觸摸屏技術的原理及應用

摘 要 觸摸屏技術被認為是未來人機交互科技的主流方向之一，相關的產業及其產品的應用也正在成為一個技術熱點。闡述了觸摸屏技術的基本原理，應用場合及發展趨勢。

關鍵詞 觸摸屏； 原理；應用；發展趨勢

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A文章編號：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）技術產生于70年代，最先應用于美國的軍事，此后，該項技術逐漸向民用移轉，并且隨著電子技術、網絡技術的發展和互聯網應用的普及，新一代觸摸屏技術和產品相繼出現，其堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點得到大眾的認同。目前，這種最為輕松的人機交互技術已經被推向眾多領域，除了應用于個人便攜式信息產品之外，還廣泛應用于家電、公共信息（如電子政務、銀行、醫院、電力等部門的業務查詢等）、電子游戲、通訊設備、辦公室自動化設備、信息收集設備及工業設備等等。

觸摸屏技術在我國的應用雖然只有十多年的時間，但是它已經成了繼鍵盤、鼠標、手寫板、語音輸入后最為普通百姓所易接受的計算機輸入方式。利用這種技術，用戶只要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現對主機操作，從而使人機交互更為直截了當。這種技術極大方便了用戶，成為極富吸引力的全新多媒體交互設備。

1 觸摸屏基本原理

觸摸屏的本質是傳感器，它由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，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檢測裝置接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標送給CPU，同時能接收CPU發來的命令并加以執行。目前，根據傳感器的類型，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電路板外框，電路板在屏幕四邊排布紅外發射管和紅外接收管，一一對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。用戶在觸摸屏幕時，手指就會擋住經過該位置的橫豎兩條紅外線，因而可以判斷出觸摸點在屏幕的位置。任何觸摸物體都可改變觸點上的紅外線而實現觸摸屏操作。紅外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜某些惡劣的環境條件。其主要優點是價格低廉、安裝方便、不需要卡或其它任何控制器，可以在各檔次的計算機上應用。

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，在強化玻璃表面分別涂上兩層OTI透明氧化金屬導電層。利用壓力感應進行控制。當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發生變化。在X和Y兩個方向上產生信號，然后傳送到觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出(X，Y)的位置，再根據模擬鼠標的方式運作。電阻式觸摸屏不怕塵埃、水及污垢影響，能在惡劣環境下工作。但由于復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表面傳播的機械波。該種觸摸屏的角上裝有超聲波換能器。能發送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當手指觸及屏幕時，觸點上的聲波即被阻止，由此確定坐標位置。表面聲波觸摸屏不受溫度、濕度等環境因素影響，分辨率極高，有極好的防刮性，壽命長，透光率高，能保持清晰透亮的圖像質量，最適合公共場所使用。但塵埃、水及污垢會嚴重影響其性能，需要經常維護，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進行工作的，在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導電物質，當有導電物體觸碰時，就會改變觸點的電容，從而可以探測出觸摸的位置。但用戴手套的手或手持不導電的物體觸摸時沒有反應，這是因為增加了更為絕緣的介質。電容觸摸屏能很好地感應輕微及快速觸摸、防刮擦、不怕塵埃、水及污垢影響，適合惡劣環境下使用。但由于電容隨溫度、濕度或環境電場的不同而變化，故其穩定性較差，分辨率低，易漂移。

2 觸摸屏技術的應用

如前所述，觸摸屏近來發展迅速，觸摸屏多媒體的演示系統以其色彩亮麗的畫面，豐富的多媒體表現形式，簡便的使用操作，提供全方位的形象展示、業務咨詢、信息查詢、工業控制等功能。目前，觸摸屏已經廣泛地應用于各個領域，觸摸屏按用途分為查詢類觸摸屏和工業用觸摸屏這里擇幾個主要的應用領域作一介紹： 2.1 工業用觸摸屏

工業用觸摸屏是觸摸式工業圖形顯示器的簡稱，它是一種連接人類和機器（主要是PLC）的人機界面（國外稱為HMI），被稱為PLC的臉面。它是替代傳統控制面板和鍵盤的智能化操作顯示器。可用于參數設置和數據顯示。以曲線，動畫等形式描繪自動化控制過程，并可簡化PLC的控制程序。該類觸摸屏的主要作用是：監視和控制。

2.2 商店付款系統

一些現代化商店的結算柜臺使用了計算機交互終端設備，顧客通過在觸摸屏上操作即可以打印出標有貨物名稱、價格的付款單。商家在終端機上可以利用滿屏的視頻圖像進行產品促銷，而顧客也可以根據自己的需要對商品進行查詢。

2.3 入場券查詢預訂系統

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

2.4 視頻音樂點播機

視頻音樂點播機中儲存有多首帶畫面的歌曲、多首視頻音樂及卡拉OK歌曲，通過觸摸屏可以對這些內容進行選擇。有些視頻音樂點播機還有供選用游戲軟件，只需觸摸屏幕即可玩這些生動有趣的游戲，如我國專業從事觸摸產品研發、生產、銷售和服務的成都吉銳觸摸電腦公司，其觸摸屏廣泛地應用于歐美韓的賽馬、博彩、游戲機等游戲相關產業。

2.5 金融交易系統

金融交易中，速度與準確性是極為重要的兩個因素。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，用戶根據顯示內容做出判斷，并隨即點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

這方面的應用最為普遍，比如，a)房地產查詢和銷售：美國ERA公司設計的聯機房地產信息網絡通過設在公共場所的觸摸屏信息臺把各種房地產信息提供給用戶，這就免除了購房者跑腿之苦，同時也為房地產主提供了在全國范圍內作廣告的機會。b) 郵電查詢與話費查詢：郵電局和電話局也利用觸摸屏系統向公眾提供各類查詢，包括郵政業務查詢、電信業務查詢、郵編和長途電話區號查詢、儲匯業務查詢等。例如，北京南區郵電局就采用了環星公司的觸摸屏查詢臺為公眾服務。c)售票與航運服務等：例如，北京站售票廳的觸摸屏售票臺可讓用戶選擇車次、車廂類別、購票張數、目的地、票價及查詢其他有關事項；日本東京成田機場的立柜式觸摸屏可讓乘客查看航班號、出港與飛抵時刻等。

2.7 觸摸屏在圖書館中的應用

隨著多媒體技術的發展和應用，一種叫超文本檢索的多媒體檢索系統已被開發應用。這種超文本將單詞、句子、章節、文獻甚至圖像、音樂、錄像等基本信息單元存放在結點上，終點以層次鏈、交叉引用鏈、索引鏈等主動鏈相聯系，構成網狀層次結構。超文本的軟件系統包括正文編輯、圖形編輯、數據庫管理、三維閱覽工具及映射顯示、鼠標窗口、偶像和彈拉式菜單等標準超文本工具等，其特點是聯想式、非線性、鏈的網狀層次聯系，允許用戶以其認可有意義的方式相聯，直接快速檢索到所需的信息。這個檢索系統在收藏內容廣泛，多媒體文獻資源豐富的圖書館檢索領域中，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，他們只須指頭一按觸摸屏上相關內容，就可以立即查看到自己所需的文獻資料。

3 觸摸屏技術的發展趨勢

觸摸屏技術方便了人們對計算機的操作使用，是一種極有發展前途的交互式輸入技術。世界各國對此普遍給予重視，并投入大量的人力物力進行研發，新型觸摸屏不斷涌現。

1）觸摸筆：利用觸摸筆進行操作的觸摸屏類似白板，除顯示界面、窗口、圖標外，還具有利用觸摸筆簽名、標記的功能，系統已做到了自動辨認。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。

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