CN203232405U - 应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，它包括触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，触摸感应单元采用单面带透明导电层的玻璃，在玻璃屏的4条边缘相交的4个角上有与透明导电层相连的4个电极；4个电极接至触摸屏控制器，触摸屏控制器的中断信号输出端接至主板控制单元中断信号输入端。触摸屏控制器的其它信号输出端接至主板控制单元的其它信号输入端。本实用新型提供的表面电容式触摸屏，相对投射式电容屏，在制作工序上相对简单，同时在组成结构上也得到了简化，只需要单层透明导电层就能实现。这样就不需要最外围的那层保护层玻璃，降低了厚度，在成本上也得到了降低，但在功能上能满足ATM等尺寸触摸屏的功能要求。
Description
技术领域
本实用新型提出表面电容式触摸屏，其可以广泛应用于大尺寸的人机交互设备上，属于电容式触摸屏技术领域。
背景技术
人机界面，又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。中国是全球人机界面需求量最大的市场，目前，国内的人机界面厂商整体业绩呈现出快速增长的状态。
触摸屏是一种定位设备，用户可以直接用手向计算机输入坐标信息，与鼠标、键盘一样，也是一种输入设备。目前，触摸屏技术作为一种新型的人机交互输入方式，具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。表面电容式触摸屏作为电容式触摸屏的一种，其灵敏度非常高，只要轻轻一摸就可以被系统识别，同时电容式触摸屏防刮擦、防暴能力强，不怕尘埃、水及污垢影响，适合在恶劣环境下使用。
目前，应用在大尺寸人机交互设备上的触摸屏，如ATM、大型工控设备等，其触摸屏的尺寸一般都在14英寸左右。在此类设备上，传统的方法是采用红外线触摸屏和表面声波触摸屏，运用电容式触摸屏的厂商还很少。
红外线触摸虽然不受电压、电流和静电干扰，但红外触摸屏在球面显示器上使用时感觉不好，屏幕能实现的分辨率也比较低，同时容易受到强光的干扰，要求在室内使用。表面声波触摸屏是利用声波在刚体表面传播的特性设计而成，其具有分辨率高、响应速度快，使用寿命长和成本低的优点，但如触摸屏上沾有灰尘，将对触摸屏的使用带来影响，同时也不支持防水操作，需要在室内使用。
而表面电容式触摸属于电容式触摸屏的一种，具备电容式触摸屏的所有优点，同时相对投射式电容屏，虽然只能实现单点触摸，但在制作工艺上相对简单，易实现，能满足大尺寸人机交互设备的触摸要求。
发明内容
本案所要解决的技术问题：本实用新型提供的应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，不仅在结构厚度和制作成本上，相对红外线和表面声波触摸屏有所降低，同时能弥补这两类触摸屏的缺点，在功能上也能实现单点触控的要求。
技术方案
基于以上技术问题本实用新型提出的技术方案是：应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏包括触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，所述触摸感应单元采用单面带ITO的玻璃，在玻璃屏的4条边缘相交的4个角上有与透明导电层相连的4个电极；4个电极接至触摸屏控制器，触摸屏控制器的中断信号输出端接至主板控制单元中断信号输入端。触摸屏控制器的其它信号输出端接至主板控制单元的其它信号输入端。
技术效果
本实用新型提供的表面电容式触摸屏，相对投射式电容屏，在制作工序上相对简单，同时在组成结构上也得到了简化，只需要单层透明导电层就能实现。这样就不需要最外围的那层保护层玻璃，降低了厚度，在成本上也得到了降低，但在功能上能满足ATM等尺寸触摸屏的功能要求；另外，表面电容式触摸屏弥补了红外线和表面声波触摸屏的缺点，也支持室内和室外的正常工作，在恶劣的环境中也能正常使用。
附图说明
图1是本实用新型应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏电路结构示意图；
图2是本实用新型应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏的玻璃屏及LED机械结构示意图；
图3是在触摸传感区域的外围布置线性化电极的外形示意图；
图4是本实用新型应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏的触摸感应单元等效电路结构示意图；
图５是本实用新型应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏的触摸屏控制器电路原理方框图。
具体实施方式
如图１所示，应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏包括触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，所述触摸感应单元包括玻璃屏，如图２所示，在所述玻璃屏1的下表面涂有透明导电层2，所述的透明导电层为ITO(Indium Tin Oxide,氧化铟锡)层或纳米银层或者石墨烯层。在本实施例中，其触摸感应单元采用ITO层作为工作面，在所述的ITO层的下表面有很小的空气间隙3，在其下表面贴合有液晶显示器4（LED）。在玻璃屏的4条边缘相交的4个角上有与透明导电层相连的4个电极；如直接将四个边缘电极通过与银浆等金属物质的搭载引出，则产生的电场是高度非线性化的。而本实用新型，不是直接将四个电极引出，而是采用是电场线性化的电极，在透明导电层区域（触摸传感区域）的外围布置成如图3所示的电极，所述电极为围绕在透明导电层外围区域的印刷有银浆图案的电场线性化电极。4个电极通过金属银浆引出后与柔性电路板进行绑定，所述柔性电路板接至触摸屏控制器；即4个电极接至触摸屏控制器，完成触摸感应单元与触摸屏控制器的通讯。触摸屏控制器的输出端经柔性电路板再与主板控制单元相连。通过IIC的通讯方式实现与主板控制单元的通讯。触摸屏控制器的中断信号输出端接至主板控制单元中断信号输入端。触摸屏控制器的其它信号输出端接至主板控制单元的其它信号输入端。如图5所示，所述的触摸屏控制器包括依次串联的交流-直流变换器、模拟滤波器、放大器、模数转换器（A/D转换器）和固件。
本实用新型的电容式触摸屏，其实现工作原理如下：电容式触摸屏的每个电极采用振荡驱动信号供电，其驱动信号一般采用高频率的正弦或方波信号，当人体触摸屏幕时，透明导电层与手指之间的电容耦合将产生一个小的电流，该电流流向四角线的各条线上，然后通过交流-直流转换器将四角线各条线上的振荡电流转换为直流信号。随后再经过一个模拟滤波器，把大部分环境噪音去除掉，仅保留RMS信号（均方根值信号又称有效值信号），得到稳定的测量信号。然后该信号传到增益放大级，采用各种自动增益方法去控制放大这个微小的被测信号。经放大后的这个高质量信号再经过A/D转换器转换为数字信号。一旦信号通过A/D转换器，固件进一步判断触摸信号是否在有效区域内，即判断触摸信号是否超过有效区域的上下限，如果超出上下限，则判断此信号为干扰，触摸屏对此干扰信号做不响应处理，如果在有效区域内，即判断触摸信号在有效区域的上下限内，运用坐标定位原理通过软件处理给出手指的触控位置，同时发出中断信号，将此坐标信号传递给主板控制单元，主板控制单元通过中断对此信号进行处理。
如图3所示，采用的是电场线性化的电极，除去中间视窗部分为透明导电层，外围的区域阴影部分为ITO等材料的透明导电层（与视窗同材料），外围的非阴影区域为银浆等金属材料，银浆等金属材料是通过印刷印在上面的，通过此将4个电极加到触摸感应单元。其工作理如下：当触摸屏工作时，通过分时对两对电极供给相反的高频电压源，（如图4,电极1和电极3组成一对电极，电极2和电极4组成另一对电极）。当手指触摸到触摸屏的上表面时，此时人体和触摸屏的工作面形成的耦合电容器相当于导体，这样手指在触摸点吸去一部分电荷，即是一个微小的电流，这电流分别从触摸屏的四个电极输出。以电极1处的位置为坐标原点位置，其坐标定位原理如下：
X=L1*(I2+I3)/(I1+I2+I3+I4)；
Y=L2*(I3+I4)/(I1+I2+I3+I4)；
I1、I2、I3、I4分别为四个角的引线输出的电流；L1、L2为表面电容式触摸屏的透明导电层的尺寸。
Claims (5)
1.应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏包括触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，其特征在于：所述触摸感应单元采用单面带透明导电层的玻璃，在玻璃屏的4条边缘相交的4个角上有与透明导电层相连的4个电极；4个电极接至触摸屏控制器，触摸屏控制器的中断信号输出端接至主板控制单元中断信号输入端,触摸屏控制器的其它信号输出端接至主板控制单元的其它信号输入端。
2.如权利要求1所述的应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：所述的透明导电层为氧化铟锡（ITO）层、纳米银层或石墨烯层。
3.如权利要求1或２所述的应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：所述的4个电极通过银浆导电层引出再与柔性电路板绑定接至触摸屏控制器，所述的主板控制单元通过柔性电路板接至触摸屏控制器。
4.如权利要求1或２所述的应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于： 所述电极为围绕在透明导电层外围区域的印刷有银浆图案的电场线性化电极。
5.如权利要求1或２所述的应用于大尺寸人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：所述的触摸屏控制器包括依次相连的交流-直流变换器、模拟滤波器、放大器、模数转换器和固件；电容式触摸屏的４个电极分别接至振荡驱动电路，所述的交流-直流转换器将４个电极的振荡电流转换为直流信号，所述模拟滤波器滤除环境噪音，并保留均方根值信号，放大器为自动增益放大器, 模数转换器将模拟信号转换为数字信号，固件包括触摸按键判断装置，用于判断是否有触摸信号按下。
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