集成了觸摸屏功能的平板顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)工業(yè)和商業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，觸摸屏界面是一種廣受歡迎的技術(shù)。觸摸屏技術(shù)消除了對(duì)鍵盤(pán)或傳統(tǒng)鼠標(biāo)的需求，而是可通過(guò)代表特定任務(wù)的圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、直接的交互。在工業(yè)
應(yīng)用中，觸摸屏的這個(gè)特性有助于現(xiàn)場(chǎng)操作人員把精力集中在應(yīng)用上，并且大多數(shù)操作者都能正確地使用觸摸屏，而不論他們的計(jì)算機(jī)技能如何。觸摸屏成功應(yīng)用的關(guān)鍵是選擇合適的技術(shù)，并按照必需的步驟把觸摸屏整合到平板顯示系統(tǒng)中。這項(xiàng)工作正越來(lái)越多地由系統(tǒng)集成商來(lái)完成，他們設(shè)計(jì)觸摸屏，并把觸摸屏集成在標(biāo)準(zhǔn)的LCD系統(tǒng)中，從而使用戶無(wú)需再配備潔凈室。

一個(gè)完整的集成式觸摸屏開(kāi)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(gè)客戶的要求提供具有合適功能的定制系統(tǒng)，這對(duì)不熟悉或缺乏觸摸屏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)尤其有用。本文將討論集成了觸摸屏功能的平板顯示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟及設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。

1．應(yīng)用定義

在定義應(yīng)用時(shí)需要考慮這些問(wèn)題：這個(gè)集成了觸摸屏功能的平板顯示系統(tǒng)主要應(yīng)用在什么地方?它將用在工業(yè)控制或機(jī)器自動(dòng)化系統(tǒng)、醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)、銷(xiāo)售點(diǎn)(POS)系統(tǒng)或信息點(diǎn)(POI)系統(tǒng)、信息亭或自助服務(wù)亭，還是數(shù)字簽名應(yīng)用?它將放置在室內(nèi)還是室外?是否將用在惡劣環(huán)境中?它所要求的工作溫度范圍是多少?是否將在多種不同的環(huán)境中使用?它們將如何集成觸摸屏功能?

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(shí)更換屏幕，也可以采用機(jī)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(zhuān)門(mén)的潔凈室環(huán)境中進(jìn)行，特別是直接粘貼傳感器必須由受過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練的安裝人員使用專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行。采用機(jī)械方式安裝的觸摸傳感器，是一種設(shè)計(jì)用來(lái)安裝在顯示設(shè)備外部的觸摸傳感器，可以通過(guò)物理設(shè)備(例如支架或壓力襯墊材料)將它們固定在顯示設(shè)備外部。外部觸摸屏對(duì)LCD的影響較小，并且可以在現(xiàn)場(chǎng)或維修點(diǎn)替換傳感器時(shí)使用。觸摸屏控制器的功率要求也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題，因?yàn)樵S多觸摸屏控制器在5V或12V直流電壓下才能正常工作(圖1)。

2．安裝觸摸屏的準(zhǔn)則

在設(shè)計(jì)觸摸屏顯示器時(shí)，需要考慮的重要性能指標(biāo)包括：觸摸點(diǎn)的數(shù)目、觸發(fā)力度、LCD像素間距、期望的響應(yīng)時(shí)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(lèi)型(例如無(wú)源矩陣或有源矩陣TFTLCD)之外，還需考慮下面幾個(gè)額外的問(wèn)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或更高，具體數(shù)值依賴于其它相關(guān)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(duì)顯示器玻璃進(jìn)行粘接以防在室外公共環(huán)境遭到破環(huán)?在價(jià)格、性能、質(zhì)量以及能否長(zhǎng)期供貨這幾個(gè)因素中，哪個(gè)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)。

3．選擇合適的觸摸屏技術(shù)

一旦決定采用觸摸屏界面，下一步就要確定哪種觸摸屏技術(shù)最合適。常見(jiàn)的觸摸屏技術(shù)包括電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外掃描觸摸屏或表面聲波(SAW)觸摸屏。選擇時(shí)需要考慮的參數(shù)包括：工作環(huán)境、光學(xué)性能、LCD尺寸、透射率或透明度、期望壽命、防刮傷的能力、校準(zhǔn)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(duì)強(qiáng)光條件)、觸摸屏面板和控制器的成本。

通過(guò)將銦錫氧化物(ITO)鍍膜玻璃與PET薄膜像三明治似地夾在一起，可構(gòu)建一個(gè)電阻式觸摸屏。玻璃提供機(jī)械穩(wěn)定性，而PET則充當(dāng)把兩層ITO連接起來(lái)的柔性介質(zhì)。印在玻璃上的微小分隔點(diǎn)把各層隔離開(kāi)，并通過(guò)調(diào)節(jié)隔離點(diǎn)的尺寸、高度和密度，精確控制觸摸屏的性能。隔離點(diǎn)的密度決定了觸摸屏的觸發(fā)方式，比如，是采用低密度的手指操作還是較高密度的觸摸筆操作。

在從工業(yè)領(lǐng)域到消費(fèi)領(lǐng)域的各種應(yīng)用中，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(jià)格比較便宜，但缺點(diǎn)是光透射率一般不超過(guò)86％(盡管也有透射率更高的產(chǎn)品)，而且電阻層的前表面對(duì)尖銳物和腐蝕性化學(xué)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(dá)到NEMA 4／4X標(biāo)準(zhǔn)，所以大部分的主要人機(jī)界面制造商都采用了這項(xiàng)技術(shù)。

舉例來(lái)說(shuō)，在患者監(jiān)視和醫(yī)療設(shè)備控制的醫(yī)療應(yīng)用中，用戶必須戴著手套直接進(jìn)行(不使用外部指點(diǎn)設(shè)備)觸摸屏。為滿足這種應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)工程師可以把一個(gè)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(duì)角線)、亮度為400尼特、帶SVGA分辨率、具有高對(duì)比度且?guī)в蠰VDS接口的有源矩陣LCD。

與電阻式觸摸面板一樣，采用SAW技術(shù)的LCD可以利用任何類(lèi)型的指向裝置(例如手指或觸摸筆)。SAW觸摸屏具有杰出的防刮傷能力和校準(zhǔn)穩(wěn)定性(無(wú)漂移)、透光性好(92％)，而且?guī)缀醪淮嬖谖锢砟p問(wèn)題。SAW觸摸屏技術(shù)廣泛用于游戲、辦公自動(dòng)化和室內(nèi)自助服務(wù)亭(例如ATM)應(yīng)用，但缺點(diǎn)是極易受到灰塵和其它微粒的污染。在面向公眾的信息亭類(lèi)應(yīng)用中，還存在另外一些污染的威脅，例如，雨水、雪或者粘到觸摸屏上的口香糖塊等將阻斷觸摸屏傳感器前方的聲波傳輸模式，從而降低觸摸屏的操作性能。

電容式觸摸屏采用帶有氧化鋅涂覆層(已用微小電流進(jìn)行了充電)的玻璃基底。當(dāng)導(dǎo)電性觸摸筆或手指接觸到屏幕表面時(shí)，它將產(chǎn)生電容性耦合，從觸摸點(diǎn)處吸取電流，這樣，觸摸屏控制器可依此確定觸摸點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。電容式觸摸屏的玻璃基底的防刮能力很強(qiáng)、透光性好，用其構(gòu)造的觸摸屏系統(tǒng)可達(dá)到NEMA4／4X防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。但這項(xiàng)技術(shù)要求采用某種類(lèi)型的導(dǎo)電性指向裝置，而對(duì)戴手套的手指或非導(dǎo)電性裝置沒(méi)有反應(yīng)，因此它不適合在工業(yè)應(yīng)用和潔凈室環(huán)境中使用。

紅外掃描觸摸屏(也稱為IR觸摸屏)技術(shù)利用紅外發(fā)射器一接收器，在離屏幕表面的一小段距離上投射出一個(gè)不可見(jiàn)的光網(wǎng)格。當(dāng)光束被阻斷時(shí)，接收器上的信號(hào)缺失被檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成觸摸屏的X／Y坐標(biāo)。圖2闡述了這種技術(shù)的工作方式。紅外掃描觸摸屏技術(shù)通常用于信息亭、游戲、零售、衛(wèi)生保健和工業(yè)人機(jī)界面(HMI)等應(yīng)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(méi)有校準(zhǔn)漂移。不過(guò)，這種技術(shù)的應(yīng)用是有限制的，它無(wú)法檢測(cè)微小的指點(diǎn)區(qū)域，因此不適于對(duì)分辨率要求很高的、要求捕獲簽名的應(yīng)用(如POS機(jī))。紅外掃描觸摸屏的分辨率確實(shí)達(dá)不到防止簽名失真所要求的精度，因?yàn)榧t外掃描要從一個(gè)光束切換到另一個(gè)光束。

4．選擇控制板

在選擇控制板時(shí)需考慮：是采用串行接口(RS-232)、USB還是PS／2，將觸摸控制器與計(jì)算機(jī)主板上的CPU連接起來(lái)?

如果觸摸控制器和觸摸傳感器離主機(jī)有一段距離，那么這個(gè)距離將影響對(duì)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(gè)5V或12V的直流電源)，而采用USB接口的控制器可以從主機(jī)系統(tǒng)的USB端口直接獲取電源。

5．選擇外殼

當(dāng)將觸摸面板和觸摸控制器與LCD、LCD控制器和相關(guān)組件封裝在一起時(shí)，也要考慮許多因素，其中最重要的是選擇合適的外殼。另外，是否需要密封、是否需要達(dá)到NEMA級(jí)或IP級(jí)防護(hù)，以及如何處理可能的污染物(例如化學(xué)制品或極熱和極冷物質(zhì))也是需要考慮的問(wèn)題。

如果您在自行設(shè)計(jì)集成觸摸屏功能的平板顯示系統(tǒng)，相信本文會(huì)對(duì)您的設(shè)計(jì)提供深入和有益的幫助。如果公司內(nèi)部缺乏完成設(shè)計(jì)工作所需要的工程資源，則可以依賴對(duì)顯示器和相關(guān)子系統(tǒng)有多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的增值解決方案集成商，他們知道如何用所有這些組件構(gòu)成一個(gè)完美的功能系統(tǒng)。