1、選擇合適的觸摸屏技術(shù)
從工業(yè)領域到消費領域的各種應用中，觸摸屏界面是一種廣受歡迎的技術(shù)。觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。觸摸屏技術(shù)消除了對鍵盤或傳統(tǒng)鼠標的需求，而是可通過代表特定任務的圖標實現(xiàn)簡單、直接的交互。它極大的簡化了計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能夠運用自如，使計算機展現(xiàn)出更大的魅力，并按照必需的步驟把觸摸屏整合到公共平板顯示系統(tǒng)中。這項工作正越來越多地由系統(tǒng)集成設計人員來完成，他們設計觸摸屏，并把觸摸屏集成在標準的LCD系統(tǒng)中，解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。
觸摸屏成功應用的關鍵是選擇合適的技術(shù)，選擇時需要考慮的參數(shù)包括：工作環(huán)境、光學性能、LCD尺寸、透射率或透明度、期望壽命、防刮傷的能力、校準穩(wěn)定性、選擇手指觸摸還是用觸摸筆（手指觸摸是否可帶手套？）、防反射處理（針對強光條件）、觸摸屏面板和控制器的成本。而對于面向大型顯示器的觸摸屏的公共平板顯示系統(tǒng)來說，電阻式觸摸屏是最流行的觸摸屏技術(shù)。這種壓敏型觸摸屏技術(shù)具有多種功能，也是最具有成本效益和易用性的觸摸屏技術(shù)之一。通常，電阻式觸摸屏的價格比較便宜，但缺點是光透射率一般不超過86%（盡管也有透射率更高的產(chǎn)品），而且電阻層的前表面對尖銳物和腐蝕性化學制品的抵御能力較差。電阻式觸摸屏不受灰塵或水等外界污染物的影響，而且由于它們的密封度可達到NEMA 4/4X標準，所以大部分的主要人機界面制造商都采用了這項技術(shù)。特別是作為全屏觸摸品示還需支持很高的分辨率。因電容傳感器只有較低的分辨率感應，就不能支持寫輸入的手寫辨識。值此主要討論集成了觸摸屏功能的公共平板顯示系統(tǒng)技術(shù)與應用。而首先應對電阻技術(shù)觸摸屏技術(shù)特點作介紹。
2、電阻技術(shù)觸摸屏與系統(tǒng)性能
典型電阻技術(shù)觸摸屏的工作部分一般由三部分組成：兩層透明的阻性導體層、兩層導體之間的隔離層、電極。也就是說，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，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面有一層透明氧化金屬（ITO氧化銦，透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO涂層，在他們之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。觸摸屏的技術(shù)特性：通透率為85%，分辨率為4096×4096，感應軸為X、Y；無漂移，耐磨損性好，響應速度<10mS，抗干擾好，無污物影響，穩(wěn)定好。
2.1觸摸屏的性能
當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y ）的位置，再根據(jù)模擬鼠標的方式運作。其具體分析為：手指觸摸屏幕時，上下導體層相當于電阻網(wǎng)絡。當某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的坐標。比如，在頂層的電極（X+，X-）上加上電壓，則在頂層導體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極（X+）之間的距離關系，知道該處的X坐標。然后，將電壓切換到底層電極（Y+，Y-）上，見圖1所示，并在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道Y坐標。
四線制電阻觸摸屏與五線電阻觸摸屏也是目前最常用的觸摸屏產(chǎn)。其四線電阻觸摸屏不怕灰塵、油污和光電干擾，怕劃傷是其主要缺陷。適用于有固定用戶的公共場所，如工業(yè)控制現(xiàn)場、辦公室、家庭等。而五線電阻觸摸屏：極好的靈敏度和透光度，較長的使用壽命，不怕灰塵、油污和光電干擾，適用于各類公共場所，尤其適用于要求精密的工業(yè)控制現(xiàn)場等。
2.2基本技術(shù)
絕對坐標系統(tǒng)。觸摸屏是一種絕對坐標系統(tǒng)，其特點就是當前定位坐標與上一次定位坐標沒有關系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準直接轉(zhuǎn)化為屏幕上的坐標。不管在什么情況下，觸摸屏這套坐標體系對同一點的輸出數(shù)據(jù)都是穩(wěn)定的。不過，它并不能保證每一次對同一點觸摸的采樣都相同，即不能保證絕對坐標定位，這就是所謂的漂移問題。
定位。各種觸摸屏都是依靠傳感器來工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。它們各自的定位原理和各自所用的傳感器決定了觸摸屏的反應速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。
2.3觸摸屏系統(tǒng)基本工作狀況
觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接收后送觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。
3、集成了觸摸屏功能的架構(gòu)與接口技術(shù)
3.1之所以要應用集成了的觸摸屏功能平板顯示系，主要有以下幾個因素
首要的它是一個公共型觸摸屏平板顯示系統(tǒng)。而這個集成了觸摸屏功能的平板顯示系統(tǒng)主要應用在工業(yè)控制或機器自動化系統(tǒng)、醫(yī)療應用系統(tǒng)、銷售點（POS）系統(tǒng)或信息點（POI）系統(tǒng)、信息亭或自助服務亭及數(shù)字簽名等領域，它是將放置在室內(nèi)或室外或多種不同的環(huán)境乃至在惡劣環(huán)境之中應用，其于上述原因，因此必然是集成了的觸摸屏功能平板顯示系的采用。
為此在架構(gòu)上，集成式觸摸屏系統(tǒng)包含一個耐磨損的狹小外殼，該系統(tǒng)可以升級以適應從12.1英寸到19英寸的顯示器尺寸。一個完整的集成式觸摸屏開發(fā)套件包括控制器、接口電纜和 LCD。系統(tǒng)集成商通?？筛鶕?jù)每個客戶的要求提供具有合適功能的定制系統(tǒng)，這對不熟悉或缺乏觸摸屏設計經(jīng)驗的系統(tǒng)設計者來說尤其有用。觸摸屏面板可直接粘貼在LCD的前表面或顯示器的邊框上，為便于在損壞時更換屏幕，也可以采用機械方式安裝。直接粘貼觸摸傳感器，或?qū)⒂|摸傳感器安裝在邊框上均要求在專門的潔凈室環(huán)境中進行，特別是直接粘貼傳感器必須由受過嚴格訓練的安裝人員使用專用設備進行。采用機械方式安裝的觸摸傳感器，是一種設計用來安裝在顯示設備外部的觸摸傳感器，可以通過物理設備（例如支架或壓力襯墊材料）將它們固定在顯示設備外部。外部觸摸屏對LCD的影響較小，并且可以在現(xiàn)場或維修點替換傳感器時使用。觸摸屏控制器的功率要求也是一個需要考慮的問題，因為許多觸摸屏控制器在5V或12V直流電壓下才能正常工作，見圖2所示，觸摸屏系統(tǒng)的主要組成部分，它采用了一個外部安裝型觸摸面板。
3.2集成了觸摸屏功能的人機接口技術(shù)
接口技術(shù)控制板設計考慮：是采用串行接口（SPI或RS-232）、USB還是PS/2，將觸摸控制器與計算機主板上的CPU連接起來？如果觸摸控制器和觸摸傳感器離主機有一段距離，那么這個距離將影響對接口方式的選擇。例如，串行接口最多可支持50英尺的距離，而 USB接口一般僅支持約16英尺的距離。但是，采用串行接口的觸摸控制器必須采用外部供電方式（需要一個5V或12V的直流電源），而采用USB接口的控制器可以從主機系統(tǒng)的USB端口直接獲取電源。
除高分辨率外，認為多手指觸摸是未來的發(fā)展方向，多手指觸摸可以產(chǎn)生強烈的交互式操作感，還可以同時支持多個用戶操作，特別適合用于大型的交互式環(huán)境比如交互式墻和桌面。本例僅對用微控制器與四線制電阻式觸摸屏連接構(gòu)成單手指觸摸人機接口的方案作分析。
應用8位RISC微控制器Atmegal28（Amel公司產(chǎn)，）與BBADS7843四線制電阻式觸摸屏連接構(gòu)成人機接口的方案見圖所示。 Atmegal28片內(nèi)有128K flash、4K RAM、4KEEPROM、兩個可編程的USART、1個可工作在主機／從機的SPI串行接口。此外還有豐富的I／O接口，8通道10位分辨率ADC轉(zhuǎn)換器等硬件資源。使微控制器能夠使用于比較高的通訊波特率，Almegal28已經(jīng)內(nèi)置了看門狗，并且可以通過編程使看門狗在程序啟動前啟動，即上電后程序啟動前，看門狗已經(jīng)啟動，這樣系統(tǒng)的可靠性可以得到保證，本系統(tǒng)采用5V供電。
ADS7843觸摸屏控制器芯片專門應用于四線電阻式觸摸屏，最高達到125K的轉(zhuǎn)換率 8位或者12位可編程精度。外部參考電壓范圍從1V到VCC均可，VCC最高電壓為5V，高速低功耗使得ADS7843非常適合于使用電阻觸摸屏的手持設備。寬溫度設計使得它很適用于大量的工業(yè)和公共現(xiàn)場。圖3為觸摸屏人機接口的方案示意圖。
圖3中SPI總線分別為SPI時鐘和主機輸出從機輸入及主機輸入從機輸出三根線的匯總。
觸摸屏是一個四線電阻屏幕，可以示意出兩個電阻，測量X方向的時候，將X+，X-之間加上參考電壓Vref，Y-斷開，Y+作為A/D輸入，進行A/D轉(zhuǎn)換獲得X方向的電壓，同理測量Y方向的時候，將Y+，Y-之間加上參考電壓Vref，X-斷開，X+作為A/D輸入，進行A/D轉(zhuǎn)換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標的換算。整個過程類似一個電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。圖4為四線電阻屏幕與屏幕控制器連接示意圖。
3.3關于安裝觸摸屏的準則
在設計觸摸屏顯示器時，需要考慮的重要性能指標包括：觸摸點的數(shù)目、觸發(fā)力度、LCD像素間距、期望的響應時間、工作壽命（觸摸次數(shù)）和觸摸分辨率。除了必須知道LCD顯示器和邊框的全部尺寸以及LCD的類型（例如無源矩陣或有源矩陣TFT LCD）之外，還需考慮下面幾個額外的問題：是否需要防炫射或防反射性能？是否要求在日光下閱讀所需的高亮度或高透反性能？（在日光閱讀所要求的亮度通常為600cd/m2（尼特）或更高，具體數(shù)值依賴于其它相關性能，例如，通常由大部分LCD的制造商或增值集成商提供的防反射表面處理。）是否需要對顯示器玻璃進行粘接以防在室外公共環(huán)境遭到破壞？在價格、性能、質(zhì)量以及能否長期供貨這幾個因素中，哪個更重要？其它需要考慮的參數(shù)還包括外部連接方式、安裝方式和工作環(huán)境參數(shù)。
4、集成式觸摸屏擴展應用
集成式觸摸屏除了可作公共型觸摸屏平板顯示系統(tǒng)外，還可在患者監(jiān)視和醫(yī)療設備控制的醫(yī)療應用中，用戶必須戴著手套直接操作（不使用外部指點設備）觸摸屏。為滿足這種應用要求，設計工程師可以把一個4線電阻式觸摸傳感器集成到顯示器中，該顯示器選用了大小為12.1英寸（對角線）、亮度為400尼特、帶 SVGA分辨率、具有高對比度且?guī)в蠰VDS接口的有源矩陣LCD。
觸摸屏在控制系統(tǒng)中的在棉花打包機中應用。而集成式觸摸屏的使用則為整個控制系統(tǒng)提供廠良好的人機操作界面，因此若將其與PLC二者聯(lián)合，則可廣泛的應用于各個領域。其棉花打包機下不失為一種典型應用。棉花打包機主要有喂棉，踩實、壓棉、小車輸送與機械手推包的運動幾個重要工序，該設備以液壓系統(tǒng)和電機作為動力。主預壓系統(tǒng)分別由兩臺電機驅(qū)動，小車機械手、輸送帶、轉(zhuǎn)箱等分別由各自電機控制。打包機為了能夠完成打包并保證打包的質(zhì)量，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖5所示。
根據(jù)控制工藝要求，綜合輸入輸出點數(shù)，采用模塊化PLC和集成式觸摸屏PLC，通過SPI串口進行通信。
而軟件設計打包機的每一工步的控制均采用自動和手動兩種模式。PLC采集現(xiàn)場行程開關、光電傳感器和壓力傳感器的信號，從而控制下一動作的觸發(fā)，并在壓力值越界時發(fā)出報警信號。整個程序的控制方式為順序控制.該控制糸統(tǒng)提高了棉花打包機庇的精度與動作頻繁的運行可靠性。
紅外掃描觸摸屏（也稱為IR觸摸屏）技術(shù)利用紅外發(fā)射器-接收器，在離屏幕表面的一小段距離上投射出一個不可見的光網(wǎng)格。當光束被阻斷時，接收器上的信號缺失被檢測出來，并轉(zhuǎn)換成觸摸屏的X/Y坐標。紅外掃描觸摸屏利用紅外發(fā)射器-接收器，在離屏幕表面的一小段距離上投射出一個不可見的光網(wǎng)格。當光束被阻斷時，接收器上的信號缺失被檢測出來，并轉(zhuǎn)換成觸摸屏的X/Y坐標。這種技術(shù)的工作方式。紅外掃描觸摸屏技術(shù)通常使用在信息亭、游戲、零售、衛(wèi)生保健和工業(yè)人機界面（HMI）等應用中。它十分耐磨損，不受灰塵、水和其它污染物的影響（非常適用于室外的公共信息亭顯示器），且沒有校準漂移。不過，這種技術(shù)的應用是有限制的，它無法檢測微小的指點區(qū)域，因此不適于對分辨率要求很高的、要求捕獲簽名的應用（如POS機）。紅外掃描觸摸屏的分辨率確實達不到防止簽名失真所要求的精度，因為紅外掃描要從一個光束切換到另一個光束。
5、結(jié)束語
上述側(cè)重對電阻技術(shù)觸摸屏在公共平板顯示系統(tǒng)中應用特點作分析介紹，而實際上所不同應用對觸摸屏的需求也有差異。在便攜電子應用中，要求觸摸屏具有很高的精度和三維接口，不能出現(xiàn)功能故障。與此同時，它還要求寬的動態(tài)范圍、防劃傷、背光能力和低功耗；消費電子如家電類應用要求滿足防噪聲，三維接口、高亮轉(zhuǎn)換、強抗環(huán)境變化、抗劃傷以及低成本等多項需求；筆記本電腦圖像觸摸要求同時在屏幕上跟蹤多個目標，并且守即給圖形接口信息。此外，高分辨率也非常重要。
