觸摸屏技術(shù)的原理及應(yīng)用

摘 要 觸摸屏技術(shù)被認(rèn)為是未來人機(jī)交互科技的主流方向之一，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)品的應(yīng)用也正在成為一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。闡述了觸摸屏技術(shù)的基本原理，應(yīng)用場(chǎng)合及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 觸摸屏； 原理；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－489X（2006）11-0049-03

Technical Principle of the Touch Panel and Basic Application//Qu Haibo Chen Li

Abstract The touch panelisrecognized as one of the main currents in the future person and machine alternating technology. The application between related industry and its product also become a technique hot spot. This text expatiatesthe technical basic principle， application situation and developing trend.

Key words touch panel; principle; application; deveolping trend

Author’s address Weihai Vocational College，264200，Weihai，Shandong

觸摸屏（Touch Panel）技術(shù)產(chǎn)生于70年代，最先應(yīng)用于美國(guó)的軍事，此后，該項(xiàng)技術(shù)逐漸向民用移轉(zhuǎn)，并且隨著電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，新一代觸摸屏技術(shù)和產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，其堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)得到大眾的認(rèn)同。目前，這種最為輕松的人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)被推向眾多領(lǐng)域，除了應(yīng)用于個(gè)人便攜式信息產(chǎn)品之外，還廣泛應(yīng)用于家電、公共信息（如電子政務(wù)、銀行、醫(yī)院、電力等部門的業(yè)務(wù)查詢等）、電子游戲、通訊設(shè)備、辦公室自動(dòng)化設(shè)備、信息收集設(shè)備及工業(yè)設(shè)備等等。

觸摸屏技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用雖然只有十多年的時(shí)間，但是它已經(jīng)成了繼鍵盤、鼠標(biāo)、手寫板、語(yǔ)音輸入后最為普通百姓所易接受的計(jì)算機(jī)輸入方式。利用這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。這種技術(shù)極大方便了用戶，成為極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。

1 觸摸屏基本原理

觸摸屏的本質(zhì)是傳感器，它由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)送給CPU，同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。目前，根據(jù)傳感器的類型，觸摸屏大致被分為紅外線式、電阻式、表面聲波式和電容式觸摸屏四種。

1.1 紅外線式觸摸屏

紅外線式觸摸屏在顯示器的前面安裝一個(gè)電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對(duì)應(yīng)形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時(shí)，手指就會(huì)擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環(huán)境條件。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以在各檔次的計(jì)算機(jī)上應(yīng)用。

1.2 電阻式觸摸屏

電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，在強(qiáng)化玻璃表面分別涂上兩層OTI透明氧化金屬導(dǎo)電層。利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化。在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后傳送到觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y(cè)到這一接觸并計(jì)算出(X，Y)的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。電阻式觸摸屏不怕塵埃、水及污垢影響，能在惡劣環(huán)境下工作。但由于復(fù)合薄膜的外層采用塑膠材料，抗爆性較差，使用壽命受到一定影響。

1.3 表面聲波式觸摸屏

表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏的角上裝有超聲波換能器。能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長(zhǎng)，透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量，最適合公共場(chǎng)所使用。但塵埃、水及污垢會(huì)嚴(yán)重影響其性能，需要經(jīng)常維護(hù)，保持屏面的光潔。

1.4 電容式觸摸屏

這種觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的，在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)，當(dāng)有導(dǎo)電物體觸碰時(shí)，就會(huì)改變觸點(diǎn)的電容，從而可以探測(cè)出觸摸的位置。但用戴手套的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒有反應(yīng)，這是因?yàn)樵黾恿烁鼮榻^緣的介質(zhì)。電容觸摸屏能很好地感應(yīng)輕微及快速觸摸、防刮擦、不怕塵埃、水及污垢影響，適合惡劣環(huán)境下使用。但由于電容隨溫度、濕度或環(huán)境電場(chǎng)的不同而變化，故其穩(wěn)定性較差，分辨率低，易漂移。

2 觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用

如前所述，觸摸屏近來發(fā)展迅速，觸摸屏多媒體的演示系統(tǒng)以其色彩亮麗的畫面，豐富的多媒體表現(xiàn)形式，簡(jiǎn)便的使用操作，提供全方位的形象展示、業(yè)務(wù)咨詢、信息查詢、工業(yè)控制等功能。目前，觸摸屏已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，觸摸屏按用途分為查詢類觸摸屏和工業(yè)用觸摸屏這里擇幾個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域作一介紹： 2.1 工業(yè)用觸摸屏

工業(yè)用觸摸屏是觸摸式工業(yè)圖形顯示器的簡(jiǎn)稱，它是一種連接人類和機(jī)器（主要是PLC）的人機(jī)界面（國(guó)外稱為HMI），被稱為PLC的臉面。它是替代傳統(tǒng)控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器?？捎糜趨?shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示。以曲線，動(dòng)畫等形式描繪自動(dòng)化控制過程，并可簡(jiǎn)化PLC的控制程序。該類觸摸屏的主要作用是：監(jiān)視和控制。

2.2 商店付款系統(tǒng)

一些現(xiàn)代化商店的結(jié)算柜臺(tái)使用了計(jì)算機(jī)交互終端設(shè)備，顧客通過在觸摸屏上操作即可以打印出標(biāo)有貨物名稱、價(jià)格的付款單。商家在終端機(jī)上可以利用滿屏的視頻圖像進(jìn)行產(chǎn)品促銷，而顧客也可以根據(jù)自己的需要對(duì)商品進(jìn)行查詢。

2.3 入場(chǎng)券查詢預(yù)訂系統(tǒng)

使用觸摸屏入場(chǎng)券查詢預(yù)訂系統(tǒng)，可在屏幕上顯示出預(yù)訂的座位及該位置觀看比賽的效果，當(dāng)確定了座位之后，將信用卡放進(jìn)系統(tǒng)中即可以完成預(yù)訂過程。

2.4 視頻音樂點(diǎn)播機(jī)

視頻音樂點(diǎn)播機(jī)中儲(chǔ)存有多首帶畫面的歌曲、多首視頻音樂及卡拉OK歌曲，通過觸摸屏可以對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行選擇。有些視頻音樂點(diǎn)播機(jī)還有供選用游戲軟件，只需觸摸屏幕即可玩這些生動(dòng)有趣的游戲，如我國(guó)專業(yè)從事觸摸產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的成都吉銳觸摸電腦公司，其觸摸屏廣泛地應(yīng)用于歐美韓的賽馬、博彩、游戲機(jī)等游戲相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

2.5 金融交易系統(tǒng)

金融交易中，速度與準(zhǔn)確性是極為重要的兩個(gè)因素。觸摸屏的使用為用戶提供了輕松與迅速處理瞬息變化信息的手段，用戶根據(jù)顯示內(nèi)容做出判斷，并隨即點(diǎn)觸屏幕即可完成決策，因此，可以讓使用者集中精力交易。

2.6 公用信息查詢服務(wù)

這方面的應(yīng)用最為普遍，比如，a)房地產(chǎn)查詢和銷售：美國(guó)ERA公司設(shè)計(jì)的聯(lián)機(jī)房地產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)通過設(shè)在公共場(chǎng)所的觸摸屏信息臺(tái)把各種房地產(chǎn)信息提供給用戶，這就免除了購(gòu)房者跑腿之苦，同時(shí)也為房地產(chǎn)主提供了在全國(guó)范圍內(nèi)作廣告的機(jī)會(huì)。b) 郵電查詢與話費(fèi)查詢：郵電局和電話局也利用觸摸屏系統(tǒng)向公眾提供各類查詢，包括郵政業(yè)務(wù)查詢、電信業(yè)務(wù)查詢、郵編和長(zhǎng)途電話區(qū)號(hào)查詢、儲(chǔ)匯業(yè)務(wù)查詢等。例如，北京南區(qū)郵電局就采用了環(huán)星公司的觸摸屏查詢臺(tái)為公眾服務(wù)。c)售票與航運(yùn)服務(wù)等：例如，北京站售票廳的觸摸屏售票臺(tái)可讓用戶選擇車次、車廂類別、購(gòu)票張數(shù)、目的地、票價(jià)及查詢其他有關(guān)事項(xiàng)；日本東京成田機(jī)場(chǎng)的立柜式觸摸屏可讓乘客查看航班號(hào)、出港與飛抵時(shí)刻等。

2.7 觸摸屏在圖書館中的應(yīng)用

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一種叫超文本檢索的多媒體檢索系統(tǒng)已被開發(fā)應(yīng)用。這種超文本將單詞、句子、章節(jié)、文獻(xiàn)甚至圖像、音樂、錄像等基本信息單元存放在結(jié)點(diǎn)上，終點(diǎn)以層次鏈、交叉引用鏈、索引鏈等主動(dòng)鏈相聯(lián)系，構(gòu)成網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)。超文本的軟件系統(tǒng)包括正文編輯、圖形編輯、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、三維閱覽工具及映射顯示、鼠標(biāo)窗口、偶像和彈拉式菜單等標(biāo)準(zhǔn)超文本工具等，其特點(diǎn)是聯(lián)想式、非線性、鏈的網(wǎng)狀層次聯(lián)系，允許用戶以其認(rèn)可有意義的方式相聯(lián)，直接快速檢索到所需的信息。這個(gè)檢索系統(tǒng)在收藏內(nèi)容廣泛，多媒體文獻(xiàn)資源豐富的圖書館檢索領(lǐng)域中，可用于檢索人物、新聞、文檔、小說、版刻、書法、繪畫、生物、古生物等各種信息。不熟悉鍵盤操作的讀者可以利用觸摸屏直觀快速地查詢多媒體檢索臺(tái)，他們只須指頭一按觸摸屏上相關(guān)內(nèi)容，就可以立即查看到自己所需的文獻(xiàn)資料。

3 觸摸屏技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

觸摸屏技術(shù)方便了人們對(duì)計(jì)算機(jī)的操作使用，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入技術(shù)。世界各國(guó)對(duì)此普遍給予重視，并投入大量的人力物力進(jìn)行研發(fā)，新型觸摸屏不斷涌現(xiàn)。

1）觸摸筆：利用觸摸筆進(jìn)行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標(biāo)外，還具有利用觸摸筆簽名、標(biāo)記的功能，系統(tǒng)已做到了自動(dòng)辨認(rèn)。這種觸摸筆比早期只提供選擇菜單用的光筆功能大大增強(qiáng)。

2）觸摸板：觸摸板采用了壓感電容式觸摸技術(shù)，屏幕面積最大3m×4m，是一種壁掛式系統(tǒng)。觸摸板由三部分組成：最底層是中心傳感器，用于監(jiān)視觸摸板是否被觸摸，然后對(duì)信息進(jìn)行處理;中間層提供了交互用的圖形、文字等；最外層是觸摸表層，由強(qiáng)度很高的塑料材料構(gòu)成。當(dāng)手指點(diǎn)觸外層表面時(shí)，在千分之一秒內(nèi)就可以將此信息送到傳感器并進(jìn)行登錄處理。觸摸板與PC機(jī)兼容，它還具有亮度高、圖像清晰、易于交互等特點(diǎn)，因而被應(yīng)用于指點(diǎn)式信息查詢系統(tǒng)，收到了非常好的效果。