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电阻、电容、电感触摸屏介绍及优缺点比较

最近ipad比较火,特色的山寨产品也早已推出,虽然触摸终端市场上早有多种类型的应用,但对很多网友来说,对如何选购触摸屏手机及平板产品还不是太熟悉,本文和大家一同了解一下市面主流触控产品的面板技术(电阻屏、电容屏和电感屏)基础知识,及各自的优缺点。

什么是触摸屏?

大部分网友接触触摸屏都是从银行的ATM机开始的,触摸屏其实就是采用触摸方式来代替或部分代替传统的键盘输入方式,达到相同的控制效果,触摸过程有手动触摸和使用触控笔等类型。触摸屏本身只是由触摸检测部分和触摸屏控制器组成两部分组成,其它冗余部分只是为了增加检测精度或透光度而设计,功能上只有这两个部分。

触摸检测部分包括触摸板和前端检测电路,随触摸屏的类型不同可能是安装在显示屏前面(电阻、电容),也可能是显示屏后面(电感),当然这个触摸屏部分大家如果不细心是看不出来的,表象上如果是安装到前端的触摸屏只是影响一点透光度,也就是屏幕看起来不太亮。触摸检测用于检测用户的触摸位置,接受后送往触摸屏控制器,触摸屏控制器接受到检测的接触信息后,进行换算处理,最终转换成触点坐标,再通过触摸屏外部接口送去给机器的主控板,一般来讲至于后面的是否执行、执行是否正确都与触摸屏控制器没有关系,触摸屏只是相当于键盘而已。

触摸屏控制器负责对检测数据的运算(也可能部分工作交给前端检测部分)和处理,并负责与主机板的数据交互。触摸屏应用场景:不适合物理键盘操作场合、空间限制场合、及赶时髦场合,比如机场和世博会....。

触摸屏的种类

常见触摸屏可以分成电阻式触摸屏、电容式触摸屏,这是目前最常见的两种,此外还有电感式触摸屏、声波、红外触摸屏。其中声波屏、电阻屏、电容屏应用都比较多。触摸屏的接口有串口、USB、PS/2口等形式。

常见触摸屏优缺点比较:

触摸屏类型 工作原理 触摸方式 安装位置 透明度及优缺点
声波式 回波检测 手指接触 内置或外挂 需定期维护,优点寿命长、不怕划、分辨率高甚至可以检测Z坐标,缺点是怕水、怕尘。寿命5年
红外式 红外接收检测 接近或接触阻挡 外挂 需定期维护,抗干扰强,分辨率低,一般放室内使用,寿命3年,
电阻式 电压测量 笔、手指点压 显示屏前 透明度一般,电阻屏优点:不怕水、不怕尘,缺点:寿命短、怕划,寿命3年,
电容式 电容耦合 金属笔尖、手指接触 显示屏前 跟工艺有关,跟电阻式相当,寿命2年,
电感式 电磁谐振 笔类接近感应 显示屏 好,寿命2年,

几种触摸屏简要介绍

1、电阻触摸屏

 

 

电阻屏示意图

电阻式触摸屏利用压力感应进行触点检测控制,需要直接应力接触,通过检测电阻来定位触摸位置,优点是精度高,缺点是不支持多点触控,电阻屏根据引出线数多少,分为四线、五线、六线、七线、八线等多线电阻触摸屏,每种检测线多少各有优缺点。如上图所示,当手指接触屏幕时,外导电层会发生形变,与内层导电层之间出现接触点,触摸检测部件根据检测到的电压及电流,计算X、Y方向的电阻值送回控制器。

从上文可以看出,电阻触摸屏是工作在一个隔离的环境中,防尘防水,而且应力产生过程可以来自与肢体动作也可以是触控笔,由于需要接触,所以外层导电层肯定是相对柔然的复合材料层,就怕鲁莽之士及婴幼儿的“猛按”,或使用尖锐利器划伤。这种伤害对电阻屏的不同线式设计影响不同,有的可能直接就挂掉了。

2、电容触摸屏

电容屏示意图

电容屏是利用人体感应进行触点检测控制,不需要直接接触或只需要轻微接触,通过检测感应电流来定位触摸坐标,优点是支持多点触控,缺点是精度不高、相对电阻屏来说不够稳定、受环境影响较大,成本也要高一些。如上图所示,当手指触摸在外导电层(如果设计的非常灵敏的话,只需要靠近)时,由于人体电场作用在前端触控点和触控屏之间会产生耦合电容,导致部分电流被手指吸收,控制器则通过检测四角的电极电流比例来定位触控坐标。

电容屏及下文的电感屏精度都不高,主要是由于实现机理决定的,任何公司也只能规避,尽量采用像iPhone那样的分段分区间多点检测。尤其是电容屏的抗干扰问题几乎很难解决,在电磁环境复杂一点的场合天知道这个感应电流是因为人体引起的还是周边环境干扰引起的。

3、电感触摸屏

电感屏也有,其工作原理是在触摸笔中安装LC谐振线圈,通过改变和安装有激励线圈及感应线圈的触摸屏之间的空间距离,使电磁场发生变化,触摸检测部分则通过磁场变化来检测触摸点位置。

由于电感触摸屏是安装在显示屏的后面,所以相比电阻式和电容式触摸屏,透光度要好很多,可以延长电池寿命,最重要的输入笔不必接触屏幕,减少磨损,对灵敏度的稳定性有很大改善。

 

触摸屏的应用产品

触摸屏的应用以后会越来越广泛,目前大家已经在很多手持电子设备(比如手机、数码相机、平板电脑)、医疗应用设备、销售终端POS、 银行ATM机、工业过程控制设置、汽车轮船仪表等等上都有应用,以后对消费类产品应用会越加广泛,比如游戏机及家电产品等,随着ipad的推出,又把触摸屏应用带到一个新时代。

另外,天缘相信以后Z坐标检测肯定有热门研究和应用,目前只有表面声波式具有Z坐标检测功能,其它产品要实现Z坐标应用难度还是比较大。绝对的讲,目前的电容屏精度问题还没有得到很好的解决。

参考资料:

http://bbs.jmu.edu.cn/showtopic-55817.aspx(本文图片来源)

http://www.sztoptouch.com/knowledge/contrast.htm

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