显示技术与人机交互—触摸屏测评

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    随着计算机技术的普及,在20世纪90年代初,出现了一种新的人机交互作用技术--触摸屏技术。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作,这样摆脱了键盘和鼠标操作,使人机交互更为直截了当。因此,触摸屏技术已成为当前*简便的人机交流的输入设备。
 
  触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时,所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测,并通过接口(如RS-232串行口)送到CPU。从而确定输入的信息。

  触摸屏系统一般包括两个部分:触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置。触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸检测装置一般安装在显示器的前端,主要作用是检测用户的触摸位置,并传送给触摸屏控制卡。

  触摸屏从低档向**逐步升级和发展:从电阻式、红外线式走向电容感应式和表面声波式。下面主要介绍一下表面声波触摸屏的原理与使用。

    普通的表面声波触摸屏长期运行中因灰尘堆积,会影响其触摸性能.但经过改良后的就又另当别论了。

   1.全金属的防护框严严地把反射条纹封闭起来,灰尘再无法
    进入,达到免维护的效果。
   2.金属框还增强了触摸屏的强度,安装时更省心。

    下面给出表面声波触摸屏的原理,以示参考。

    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。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃,区别于别类触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。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。

工作原理以右下角的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*右边的*早到达,走*左边的*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,*远的比*近的多走了两倍X轴*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。

    表面声波触摸屏一个特点是抗暴,因为表面声波触摸屏的工作面是一层看不见、打不坏的声波能量,触摸屏的基层玻璃没有任何夹层和结构应力(表面声波触摸屏可以发展到直接做在CRT表面从而没有任何"屏幕"),因此非常抗暴力使用,适合公共场所。

  表面声波**个特点反应速度快,是所有触摸屏中反应速度*快的,使用时感觉很顺畅。

  表面声波第三个特点是性能稳定,因为表面声波技术原理稳定,而表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置,所以表面声波触摸屏非常稳定,精度也非常高,目前表面声波技术触摸屏的精度通常是4096×4096×256级力度。

  表面声波触摸屏的第四个特点是控制卡能知道什么是尘土和水滴,什么是手指,有多少在触摸。因为:我们的手指触摸在4096×4096×256级力度的精度下,每秒48次的触摸数据不可能是纹丝不变的,而尘土或水滴就一点都不变,控制器发现一个"触摸"出现后纹丝不变超过三秒钟即自动识别为干扰物。

  表面声波触摸屏第五个特点是它具有第三轴Z轴,也就是压力轴响应,这是因为用户触摸屏幕的力量越大,接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深。目前在所有触摸屏中只有声波触摸屏具有能感知触摸压力这个性能,有了这个功能,每个触摸点就不仅仅是有触摸和无触摸的两个简单状态,而是成为能感知力的一个模拟量值的开关了。这个功能非常有用,比如在多媒体信息查询软件中,一个按钮就能控制动画或者影像的播放速度。

    表面声波触摸屏的缺点是触摸屏表面的灰尘和水滴也阻挡表面声波的传递,虽然聪明的控制卡能分辨出来,但尘土积累到一定程度,信号也就衰减得非常厉害,此时表面声波触摸屏变得迟钝甚至不工作,因此,表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏,一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏。