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电容式触摸屏,电容式触摸屏是什么意思
发表时间:2013年08月08日 点击:次 本月浏览次数:

  电容式触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。电容式触摸屏是是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。 
 

  电容触摸屏的缺陷 
  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。 

  触摸屏广泛运用 于我们日常生活各个领域,如手机、媒体播放器、导航系统、数码相机、数码相机、数码相框、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等等。 
  通用的触摸屏技能包括适用于移动设备和消费电子产品的电阻式触摸屏和投射电容式(projected capacitive)触摸屏以及用于其他运用 的表面电容式(surface capacitive)触摸屏、表面声波(SAW)触摸屏和红外线触摸屏。


  电阻式触摸屏
  运用 比较多的电阻式触摸屏(图1)具有空气间隙和间隔层的两层ITO(Indium Tin Oxide,铟锡氧化物)。电阻式触摸屏是大批量运用 、经过验证、低成本的技能。其缺点是:薄弱的机械性能;堆叠厚,相对较为复杂;不能检测多个手指的动作;前面板实现方案易损坏;有限的工业设计选项;光学性能不良;须要用户校准。


  投射电容式触摸屏
  触摸屏的电容触摸控制采用一个用传导物质(如ITO)做涂层的表面来存储电荷。传导物质沿屏的X轴和Y轴传导电流。当传导(如手指)触摸时控制电场发生变化,而且可以确定沿水平轴和垂直轴触摸的位置。在带按键触摸位置的运用 中,把分立的传感器放置在特定按键位置的下面,当传感器的电场被干扰时系统记录触摸和位置。投射电容式触摸屏示于图2。


  投射电容式触摸屏比其他触摸屏技能的优势是: 
  精彩的信噪比; 
  整个触摸屏表面具有高精度; 
  能够支持多个触摸; 
  通过“厚的”电介质材料执行 感应; 
  无需用户校准。


  QTouch技能 
  QTouch技能是Atmel触摸技能部前身Quantum(量研科技)的专利。所开发的集成电路技能是基于电荷——传输电容式感测。QTouch IC检测用传感器芯片和基本按键电极之间单连接来检测触摸(图3)。QTouch器件对未知电容的感测电极充电到已知电位。电极通常是印刷电路板上的一块铜区域。在1个或多个电荷——传输周期后测量电荷,就可以确定感测板的电容。在触摸表面按手指,导致在该点影响电荷流的外部电容。这做为一个触摸记录。也可确定QTouch微控制器来检测手指的接近度,而不是绝对触摸。判断逻辑中的信号处理使QTouch健全和可靠。可以消除静电脉冲或瞬时无意识触摸或接近引起的假触发。


  QTouch传感器可以驱动单按键或多按键。在用多按键时,可以为每个按键配置 1个单独的灵敏电平。可以用不同大小和形状的按键来满足功能和审美要求。
  QTouch技能可以采用两种模式:正常或“触摸”模式和高灵敏度或“接近”模式。用高灵敏电荷传输接近感测来检测末端用户接近的手指,用用户接口中断电子设备或电气装置来启动系统功能。
  为了优异的电磁兼容,QTouch传感器采用扩频调制和稀疏、随机充电脉冲(脉冲之间具有长延迟)。单个脉冲可以比内部串脉冲间隔短5%或更短。这种要领的优点是较低的交叉传感器干扰,降低了RF辐射和极化率,以及低功耗。 


  QTouch器件对于慢变化(由于老化或环境条件改动)具有自动漂移补偿。这些器件具有几十的动态范围,它们不须要线圈、振荡器、RF元件、专门缆线、RC网络或大量的分立元件。QTouch做为一个工程方案,它是基本、耐用、精巧的方案。
  在多个触摸按键互相靠近时,接近的手指会导致多个按键的电容变化。Atmel专利的邻键抑制(AKS)采用迭代技能重复测量每个按键上的电容变化,比较结果和确定哪个按键是用户想要的。AKS抑制或忽略来自所有其他按键的信号,提供所选择按键的信号。这可防止 对邻键的假触摸检测。


  触摸屏系统设计
  一个触摸屏系统包括:前面板、传感器薄膜、显示单元、控制器板和集成支持。


  Atmel公司提供触摸控制器IC、控制电路板参考设计、传感器参考设计、集成支持和传感器测试设备设计,而合作伙伴提供传感器薄、传感器和前面板的集成和控制器电路板。
  Atmel提供用于1至10个按键和/或滑块/滑轮的器件——QTouch系列;用于多达48个按键和/或滑块/滑轮的器件——QMatrix系列;用于Single Touch和Two Touch触摸屏的器件QFild和QTwo系列。其中采用QT5320/5480器件的简易系统示于图5,触摸屏、滑块、滑轮和/或按键可由主机通过I2C兼容接口执行选择。

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