引言

　　近年來，觸控手機的數量成幾何倍數增長，用戶可以用手指直接與手機系統進行交互。觸摸屏觸控大體上有兩種方式：觸筆觸控和手指觸控。

　　觸筆觸控是使用特制的觸摸筆點擊界面上的圖形目標來完成交互，這種交互方式要求用戶一只手固定手機設備，另一只手操作觸筆點擊觸摸屏，交互過程需兩只手共同參與才能完成。由于手機用戶常處于移動狀態，很難滿足上述操作要求，控制效率低下。手指觸控可以單手持握手機，用拇指點擊或滑動來完成觸控，已是當今觸摸屏發展的主流。

　　1 觸摸屏構成及原理

　　適用于移動設備和消費電子產品的觸摸屏技術包括電阻式觸摸屏和投射電容式（projectedcapacitive）觸摸屏。觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器配合使用，能測量出觸摸點在屏幕上的坐標位置，就可根據顯示屏上對應坐標點的顯示內容或圖符獲知觸摸者的意圖。

　　1.1 電阻式觸摸屏

　　電阻觸摸屏是一塊四層透明的復合薄膜屏，最下面是玻璃或有機玻璃構成的基層，最上面是一層外表面經過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導電層ITO（Indium Tin Oxide ，銦錫氧化物，一種透明的導電材料），分別在基層和塑料層之內，兩導電層之間有許多細小的透明隔離點把它們隔開。電阻式觸摸屏結構如圖1 所示。

　　圖1 電阻式觸摸屏結構

　　當手指觸摸屏幕時，兩導電層在觸摸點處接觸。觸摸屏的兩個金屬導電層是觸摸屏的兩個工作面，在每個工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對電極。若在一個工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會形成均勻連續的平行電壓分布。當在X方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y方向電極對上不加電壓時，在X平行電壓場中，觸點處的電壓值可以在Y+（或Y-）電極上反映出來，通過測量Y+ 電極對地的電壓大小，便可得知觸點的X坐標值。同理，當在Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+ 電極的電壓，便可得知觸點的Y坐標，如圖2 所示。根據X坐標和Y坐標可知觸摸點在屏幕上的位置。

　　圖2 電阻觸摸屏線路圖

　　電阻式觸摸屏是大批量應用、低成本的技術，其缺點是：堆疊厚，相對較為復雜；光學性能不良，需要較大功率的背光；不能檢測多個手指的動作；必須有壓力才能動作；需要用戶校準。

　　1.2 投射電容式觸摸屏

　　投射電容式觸控技術主要有兩種：一種是自電容型，另一種是互電容型。

　　互電容屏也是在玻璃表面用ITO 制作橫向電極與縱向電極，兩組電極交叉的地方會形成電容，也即這兩組電極分別構成了電容的兩極，形成電容矩陣。

　　如圖3 所示，當手指觸摸到電容屏時，由于人體是導電的，所以在ITO 電極與手指之間形成了新的電容，從而改變了原來兩個ITO 電極之間的電容量。檢測兩電極間互電容大小時，橫向的電極依次發出激勵信號，縱向的所有電極同時接收信號，這樣可以得到所有橫向和縱向電極交匯點的電容值大小，即整個觸摸屏二維平面的電容大小。

　　圖3 投射電容式觸摸屏

　　根據觸摸屏二維電容變化量數據，行列傳感器信號最強的交叉點即為觸摸點，如圖4 所示，通過內插法數值逼近能非常精確地確定手指位置的坐標值。設計一個投射電容傳感器陣列的目的是，在同一時間使手指能夠與多于一個的X傳感器和一個以上的Y傳感器發生作用，結合其它技術能實現多點觸摸。

　　圖4 行和列傳感器的信號強度確定了觸摸的位置

　　當幾個觸摸按鍵互相靠近時，接近的手指會導致多個按鍵電容的變化。Atmel 專利的鄰鍵抑制（AKS）技術采用迭代法重復測量每個按鍵上的電容變化，比較結果來確定哪個按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其它按鍵的信號，提供所選擇按鍵的信號，這可防止鄰鍵的假觸摸。

　　投射電容式觸摸屏相比其它觸摸屏技術的優勢是：信噪比高；觸摸屏表面的清晰度和亮度比電阻屏高；能夠支持多點觸摸；無需用戶校準。其缺點之一是當戴手套或者用絕緣體觸摸時無反應，此外，還存在漂移現象，當溫度或濕度較高時會不敏感，當人體或另一只手靠近時會誤動作。

　　2 觸摸屏系統

　　如圖5 所示，一個觸摸屏系統包括：前面板、傳感器薄膜、顯示單元、控制器板和系統軟件。

　　圖5 觸摸屏系統

　　前面板是終端產品的最表層。在某些產品中，它將透明的蓋板圍起來，以免受到外部惡劣氣候或潮濕的影響，也防止下面的傳感產品受到劃刻以及破壞。

　　觸摸屏“傳感器”是一個帶有觸摸響應表面的透明玻璃板，用來檢測觸摸輸入。該傳感器被安放到LCD 上面，使得面板的觸摸區域能覆蓋顯示屏的可視區域。前已述及，在觸摸時，根據電容值變化的數據，從而可確定屏幕上的觸摸位置。

　　用于觸摸屏的LCD 選擇方法與傳統系統中基本相同，包括分辨率、清晰度、刷新速度、成本等。但在觸摸屏中另一個主要的考慮是輻射電平，由于觸摸傳感器中的技術基于面板被觸摸所產生的微小電容變化，能夠輻射許多電磁噪聲的LCD 是設計中的難點。

　　觸摸控制器是一個小型的微控制器芯片，它位于觸摸傳感器和嵌入式系統控制器之間。觸摸控制器提取來自觸摸傳感器的信息，并將其轉換成嵌入式系統控制器能夠理解的信息。該芯片可以裝配到系統內部的控制器板上，也可以粘貼到玻璃觸摸傳感器上的柔性印刷電路上。

　　觸摸屏驅動器軟件可以來自原廠商，也可以是后來加裝的軟件。該軟件應能使觸摸屏和系統控制器一同工作，它將告訴產品的操作系統如何解析來自觸摸控制器的觸摸事件信息。在嵌入式系統中，嵌入式控制驅動器必須將出現在屏幕上的信息與接收到的觸摸位置進行比對。

　　3 MMI 目標提取方法

　　臺灣聯發科技公司提供的MTK 手機平臺中的MMI 模塊即人機界面模塊，主要負責人機界面的顯示、屏幕流的控制以及與L4 層進行通信完成人機交互。MMI 模塊主要由三部分組成，分別是應用層軟件、框架和圖像用戶接口。

　　3.1 按鍵提取方法

　　如圖6 所示，在獲得觸摸點消息后，系統MMI 層調用MMI 層坐標轉換函數提取驅動層發送的觸摸點位置信息，并轉化為MMI 層的位置信息。當有觸摸操作進行時，底層驅動程序向MMI 層發送觸摸點的位置信息。在獲得驅動層觸摸點信息后，系統MMI 層調用MMI 層坐標轉換函數提取驅動層發送的觸摸點位置信息，并轉化為MMI 層的位置信息。如果系統所發事件是按下事件（MMI_PEN_EVENT_DOWN），系統根據觸摸點坐標調用當前按鍵信息提取函數獲得被選按鍵信息；如果是滑動事件（MMI_PEN_EVENT_MOVE），則進行滑動方向判斷。

　　圖6 按鍵提取流程圖

　　3.2 滑動操作的目標提取方法

　　以圖片瀏覽為例，手指向左滑動顯示上一張圖片，向右滑動顯示下一張圖片。如圖7 所示，設置有效的滑動區域，并且根據屏幕大小設置一個合理的滑動閾值，以防手指的微小滑動導致誤操作。具體操作流程如圖8 所示。

　　圖7 手指滑動區域

 圖8 使用拇指滑動控制圖片的操作流程

　　當手指按下時，首先判斷按下點的坐標是否在設定的有效區域內，再判斷抬起點的坐標是否在設定的有效區域內。當手指按下點和抬起點都在有效范圍內時，計算滑動距離，若滑動距離小于設定閾值，當作是無效觸摸，不做任何處理?；瑒泳嚯x大于設定的閾值且向左滑動，切換為上一張圖片；滑動距離大于設定的閾值且向右滑動，切換為下一張圖片。

　　4 結論

　　從顯示器、手機，到GPS、辦公設備、醫療監控等各種設備，觸摸屏都正在快速地應用到各個領域。

　　觸摸屏具有極好的外觀，觸控效率高，還提供了較高的安全性能、抗惡劣氣候性能和耐磨性，利用多點觸控技術將開辟一個全新的、廣闊的市場。