏主要的缺点是漂移: 当环境温度、湿度改变, 环境电场发生改变时, 会引起电容式触摸屏的漂移, 造成不准确。 
技术特性
从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对坐标定位系统，首先它必须保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、电梯开关，它们都不是触摸屏；其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统，我们可以注意到，触摸屏软件都不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位的设备用的，相对定位的设备要移动到一个地方首先要知道身在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要；再其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置。 
透明特性
透明，它直接影响到触摸屏的视觉效果。透明有透明的程度问题，红外线技术触摸屏和表面声波触摸屏只隔了一层纯玻璃，透明可算佼佼者，其它触摸屏这点就要好好推敲一番，“透明”，在触摸屏行业里，只是个非常泛泛的概念，很多触摸屏是多层的复合薄膜，仅用透明一点来概括它的视觉效果是不够的，它应该至少包括四个特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，还能再分，比如反光程度包括镜面反光程度和衍射反光程度，只不过触摸屏表面衍射反光还没到达CD 盘的程度，对用户而言，这四个度量已经基本够了。 
由于透光性与波长曲线图的存在，通过触摸屏看到的图象不可避免的与原图象产生了色彩失真，静态的图象感觉还只是色彩的失真，动态的多媒体图象感觉就不是很舒服了，色彩失真度也就是图的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所说的透明度也只能是图的平均透明度，当然是越高越好。 
反光特性
反光性，主要是指由于镜面反射造成图像重叠身后的光影，如人影、窗户、灯光等。反光是触摸屏带来的负面效果，越小越好，它影响用户的浏览速度，严重时甚至无法辨认图像字符，反光性强的触摸屏使用环境受到限制，现场的灯光布置也被迫需要调整。大多数存在反光问题的触摸屏都提供另外一种经过表面处理的型号：磨砂面触摸屏，也叫防眩型，价格略高一些，防眩型反光性明显下降，适用于采光非常充足的大厅或展览场所，不过，防眩型的透光性和清晰度也随之有较大幅度的下降。清晰度，有些触摸屏加装之后，字迹模糊，图像细节模糊，整个屏幕显得模模糊糊，看不太清楚，这就是清晰度太差。清晰度的问题主要是多层薄膜结构的触摸屏，由于薄膜层之间光反复与反射折射而造成的，此外防眩型触摸屏由于表面磨砂也造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲劳，对眼睛也有一定伤害，选购触摸屏时要注意判别。 
绝对坐标
触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点那，与鼠标这类相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。绝对坐标系的特点是每一次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数据转为屏幕上的坐标，这样，就要求触摸屏这套坐标不管在什么情况下，同一点的输出数据是稳定的，如果不稳定，那么这触摸屏就不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。技术原理上凡是不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的触摸屏，都有漂移这个问题，目前有漂移现象的只有电容触摸屏。 
检测定位
检测触摸并定位，各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。 
主要特点
触摸屏具有方便直观、图像清晰、坚固耐用和节省空间等优点，使用者只要用手轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作和查询，摆脱了键盘和鼠标操作，从而大大提高了计算机的可操作性和安全性，使人机交互更为直接。 
操作简便
只需要手指轻触电脑屏幕上的有关按钮，便可以进入信息界面，有关信息可以包括文字、动画、音乐、录像、游戏等。 
界面友好
顾客无需了解电脑的专业知识，便可以清楚明白电脑屏幕上的所有信息、提示、指令，其界面适合各层次、各年龄的广大客户。 
信息丰富
信息存储量几乎不受限制，任何复杂的数据信息都可以纳入多媒体系统，而且信息种类丰富，可以达到视听皆备、多变的展示效果。 
响应迅速
系统采用尖端技术，对大容量数据查询，响应速度很快。 
安全可靠
长时间连续运行，对系统无任何影响，系统稳定可靠，正常操作不会出错、死机；维护容易，系统包括一个与演示系统界面完全相同的管理维护系统，可以方便地对数据内容进行增减、删改等管理操作。 
扩充性好
具有良好的扩充性，可随时增加系统内容和数据。 
动态联网
系统可以根据用户需要，建立各种网络连接。 
主要应用
随着多媒体信息查询设备的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为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，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。 
触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；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；此外应用于领导办公、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。 
商店付款
现在商店的结算柜台使用了计算机交互终端设备。顾客通过操作触摸屏即可能打印出标有货物名称、价格的付款单。在终端机上可以利用满屏的视频图像进行产品促销，顾客根据自己的需要可以对商品进行查询。 
入场券查询预订
使用触摸屏入场券查询预订系统，可在屏幕上显示出预订的座位及该位置观看比赛的效果，当确定了座位之后，将信用卡放进系统中即可以完成预订过程。 
视频音乐点播机
视频音乐点播机中储存有多首带画面的歌曲、多首视频音乐及卡拉OK歌曲，通过触摸屏可以对这些内容进行选择。有些视频音乐点播机还有供选用游戏软件，只需触摸屏幕即可玩这些生动有趣的游戏。 
金融交易
在金融交易中，速度与准确性是极为重要的两个因素。触摸屏的使用为用户提供了轻松与迅速处理瞬息变化的信息的手段，用户根据显示内容做出判断，并随即点触屏幕即可完成决策，因此，可以让使用者集中精力交易。 
公用信息查询服务
（1）房地产查询和销售美国ERA公司设计的联机房地产信息网络通过设在公共场所的触摸屏信息台把各种房地产信息提供给用户，这就免除了购房者跑腿之苦，同时也为房地产主提供了在全国范围内作广告的机会。 
（2）邮电查询与话费查询邮电局和电话局也利用触摸屏系统向公众提供各类查询，包括邮政业务查询、电信业务查询、邮编和长途电话区号查询、储汇业务查询等。例如，北京南区邮电局就采用了环星公司的触摸屏查询台为公众服务。 
（3）售票与航运服务等。例如，北京站售票厅的触摸屏售票台可让用户选择车次、车厢类别、购票张数、目的地。 
常见问题
触摸屏大多放置于公共场所中使用，由于环境、人为操作等原因，在使用过程中往往会出现一些问题，具体如下。 
1、使用一段时间后触摸无反应
（1）电容屏设备在长期使用过程中，屏上及内部控制电路由于静电的积累，整台设备布满了静电，如果接地性欠佳，会影响到屏的正常工作，导致触摸屏有严重的偏差甚至失效。此时，关闭设备的电源，用导线将屏的内、外部接地放电，消除大量的静电，再打开设备电源重新启动即可。 
（2）声波触摸屏在工作中，由于表面灰尘积累过多，如果不经常擦拭，就会或多或少地阻挡一些声波的接收和反射，也会造成屏的灵敏度下降，导致使用不正常。关机后，可以用干净的纸巾或名片轻轻地将屏表面和四周的灰尘掸去，再重新启动机器，一般便可正常工作。 
2、与硬件相关的问题触摸屏
一般用串口进行信号的传输，从PS2/端口取工作信号，如果指示灯不亮，说明没有取到信号或控制盒上的PS2/线可能坏了。如果串口损坏或被禁用，将导致驱动程序无法安装，可更换接口或引线。如果屏幕被挤压有轻微变形，是因为触摸区域被显示器外壳或机柜外壳压住了，会导致无法定位，触摸屏光标一直在显示器4边的某一点上，可以请专业人员教正显示器外壳边框或将机柜和显示器屏幕之间的距离调大一点来处理。 
3、其他相关的问题
触摸屏光标只在一小区域内移动或触摸屏点不准，要运行触摸屏校准程序，在改变显示器分辨率后发现触摸屏有些区域根本不能点触，则可能是触摸屏坏了，请更换触摸屏。 
日常维护
在使用触摸屏时，由于技术上的局限性和环境适应能力较差，尤其是表面声波屏。屏幕上会由于水滴、灰尘等污染而无法正常使用，所以触摸屏幕也同普通机器一样需要定期保养维护。并且由于触摸屏是多种电器设备高度集成的触控一体机。所以在使用和维护时应养成良好的习惯，注意一些日常问题。 
（1）每天在开机之前，用干布擦拭屏幕。 
（2）水滴或饮料落在屏幕上，会使软件停止反应，这是由于水滴和手指具有相似的特性，需把水滴擦去。 
（3）触摸屏控制器能自动判断灰尘，但积尘太多会降低触摸屏的敏感性，只需用干布把屏幕擦拭干净。 
（4）应用玻璃清洁剂清洗触摸屏上的脏指印和油污。 
（5）应选择足够应用程序使用的最简单的防鼠标模式，因为复杂的模式需要牺牲延时和系统资源。 
（6）纯净的触摸屏程序是不需要鼠标光标的，光标只会使用户注意力不集中。 
（7）严格按规程开、关电源。 
未来发展趋势
目前触摸屏技术的发展呈以下几个趋势：
1. 屏幕的柔性将更好、清晰度将进一步提高
人们对于触摸屏的要求越来越高，从低分辨率到高分辨率，从 透光性差到透光性良好。美国E-Ink公司在触摸屏行业中一直处于 “领头羊”位置，其研发的电子纸作为新型的触摸屏材料，为许多研究机构所青睐。 电子纸技术包括三个方面，即胆固醇液晶显示技术、电泳显示技术和电润湿显示技术。电子纸所用的材料为电子墨水（E-ink），许多 微胶囊悬浮于电子墨水中，这些微胶囊的直径大约在10-4米宽，在1平方英寸内，其数量可达10万个。微胶囊的内部是由染料和颜料芯片的混合物构成，当它们通电时会发生相应变化。 由于电子纸柔性良好、耗电极低，许多公司也在致力于这方面的研发和生产，如柯达、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、广州奥示等等。 人们把电子纸技术应用于电子报纸、电子书、电子表等等领域 
，使用户越来越体会到电子产品的便携性和趣味性。
2. 屏幕材料的发展日新月异
电阻触摸屏和电容触摸屏中均会用到ITO材料，这种传统材料 渐渐被金属网格、纳米银丝、碳纳米管、导电高分子、石墨烯等材 料替代 
，其中金属网格和纳米银丝的导电性都优于 ITO，因此为人们提供更多的选择。
3. 多点触摸技术
多点触摸是触摸屏的另一个发展方向。大家所熟悉的手机图片放大与缩小，便可以利用两点触摸来实现。目前主要有以下几种 多点触摸技术，Jefferson Han于2006年提出受抑全内反射多点触摸技术，这种技术利用光的全反射原理，将红外光保存于亚克力板之 中，如果屏幕的表面发生变化，则红外光也随之变化，形成触摸点；散射光照明多点触摸 技术由微软公司研发，将光线均匀分布于玻璃屏幕表面，当手指触摸屏幕使光线发生变化，由此得知触摸点的位置；激光平面照明、 散射光平面照明、发光二极管平面多点触摸技术是三种利用不同光 线来形成触摸屏的表面，其原理与前两种类似，不再赘述。
目前多点触摸屏最多可达到500点同时被触碰，这对于处理器的速度和精度提出了很高的要求，因此造价比较昂贵。多点触摸应用非常广泛，在学校、医院、工厂中处处都有用武之地，随着技术壁垒被打破，价格也将会越来越人性化。