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电阻触摸是研发时间最早的触摸方式,也是工业平板电脑最早使用的触摸方式。但是电阻触摸不支持多点触控,使得更加有趣和灵敏的电容触摸技术发展的越来越快,曾经的霸主电阻触摸技术正在逐渐走下坡路。

那是不是电阻触摸就一定无法支持多点触控呢?

Touchco公司并不这么认为,他们最新的研究成果表面,电阻触摸也能够支持多点触控技术。在新技术的帮助下,传统的电阻屏已经可以识别多个触点的动作,并作出反映。而如果其能顺利进展,达到实际生产的程度,无疑将会为电阻屏扭转日渐衰退的现状,带来新的生机。毕竟,在识别准确度和成本方面,电阻屏还是较电容屏具有优势。

但如果研究出可以量产的成套方案之前,电容触摸已经完全占领市场,那么很可能成熟的电阻触摸技术也很难推广开来,回到曾经的辉煌了。


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客户常定制的工业平板电脑一般是电容触摸和电阻触摸两类,这两类各自适用的场景以及优缺点是什么?

电容工业平板电脑:

电容触摸屏是一块四层复合玻璃屏,设想极好又简单,但是现实问题无法逾越:

目前的透明导电材料ITO——氧化金属非常脆弱,触摸几下就会损坏,还不能直接用来作工作层,要靠外部增加一层非常薄的坚硬玻璃。

这层玻璃显然是不导电的,直流导电是不行了,改用高频交流信号,靠人的手指头(隔着薄玻璃)与工作面形成的耦合电容来吸走一个交流电流,这就是电容屏“电容”名字的由来:靠耦合电容来工作。

缺点:

1、不稳定。耦合电容的方式直接受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干燥程度影响,受外界大面积物体的干扰也非常大,带来了不稳定的结果。

2、次品率相对电阻屏较高。最外这层极薄的玻璃,正常情况下防刮擦性能非常好,但工艺上要求在真空下制造,这层极薄的玻璃有5%的概率碰上有破洞的产品。

3、使用寿命相对电阻屏一般来说较短(电阻屏3年,电容屏2年)。

优点:

透光率和清晰度优于电阻屏。

电阻工业平板电脑:

电阻式触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜,这层薄膜由一层有机胶片作为基层,表面涂一层透明的导电层,上面再盖一层外表硬化处理、光滑防刮的塑料层,它的内表面也涂有一层透明导电层,在两层导电层之间有许多细小(小于0.0254mm)的透明隔离点把它们隔开绝缘。

优点:

1.屏和控制系统都比较便宜,反应灵敏度也很好,对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸,稳定性能较好。

2.使用寿命相对较长。

缺点:

1.电阻式的触摸屏由于需要一定的压力,时间长了容易造成表面材料的磨损,影响产品的正常使用寿命;

2.电阻式的触摸屏它的灵敏度不容易调整,容易出现灵敏度的不均衡,A点灵敏,B点迟钝的现象常会发生

3.电阻式的触摸屏对付干扰的能力较弱,防止误动作的能力较差。任何东西碰到都会引起动作。


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光学触控技术是一种泛称,主要是指采用CCD或是CMOS照相感测的技术,主要是采用模组方式外挂在工业平板电脑的屏幕上,也有人将红外线式感测技术也归类为光学式触控技术。此外,光学触控也有采用特殊感测元件内嵌在面板内部的应用。

在外挂方面,因为诸多CCD、CMOS专利的因素,只有少数的厂家持有,因而供应商稀少,对于20寸以上的工业平板电脑比较常用,大尺寸下用光学触摸的平均成本更加的低,比较适合在服务行业使用。

但是光学触控技术在多点触控技术上面略有瑕疵,容易出现误判,在大尺寸工业平板电脑上不太明显,而应用在小尺寸上则非常的明显。

除此之外,光学触控技术还对强光源较为敏感,可能会因为外在环境光源变化,造成误判或是无法使用,在使用环境上有一定的限制。


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应用在工业平板电脑上的集中触摸技术,以电阻触摸、电容触摸、红外触摸比较常见,其中常见的多点触控技术一般是基于电容触摸和红外触摸的,而电阻触摸在多点触控技术方面,发展则较为缓慢和弱势。

电阻触摸因为发展早,制程成熟,门槛低,价格便宜,具有很大的优势,但是在切入支援多点触控的领域时,则遭遇较大的问题,在技术以及生产制程上,有较难克服的瓶颈,虽然不是无法突破,但是相对花费的成本以及资源较多,相对地也降低其在价格方面的优势,因此成为一个留待观察的技术。

这就是使得电容和红外触摸技术后来居上,在多点触控技术领域比电阻触摸更加的优秀,随着技术的进步,在成本上,也逐渐取得了相对优势。

电阻触摸技术,主要透过按压感应,必须透过接触施力,才能传达讯号,最传统及基本的技术为4线式,其他则有5线、7线等。

大体上来说,4线电阻触摸主要用在小尺寸工业平板电脑上,比如手持设备。

而5线、7线等则适合中大尺寸工业平板电脑,应用在终端装置、工业电脑、ATM柜员机等。

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电阻触摸和电容触摸是现阶段工业平板电脑上应用的最多的触摸技术,在双方交叉的应用领域竞争激烈,因而常常进行对比。

电阻式触控技术主要透过感应使用者的施力点,而进行触控操作工业平板电脑,其输入方式较为直接,因此会产生误判误读的机会较小,但是缺点则在于必须按压施力,以及对手势辨识的支援能力不足,因此被认为在未来讲究多点触控以及人性化的手势辨识功能的世代,发展潜力较受局限。

电容触摸主要是感应带电体以及导电体的接近或碰触,使电容值出现变化,不需要实际施力,而且可以判定多种具方向性的手势,甚至接触时间长短,以及接触压力大小(Z轴)的不同,因此在手势辨识以及更多人性化指令设定上,变化的空间较大,被认为是更符合直觉性的触控操作方式。

电阻式技术必须透过按压,阻断触控面板导电层的电流通过进行感应,因此只要可以按压,不限使用何种材质进行操作,而且接触的点越小,施力点越其中,感应越精准,因此相当适合使用触控笔,同时触控笔也不限任何材质。但是电阻式技术由于需要感应戮力,因此其表面多采用软性薄膜,相对有透光度较低、容易损坏的缺点。

电容触摸技术靠接近感应,因此不需要戮力,相对操作方式更为弹性且轻松,但是只能感应带电的物体,例如人的手指,或是可导电的物质,例如金属,对于绝缘体如塑胶、木材等则无法进行感应。

但是电容触摸可使用薄膜、塑板或是玻璃材质,且可在产品表面加上强化玻璃,并容易达到表面全平面设计,采用玻璃材质的触控面板相对透光度较高、也较不容易刮伤或是损坏导电层。


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触摸屏美观,易于维护,成本有优势,这几年触摸屏发展的非常迅速,在消费市场领域,医疗领域、工业领域、汽车领域,都搭载了装有触摸屏的工业平板电脑。电阻触摸、电容触摸、红外触摸,不同触摸所适合的环境也不尽相同,每种触摸方式都有各自的优缺点。

电阻触摸的原理:

1、工业平板电脑屏幕表面覆盖触控响应薄膜的透明玻璃板。

2、由两个电阻层(氧化铟锡)组成,中间是一层很薄的分隔层。

3、两个薄膜层组成一个电阻网路,充当触控位置检测功能的分压电路。

4、电阻网路组成的分压器上引起电压变化,这个电压用于确定触控萤幕的触点位置。

5、控制器(TSC)把捕捉的类比电压讯号转换成数位触控座标讯号。内建类比数位转换通道,充当测量类比电压的电压计。

6、电压计作用的触控控制器首先在X+点施加电压梯度VDD,在X-点施加接地电压GND。然后,检测Y轴电阻上的类比电压,并把类比电压转换成数值,用类比数位转换器运算X座标。在这种情况下,Y-轴变成感测线。同样地,在Y+和Y-点分施加电压梯度,可以测量Y座标。某些触控控制器还支援触控压力测量,即Z轴测量。测量Z轴座标时,电压梯度施加在Y+轴和X-轴上。

在工业平板电脑实现电阻触摸主要由两种形式:软体触感解决方案和专用触控式萤幕控制器晶片。

在软体触感解决方案中,微控制器须担负所有的触控检测和座标运算任务。基于微控制器的软体演算法采用内部的微控制器进行触控位置电压测量,执行触控检测功能和座标处理功能。

在专用触控控制器内,控制器向系统主机(微控制器)发起一个检测触控事件的中断请求,并输出代表触控座标的数位数据。然后主处理器(MCU)读取数位数据,执行客户期待的作业命令。

基于MCU运算参数的设计方法要求主处理器的速度非常快,只有这样才能管理频繁的触控作业。


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电阻触摸屏主要根据感测线数量来进行细分,主要由4线,5线,8线。

四线触控式萤幕的条形电极安装在两个不同的电阻层(第十的X在同一层,?,Y型另一个电阻层上)。五线触控式萤幕只在底层上有圆形电极(十,X轴,Y和Y型)。顶层用于在触控过程中测量电压,电压梯度只施加在底层上。

八线触控式萤幕的工作原理与四线触控式萤幕相似。只是给每一条线增加一个参考电压线,所以最后的汇流排数达到8条。新增的4条线分别用于给原来的4条线提供参考电压。八线触控式萤幕采用比例测量类比数位转换器的测量原理。

因为使用环境的问题,用于工业平板电脑的多为5线和8线电阻屏,4线电阻屏则主要用于消费电子行业。

电阻触摸解决方案主要包括触摸面板,控制器,显示面板,主处理器。主处理器可以是一个低阶的微控制器。主处理器利用一线或两线介面协议(I2C/SPI)管理触控式萤幕控制器的初始化,以及读取数位座标数据。

电阻触摸的灵敏度还取决于控制器的解析能力,当检测到触控事件时,控制器将会唤醒,执行触控电压解码功能。


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自从工业平板电脑问世以来,提升人机交互的效率,就一直是发展的方向,抛弃鼠标键盘,使用触控技术,提升人和工业平板电脑的交互效率是一直以来研究的主流。

电容触摸是在工业平板电脑面板表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列,这些横向和纵向的电极分别与地构成电容,这个电容就是通常所说的自电容,也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时,手指的电容将会叠加到屏体电容上,使屏体电容量增加。

在触摸检测时,电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列,根据触摸前后电容的变化,分别确定横向坐标和纵向坐标,然后组合成平面的触摸坐标。

电容触摸的性能。

1、抗电磁干扰

工业平板电脑所工作的环境机器众多,工业平板电脑本身还有诸多电子元件,所以在工作环境是充满着电磁环境的,所以必须要抑制电磁干扰,以避免环境变化时触摸屏失效频繁,现代电容触摸技术借鉴了现代无线通信领域的跳频技术,在提高系统信噪比的同时有效抑制了电磁干扰。

2、信噪比(SNR)

SNR定义为指接收到的信号功率和噪声功率的比值。SNR是触摸屏系统性能另一个关键因素,其高低直接决定了触摸的精度、线性度和分辨率等性能好坏。

主要有3个途径提高信噪比。

首先是提高信号发送功率。提高了信号发送信号功率,相应的就提高了接收到信号的功率,从而增加了信噪比。

其次,降低噪声也是一个有效的方法。

还有一个办法就是提高触摸引起的电容变化量。触摸电容变化量,正比于信号功率。即触摸变化量越大,则检测到的信号功率越大。

3、适应性

因为工业平板电脑的工作环境多种多样,而温度、湿度都会影响到触摸的精准度。一个良好的设计,必须能在非常大范围能适应环境温度湿度的变化,并且在有少量水的条件下,能正常进行触摸。

4、低功耗

工业平板电脑一般需要长时间稳定运行,把功耗列为约束第一位,采用低功耗结构、低功耗工艺、增加硬件加速器等是各大厂商需要。

随着研究的深入,互电容技术不断成熟,其基本功能、基本架构都已经确定,将来的发展主要集中在细部优化,比如进一步提高信噪比、改善触摸精度(特别是边沿的精度)、降低功耗、增加适应环境变化的能力、提高扫描速度、多点ID识别、多点应用开发,减少悬空触摸影响等。

目前电容式触摸屏在欧美市场已经成为主流,出货量不断攀升,这也极大促进电容式触摸屏产业链的完善。随着产业链的逐步完善,众多供应商的加入,新材料、新技术和新工艺的应用,也带来各项成本的下降,从而降低整体模组的价格。

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触控技术是一个有着接近40年历史的技术,可以说是有着相当成熟的技术和案例。

但是触控技术被普及开来,还要得益于智能手机的普及。

在人机交互方面,目前已有的技术非常之多,包括键盘、手写、指纹识别、眼球识别、AI、鼠标、触控、摇杆、滚轮等等,这些技术都在探索着人机交互的问题。键盘鼠标是常用的家用电脑的选择,手持这边,按键、遥感、手写使用的比较普遍,而工业平板电脑则普遍采用触控技术。

电阻触摸和电容触摸是工业平板电脑应用最多的触控技术,此外还有红外触摸,声波触摸,电磁触摸等等技术。各个触控技术各有其优缺点,使用的领域和尺寸范围也各不相同。

工业平板电脑相比较于其他设备,最大的优势就是继承了智能手机的触摸操作,几乎不需要学习就能适应操作。

目前的困境

工业平板电脑因为使用环境的原因,多数使用环境都很恶劣脏污、手汗、灰尘、水渍和东西都会是不是污染工业平板电脑的屏幕和机身,如何最大限度的控制其对机器性能的影响是最大的研究课题。

其二,目前其他人机交互技术是不是能够影响到工业平板电脑呢,虽然目前还看不到,但是智能化,机器人化势必会影响到这一产业。


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工业平板电脑上,最开始的触摸方式普遍是电阻触摸,而电容触摸则迅速跟上,多点触控让更多的触控操作方式成为了可能,也带动了电容触摸工业平板电脑的市场份额迅速增长。

电容触摸的优点:

1、支持多点触控,折让工业平板电脑有了更多的可能,操作更加的直观,有效。

2、以人体为导体,避免了误触的可能。

3、更加耐用,比起电阻触摸,电容触摸在在防尘、防水、耐磨等方面有更好的表现。

缺点:

1、不支持触摸笔,仅能用手指进行触摸,在小屏幕上非常的不友好。

2、容易受到温度、湿度等特殊环境的影响,特别是工业平板电脑常用的工业环境,会引起电容式触摸屏的不稳定甚至漂移。

定位单点轨迹/模拟鼠标双击是电容触摸的的基本功能,而对多手指手势操作的识别和应用成为当前市场的热点。在工业平板电脑上,识别多手指的抓取/平移,伸展/压缩,旋转,翻页等手势操作就显得尤为重要。


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工业平板电脑是作为工业电脑的替代而出现的,它能够在很大程度上替代工业电脑的作用,但同时,工业平板电脑也并不能够完全的取代工业电脑,截至目前为止,工业电脑依旧占有很大的市场份额,市场销量甚至还有上涨的趋势。

所以为什么工业平板电脑不能够将工业电脑完全取代呢?

今年来,由于信息化的快速发展,工业平板电脑的市场增长很快,相关企业迅速壮大,但还是没有超过厂商的市场预计增长。

究其原因,是因为工业平板电脑相比于工业电脑,所提供的人机交互界面,优势并没有大到让人放弃工业电脑的地步。工业电脑很多都用于专业领域,工业平板电脑所提供的触控技术,并没有实现快速上手的功能,因为工作人员必须很熟练才能够使用。

所以这就为工业电脑保留了很大一部分专业市场,工业电脑市场不但没有持续的衰减下去,反而凭借这部分专业市场的发展而持续扩大着市场。

但是这并不是说工业平板电脑永远无法侵蚀这部分市场,因为专业人员的培训也是一种成本,而且还不低。未来的工业领域一定朝着集约化,简约化发展,工业平板电脑很明显更加符合这一理念。


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光学触摸也是工业平板电脑上常见的触摸方式之一, 同于现有的红外、表面声波、电阻、电容等触摸技术的新技术,光学传感器对细致的动作反应快速,更轻快,流畅,准确!创造性的多点触摸技术应用更是给光学触摸技术锦上添花!



CCD光学触摸屏原理图

CCD光学触摸技术打破原有触摸技术的瓶颈,从准确率、反应速度和寿命方面都有大幅度提高。安装在顶部左右角的两个CCD摄像头可以精准地检测出多个手指位置,不仅可以单击、拖拉,还可以自由旋转和放大图片,这些操作都取决于手指的数量和单位面积。


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电阻触摸就是利用压力感应进行控制,电阻触摸屏的主要部分是一块与工业平板电脑表面非常配合的电阻薄膜屏,这是一种多层的复合薄膜,它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层,表面涂有一层透明氧化金属(透明的导电电阻)导电层,上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的(小于1/1000英寸)的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。

当手指触摸屏幕时,两层导电层在触摸点位置就有了接触,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出(X,Y)的位置,再根据模拟鼠标的方式运作。

1、四线电阻屏

四线电阻模拟量技术的两层透明金属层工作时每层均增加5V恒定电压:一个竖直方向,一个水平方向。总共需四根电缆。

特点:高解析度,高速传输反应。表面硬度处理,减少擦伤、刮伤及防化学处理。具有光面及雾面处理。一次校正,稳定性高,永不漂移。

2、五线电阻屏

五线电阻技术触摸屏的基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络都加在玻璃的导电工作面上,我们可以简单的理解为两个方向的电压场分时工作加在同一工作面上,而外层镍金导电层只仅仅用来当作纯导体,有触摸后分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。

五线电阻触摸屏内层ITO需四条引线,外层只作导体仅仅一条,触摸屏得引出线共有5条。

特点:解析度高,高速传输反应。表面硬度高,减少擦伤、刮伤及防化学处理。同点接触3000万次尚可使用。导电玻璃为基材的介质。一次校正,稳定性高,永不漂移。五线电阻触摸屏有高价位和对环境要求高的缺点

3、电阻屏的局限

不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏,它们都是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画,比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。

电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。


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电容工业平板电脑是利用人体电流感应进行工作的,电容触摸是在工业平板电脑上安装一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO,最外层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层ITO涂层作为工作面,四个角上引出四个电极,内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。

当手指触摸在金属层上时,由于人体电场,用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容,对于高频电流来说,电容是直接导体,于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

电容触摸的缺陷

电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏,当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。

电容屏反光严重,而且,电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀,存在色彩失真的问题,由于光线在各层间的反射,还造成图像字符的模糊。

电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用,当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时,流走的电流就足够引起电容屏的误动作。

我们知道,电容值虽然与极间距离成反比,却与相对面积成正比,并且还与介质的的绝缘系数有关。

因此,当较大面积的手掌或手持的导体物靠近电容屏而不是触摸时就能引起电容屏的误动作,在潮湿的天气,这种情况尤为严重,手扶住显示器、手掌靠近显示器7厘米以内或身体靠近显示器15厘米以内就能引起电容屏的误动作。

电容屏的另一个缺点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。

电容屏更主要的缺点是漂移:当环境温度、湿度改变时,环境电场发生改变时,都会引起电容屏的漂移,造成不准确。

例如:开机后显示器温度上升会造成漂移:用户触摸屏幕的同时另一只手或身体一侧靠近显示器会漂移;电容触摸屏附近较大的物体搬移后回漂移,你触摸时如果有人围过来观看也会引起漂移;电容屏的漂移原因属于技术上的先天不足,环境电势面(包括用户的身体)虽然与电容触摸屏离得较远,却比手指头面积大的多,他们直接影响了触摸位置的测定。

此外,理论上许多应该线性的关系实际上却是非线性,如:体重不同或者手指湿润程度不同的人吸走的总电流量是不同的,而总电流量的变化和四个分电流量的变化是非线性的关系,电容触摸屏采用的这种四个角的自定义极坐标系还没有坐标上的原点,漂移后控制器不能察觉和恢复,而且,4个A/D完成后,由四个分流量的值到触摸点在直角坐标系上的X、Y坐标值的计算过程复杂。

由于没有原点,电容屏的漂移是累积的,在工作现场也经常需要校准。电容触摸屏最外面的矽土保护玻璃防刮擦性很好,但是怕指甲或硬物的敲击,敲出一个小洞就会伤及夹层ITO,不管是伤及夹层ITO还是安装运输过程中伤及内表面ITO层,电容屏就不能正常工作了。


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红外工业平板电脑主要是利用红外线矩阵来进行定位,利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。

红外触摸屏在工业平板电脑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。

红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰,适宜恶劣的环境条件,红外线技术是工业平板电脑最终的发展趋势。

采用声学和其它材料学技术的触屏都有其难以逾越的屏障,如单一传感器的受损、老化,触摸界面怕受污染、破坏性使用,维护繁杂等等问题。

红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和高分辨率,必将替代其它技术产品而成为触摸屏市场主流。

至于说红外屏在光照条件下不稳定,从第二代红外触摸屏开始,就已经较好的克服了抗光干扰这个弱点。

第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术产品,它实现了1000*720高分辨率、多层次自调节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别,可长时间在各种恶劣环境下任意使用。并且可针对用户定制扩充功能,如网络控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。


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表面声波工业平板电脑就是利用机械能量波来进行定位,在工业平板电脑表层传播的机械能量波,通过楔形三角基座,可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。

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,近年来在无损探伤、造影和退波器方向上应用发展很快,表面声波相关的理论研究、半导体材料、声导材料、检测技术等技术都已经相当成熟。

表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板,安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。

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。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。


原理

以右下角的X-轴发射换能器为例:发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递,然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递,声波能量经过屏体表面,再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给X-轴的接收换能器,接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。

当发射换能器发射一个窄脉冲后,声波能量历经不同途径到达接收换能器,走最右边的最早到达,走最左边的最晚到达,早到达的和晚到达的这些声波能量叠加成一个较宽的波形信号,不难看出,接收信号集合了所有在X轴方向历经长短不同路径回归的声波能量,它们在Y轴走过的路程是相同的,但在X轴上,最远的比最近的多走了两倍X轴最大距离。

因此这个波形信号的时间轴反映各原始波形叠加前的位置,也就是X轴坐标。发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候,接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时,X轴途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收,反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。

接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口,计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定X坐标。

之后Y轴同样的过程判定出触摸点的Y坐标。除了一般触摸屏都能响应的X、Y坐标外,表面声波触摸屏还响应第三轴Z轴坐标,也就是能感知用户触摸压力大小值。

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。


特点

清晰度较高,透光率好。高度耐久,抗刮伤性良好(相对于电阻、电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、湿度等环境因素影响,分辨率高,寿命长(维护良好情况下5000万次);透光率高(92%),能保持清晰透亮的图像质量;没有漂移,只需安装时一次校正;有第三轴(即压力轴)响应,目前在公共场所使用较多。

表面声波屏需要经常维护,因为灰尘,油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面,都会阻塞触摸屏表面的导波槽,使波不能正常发射,或使波形改变而控制器无法正常识别,从而影响触摸屏的正常使用,用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁,并定期作一次全面彻底擦除。


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在过去的几年里,工业平板电脑拥有高达20%的市场复合增长率,远超其他电子产品的复合增长率。

在过去的几年里,电容触摸随着智能手机的高速发展而迅速普及开来。而Windows7/Linux/安卓也相继支持多点触控,从系统层面解决了多点触控的问题,也相应得到了更成熟的应用方案,彻底摆脱了控制点的数量限制,达到支持无线多点的触控操作。

由于触控是一种确定触摸点的技术,应用在工业平板电脑上的也有很多种。

电容式触控是通过电流变化的过程来判断点所在的位置;

超声波是通过超音波发射过程中影子落在何处来判断位置和方向;

而光学则是透过影像处理方式来知道点所在的位置。

目前世界上还不存在一个完美的触控技术,每一种技术都不完美,有其各自的缺点,在使用上都有局限性。比如被采用的电容式触控,戴上手套就不能用,而且很怕水。比如光学式触控,用在大尺寸上很好,但在小尺寸上就不能用。而且光学式的衰减很快,一开始很灵敏,时间越久灵敏度就越差。

压电式多点触控前景看好

1、它是一个无限多点的触控技术,并且完全支持Windows7和Android。

2、技术精度非常高,误差很小。

3、压电式技术可以有效侦测面积。

4、这个技术从根本上没有限制,戴着手套也可以用。

压电式触控和投射电容的差别实际上并不太大。首先它们的玻璃结构是一模一样的,都是采用矩阵结构。最大的区别在于电容式是通过电流,而压电式则是通过电压去作用于坐标变化来确定点的位置。

当然,压电式多点触控技术也有它自己的缺点。它的制程线非常多,对制造工艺要求很高,即使有商品化的产品推出来,能够量产的也不多。

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电阻触摸一般由三部分组成,两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极。阻性导体层选用阻性材料,如铟锡氧化物(ITO)涂在衬底上构成,上层衬底用塑料,下层衬底用玻璃。隔离层为粘性绝缘液体材料,如聚脂薄膜。电极选用导电性能极好的材料(如银粉墨)构成,其导电性能大约为ITO的1000倍。

触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。

工业平板电脑是将触摸屏作为一个输入设备,对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然,触摸屏的控制芯片要完成两件事情:其一,是完成电极电压的切换;其二,是采集接触点处的电压值(即A/D)。

为了完成一次电极电压切换和A/D转换,需要先通过串口往ADS7843发送控制字,转换完成后再通过串口读出电压转换值。标准的一次转换需要24个时钟周期。

由于串口支持双向同时进行传送,并且在一次读数与下一次发控制字之间可以重叠,所以转换速率可以提高到每次16个时钟周期。如果条件允许,CPU可以产生15个CLK的话(比如FPGAs和ASICs),转换速率还可以提高到每次15个时钟周期。

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在使用工业平板电脑的时候,多注意一些保养和维护,死机失灵情况就可以尽可能的避免掉。

电容触摸的工业平板电脑保养技巧:

1、害怕静电,在容易产生静电的环境下,应对工业平板电脑进行特殊处理,以防被静电击穿电容触摸屏。

2、怕油污和汗水等导电介质:覆盖在屏幕上会形成导电层,从而引起屏幕飘移,手洗干净,擦干再用。

3、不耐高温。

在工业平板电脑机身接近40℃的温度情况下,很可能引起触摸漂移,如果长时间在高温的环境下进行作业,需要进行耐高温处理,不然其使用寿命会大大减少。

4、磁场环境

磁场环境下,电容触摸也很容易失效,如果必须要在磁场环境下工作,就必须对工业平板电脑进行防磁处理,否则应该远离磁场环境。

5、稳定的电压

当电压不稳的时候,触摸屏很容易漂移和失效。必要的时候,可以增加稳压器来保持电压稳定。

在日常使用工业平板电脑是,如果出现触控失灵的情况,,请首先考虑下是否因为上面的原因导致,再进一步分析解决的办法,不能盲目慌乱,导致更严重问题的发生。


详细了解

触摸屏之所以能在工业平板电脑上迅速普及,就是因为他能够替代键盘、鼠标、手写板这些常用的输入方式,方易于上手、坚固耐用、反应速度快、节省空间、交流方便等等许多优点。

触摸屏除了被应用于工业平板电脑上,在智能手机、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均有应用。

它使得工业平板电脑的人机交互功能更加的直观简洁,这种技术极大方便了用户,赋予了工业平板电脑全新的面貌。

种类

应用在工业平板电脑上的触摸技术多种多样,主要有五个基本类别。

矢量压力传感技术触摸屏;但矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台;

电阻技术触摸屏;电阻技术触摸屏的定位准确,但其价格颇高,且怕刮易损;

电容技术触摸屏;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;

红外线技术触摸屏;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;

表面声波技术触摸屏。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的迟钝,甚至不工作。


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