所謂的觸控就是不透過(guò)按鍵，而是以手指或筆尖接觸設(shè)備螢?zāi)簧系墓δ軋D示來(lái)操作。觸摸屏作為一種新的輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。
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觸控原理
當(dāng)筆或手指碰觸到屏幕時(shí),傳感器(Sensor)就輸出訊號(hào),這時(shí)控制器(controller)會(huì)將模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字訊號(hào),再經(jīng)由計(jì)算機(jī)里驅(qū)動(dòng)程序整合各組件編譯,最后輸出到屏幕上,顯示出手指觸摸位置.
觸控面板依不同的感應(yīng)原理,技術(shù)種類(lèi)可以分成:
· 電阻式 (Resistive Touch Panel)
4 wire /5 wire / 8 wire Resistive Touch Panel
全平面電阻 (Flat-Surface Resistive Touch Panel)
· 電容式(Capacitive Touch Panel)
表面電容 (Surface capacitance Touch Pane)
投射電容 (Projected Capacitive Touch Panel) PCAP
· 電磁式 (Electromagnetic Touch Panel)
· 波動(dòng)式
聲波式(Surface Acoustic Wave)
紅外線式(Infrared Touch Panel)
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電阻式觸控面板
電阻式觸控面板一般分為4線/5線/8線式,由分別代表X軸與Y軸的上層透明導(dǎo)電薄膜( ITO film )及導(dǎo)電玻璃( ITO glass )構(gòu)成,X與Y層面板中間透過(guò)點(diǎn)隔片(Dot spacer)保持間隔,形成一個(gè)電場(chǎng),當(dāng)按壓時(shí)會(huì)讓上下層的電極接觸,造成短路和電阻改變,此時(shí)控制器感測(cè)到電壓變化,計(jì)算出接觸點(diǎn)位置,因價(jià)格低及安裝容易優(yōu)勢(shì),成為市場(chǎng)上主要應(yīng)用的觸控技術(shù)之一.
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),電阻式屏幕透過(guò)外力按壓,上層受到手指或筆尖的壓力略微下凹.與下層接觸;造成電壓變化而輸出指令.
優(yōu)點(diǎn) : 價(jià)格便宜、技術(shù)門(mén)坎低、高成熟度,嚴(yán)苛環(huán)境可帶手套使用.
缺點(diǎn) : 表面硬度低、按壓久了容易有凹陷、不靈敏的現(xiàn)象,不適合長(zhǎng)期使用或嚴(yán)苛環(huán)境下使用.
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電容式觸控面板
電容式觸控面板分為表面電容與投射式電容,其結(jié)構(gòu)大致相同,是在玻璃或film材上將透明導(dǎo)電材料 (如ITO、Metal Mesh、Nano-wire等),以黃光(光罩)或印刷(網(wǎng)版)制程,制出圖案分別代表X軸與Y軸的線路.
控制器則負(fù)責(zé)分別驅(qū)動(dòng)單個(gè)X軸信道,并掃描每條Y軸信道訊號(hào).
當(dāng)手指觸及到面板時(shí),具導(dǎo)電性的手指會(huì)與XY軸交會(huì)處產(chǎn)生電容效應(yīng)變化,此時(shí)控制器掃描出觸控面板的電容值變化,進(jìn)而計(jì)算出手指觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置.
表面電容與投射電容式觸控面板的最大差異在,投射式藉由IC的搭配支持多點(diǎn)觸控(Multi-touch)及感應(yīng)Z軸的功能,加上獨(dú)特的觸控靈敏度,高耐用性及卓越的光學(xué)透明度,機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上還可達(dá)成窄邊框或全平面面板設(shè)計(jì),因此成為市場(chǎng)設(shè)計(jì)主流.
優(yōu)點(diǎn) : 靈敏度高、表面硬度高、光學(xué)穿透率高.
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電容式觸控面板結(jié)構(gòu)
電容式觸控面板的基本組成結(jié)構(gòu)包含觸控傳感器(Touch sensor)、保護(hù)蓋板(Cover lens)及 IC 控制器 (IC Controller) 3個(gè)部分.
Touch sensor 與Cover lens 結(jié)構(gòu)組成分為幾種 :
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電磁式觸控面板
基本原理是靠電磁感應(yīng)方式,電磁筆為訊號(hào)發(fā)射端,電磁板為訊號(hào)接收端,當(dāng)接近感應(yīng)時(shí)磁通量發(fā)生變化,藉由運(yùn)算而定義位置點(diǎn).
· 電磁式觸控面板的反應(yīng)靈敏,擁有Z軸感應(yīng)能力,適合用來(lái)繪圖,手寫(xiě)識(shí)別等等.
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波動(dòng)式觸控面板
波動(dòng)式觸控屏幕,它大體來(lái)說(shuō)可分為表面聲波、紅外線兩種,原理很類(lèi)似.
· 表面聲波式觸控技術(shù),利用兩組安置于觸控面板X(qián)軸和Y軸上的換能器(transducer)來(lái)發(fā)送與接收聲波 ;
控制器發(fā)送信號(hào)到換能器發(fā)射端后,透過(guò)布滿(mǎn)面板四周的音波反射條紋將訊號(hào)傳導(dǎo)回控制器.
意即在玻璃基板的角落安裝超音波發(fā)射器和接受器,基板的四邊則加裝反射條;當(dāng)手指或軟性物質(zhì)觸碰面板時(shí)會(huì)阻隔超音波,造成訊號(hào)衰減,衰減前與衰減后比對(duì),就能計(jì)算出觸碰的位置.
· 紅外線式觸控技術(shù),利用矩陣光束設(shè)計(jì),在邊框四周安裝紅外線發(fā)射器及接收器,運(yùn)作時(shí)形成紅外線網(wǎng)格,使用者操作時(shí)遮斷紅外線訊號(hào),看哪個(gè)偵測(cè)器收不到訊號(hào),就能得知觸碰點(diǎn)位置.
優(yōu)點(diǎn) :不會(huì)受到電流、電壓和靜電干擾.
缺點(diǎn) : 怕臟,灰塵、油污、液體造成干擾波動(dòng)傳遞,或造成錯(cuò)誤判讀.
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觸摸屏在車(chē)載領(lǐng)域的應(yīng)用
目前車(chē)載touch的功能，采用的都是電容屏，分為incell和oncell的概念，主要是touch panel的位置不同，主要依據(jù)touch panel 和touch IC實(shí)現(xiàn)touch的觸摸功能，當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，引起電容變化，touch IC會(huì)根據(jù)panel 的容值變化，計(jì)算出觸摸的坐標(biāo)位置以及手勢(shì)，根據(jù)touch IC的不同，會(huì)支持多指觸摸，手掌模式，各種復(fù)雜的手勢(shì)識(shí)別功能。
In-Cell ：指將觸摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法，即在顯示屏內(nèi)部嵌入觸摸傳感器功能，這樣能使屏幕變得更加輕薄。同時(shí)In-Cell屏幕還要嵌入配套的觸控IC，否則很容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的觸控感測(cè)訊號(hào)或者過(guò)大的噪音。因此，In-Cell屏都是純自容。
On-Cell：指將觸摸屏嵌入到顯示屏的彩色濾光片基板和偏光片之間的方法，即在液晶面板上配觸摸傳感器，相比In Cell技術(shù)難度降低不少。因此目前市面使用頻率最高觸摸屏的為Oncell屏。
OGS（One Glass Solution）：OGS技術(shù)就是把觸控屏與保護(hù)玻璃集成在一起，在保護(hù)玻璃內(nèi)側(cè)鍍上ITO導(dǎo)電層，直接在保護(hù)玻璃上進(jìn)行鍍膜和光刻。由于OGS保護(hù)玻璃和觸摸屏是集成在一起的，通常需要先強(qiáng)化，然后鍍膜、蝕刻，最后切割。這樣在強(qiáng)化玻璃上切割是非常麻煩的，成本高、良率低，并且造成玻璃邊沿形成一些毛細(xì)裂縫，這些裂縫降低了玻璃的強(qiáng)度。
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Touch IC的作用
touch IC控制器主要包括三部分，BootLoader，F(xiàn)irmware，Configuration。
BootLoader：引導(dǎo)程序，初始化相關(guān)的硬件，能夠更新Firmware作用。
Firmware ：能夠讀取sensor的信號(hào)，處理這些信號(hào)，實(shí)現(xiàn)touch功能有關(guān)的手勢(shì)和坐標(biāo)等功能，并且通過(guò)中斷相應(yīng)， 讓MCU 通過(guò)SPI或者IIC touch 有關(guān)信息，一般一款touch 的Firmware的功能是非常的全的。
Configuration：由于不同的客戶(hù)需要，對(duì)屏的尺寸，touch的報(bào)點(diǎn)坐標(biāo)以及手勢(shì)的具體需求差異，都可以通過(guò)Configuration進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)特定客戶(hù)的特定需求，而且還可以在做touch 的性能測(cè)試，魯棒性測(cè)試，EMC測(cè)試，如果出現(xiàn)touch失效的問(wèn)題，也可以通過(guò)修改Configuration進(jìn)行問(wèn)題的解決。
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touch 系統(tǒng)架構(gòu)
①touch panel和touch IC之間的TX和RX個(gè)數(shù)是由touch panel的大小，touch sensor個(gè)數(shù)以及報(bào)點(diǎn)坐標(biāo)的分辨率決定的，前提也是touch IC能夠支持這些TX和RX總線的數(shù)量；touch IC在idle 的狀態(tài)也通過(guò)RX和TX判斷touch panel上的sensor狀態(tài)，一般情況下，讀取sensor的raw 打他差異性越小越好，表示平整度很好，每個(gè)區(qū)域的性能一致性比較優(yōu)良。TX的脈沖周期可以理解為touch IC的掃描頻率，一般有8ms或者25ms等，我們可以用一個(gè)硬幣和示波器，并且把信號(hào)的放大倍數(shù)調(diào)到最大，可以同示波器的探針測(cè)試touch IC的掃描頻率，可以通過(guò)是否有掃描頻率判斷touch IC是否在正常的工作狀態(tài)。
②MCU和touch IC之間的IIC通信，MCU是master， touch IC是slave，MCU可以主動(dòng)的讀取touch IC的版本信息，配置信息，raw data，delta data，可以進(jìn)行自檢功能，當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，touch IC會(huì)收集touch panel的電容變化信息進(jìn)行算法處理，并把這些處理的touch信息用特定格式的報(bào)文信息存儲(chǔ)在RAM中，并且通過(guò)拉中斷的方式，讓MCU以最快的速度讀取touch IC的報(bào)文信息，MCU中 touch driver的開(kāi)發(fā)是針對(duì)特定的touch IC進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，是可以移植的和可配置的，touch的App是針對(duì)主機(jī)端的所需的touch的功能需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，會(huì)根據(jù)不同的主機(jī)，存在差異，主要的功能就是把touch IC的touch 報(bào)文信息轉(zhuǎn)換為主機(jī)端能夠識(shí)別的touch 信息的報(bào)文。
③主機(jī)端和MCU直接通過(guò)CAN信號(hào)或者LVDS進(jìn)行touch信息的傳輸，一般主機(jī)端會(huì)沿用安卓的touch相關(guān)的組件對(duì)touch 的報(bào)文信息進(jìn)行處理，處理完之后，會(huì)通知主機(jī)的HMI進(jìn)行有關(guān)的界面進(jìn)行切換。touch 的信號(hào)是通過(guò)中斷和LVDS的IIC back channel進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>
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電容觸摸屏優(yōu)缺點(diǎn)比較
1、屏幕的通透程度和視覺(jué)效果方面，OGS是最好的，In-Cell和On-Cell則次之。
2、輕薄程度，一般來(lái)說(shuō)In-Cell最輕最薄，OGS則次之，On-Cell比前兩者稍差。
3、屏幕強(qiáng)度（抗沖擊、抗摔），On-Cell最好，OGS次之，In-Cell最差。需要指出的是，OGS則因?yàn)橹苯訉⒖祵幈Ｗo(hù)玻璃與觸控層整合在一起，加工過(guò)程削弱了玻璃的強(qiáng)度，屏幕也很脆弱。
4、觸控方面， OGS的觸控靈敏度比On-Cell/In-Cell屏幕都要好，對(duì)多點(diǎn)觸控、手指、Stylus觸控筆的支持上，其實(shí)OGS也是好于In-Cell/On-Cell的。另外，還是因?yàn)镮n-Cell屏幕直接將觸控層和液晶層融合在一起，感測(cè)雜訊較大，需要有專(zhuān)門(mén)的觸控芯片進(jìn)行過(guò)濾和校正處理。OGS屏幕對(duì)于觸控芯片的依賴(lài)則沒(méi)那么高。
5、技術(shù)要求，In-Cell/On-Cell都比OGS要復(fù)雜，生產(chǎn)控制上，難度也更高。
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觸摸屏現(xiàn)狀及發(fā)展趨
隨著科技的不斷發(fā)展，觸摸屏從過(guò)去最初使用電阻屏到現(xiàn)在廣泛使用的電容屏?，F(xiàn)如今Oncell 和 Incell觸摸屏早已占據(jù)主流市場(chǎng)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板、汽車(chē)等各個(gè)領(lǐng)域。而以ITO薄膜材質(zhì)的傳統(tǒng)電容屏的局限性也愈加明顯，如阻值高、易折斷，難搬運(yùn)等，尤其是在曲面或曲面或是可撓式場(chǎng)景中，電容屏導(dǎo)電性和透光性較差。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)等對(duì)于大尺寸觸摸屏，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)觸摸屏更輕更薄更好握持度的需求，曲面、折疊柔性觸摸屏應(yīng)運(yùn)而生，并逐步地應(yīng)用于手機(jī)、車(chē)載觸摸，教育市場(chǎng)，視頻會(huì)議等場(chǎng)景。曲面折疊柔性觸摸正在成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
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