CN103257771A - 一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，实现将电容式触摸屏应用于以ATM为代表的大尺寸人机交互设备中，不仅使其具备电容式触摸屏的优点，同时也在制作成本上及工艺简单程度上也较红外线触摸屏和表面声波触摸屏有所降低。基于此本发明的技术方案是：一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏包括玻璃、触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，在所述玻璃的底面分布有多个触摸感应单元的透明导电层，所述多个触摸感应单元与触摸屏控制器相连，所这触摸屏控制器与主板控制单元相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容式触摸屏，尤其涉及一种在大尺寸人机交互设备上应用的电容式触摸屏。
背景技术
随着电子化、网络化的日新月异，以ATM交易为代表的自助交易为代表的自助交易将逐步取 代柜台交易，成为现在许多企业为客户服务的主渠道。以ATM为代表的人机交互设备在未来的运行效率、运营成本、管理水平和盈利能力的高度将直接决定其核心竞争力的高低。近几年自助交易设备的交易量迅速增长的趋势可以预见，办理自助业务的客户也会越来越多。
目前，以ATM为代表的人机交互设备，其屏幕尺寸相对手机等消费电子产品，其尺寸都比较大，一般都在17英寸左右。目前，应用在此类人机交互设备上的触摸屏，传统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。
红外触摸屏是在紧贴屏幕前密布X、Y方向上的红外线矩阵，通过不断地扫描是否有红外线被物体阻挡检测并定位用户的触摸。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。
而电容式触摸屏作为目前最流行的一种触控方式，其不仅能够实现单点触摸加滑动，而且灵敏度和分辨率非常高，就算表面沾有水滴和油污，也不影响使用，同时支持在室内和室外的使用。目前，电容式触摸屏得到了越来越广泛的应用。
触摸屏技术作为一种新型的人机交互输入方式，与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观。因此，触摸屏将在人机交互设备中得到越来越广泛的应用。电容触摸屏是触摸屏中的一种，其结构能保护导体和感应器，而且更能有效地防止外在环境因素对触摸屏幕造成的影响，就算屏幕沾有污渍、尘埃或油渍，依然能准确算出触摸位置，其具有精度高，反应快，同时也具有较高的分辨率，也更耐刮擦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，不仅使其具备电容式触摸屏的优点，在功能上能满足大尺寸人机交互设备单点触控的要求，同时也在制作成本上及工艺简单程度上也较红外线触摸屏和表面声波触摸屏有所降低。
本发明为了实现上述发明目的采用如下技术方案：一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏包括玻璃、触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，在所述玻璃的底面分布有多个触摸感应单元，所述触摸感应单元为贴于玻璃底面的透明导电层，所述多个触摸感应单元与触摸屏控制器相连，触摸屏控制器与主板控制单元相连。
技术效果
1）直接采用单面带透明导电层的平板玻璃，通过蚀刻工艺，保留操作界面上需要触控功能的透明导电层。这样在结构上就不再需要最外层作为保护层的玻璃，这样使得产品的厚度得到了降低，同时在制作成本上也相应地得到了减少；２）在触摸感应单元的外围引线也采用透明导电层，不要再印刷一层最外层的金属引线，这样简化了制作的工序，节省了开发时间。３）此电容式触摸屏能弥补红外线触摸屏和表面声波触摸屏的缺点，在室内和室外都能正常使用。
附图说明
图1是本发明一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏电路结构示意图；
图2是本发明一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏机械结构示意图；
图3是本发明手指和感应单元的电容模型图；
图4是本发明的方波发生器电路原理图；
图5是本发明的位流调制滤波器位流调制波形示意图；
图6是本发明应用在如ATM上的电容式触摸屏的透明导电层与操作界面结合图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏包括玻璃1、触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元。如图2所示，所述的触摸感应单元为贴于玻璃底面的透明导电层2，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；触摸感应单元为在GLASS底面通过蚀刻工艺蚀刻出ITO透明导电层。如图６所示，在不需要有触控功能位置处蚀刻掉的透明导电层，而保留需要有触控功能位置处的透明导电层。此工艺相对目前投射式电容式触摸屏，其制作工艺得到了很大的简化，既不需要蚀刻出复杂的导电层图案，同时也不需要多层结构来实现，同样所述触摸感应单元的外围引线与触摸感应单元采用相同的材料，都为透明导电物质，再通过柔性电路板与触摸屏控制器进行绑定，这样就不要再印刷外围的金属引线，简化了制作工序。采用此触摸感应单元，相比红外线触摸屏和表面声波触摸屏，不需要再增加最外层的保护玻璃，使得产品的总厚度得到了降低，同时也降低了制作成本。触摸屏控制器通过柔性电路板接至主板控制单元。触摸屏控制器通过IIC的通讯方式实现与主板控制单元的通讯。当人的手指操作触摸时，触摸屏控制器产生中断信号，将此信号传递给主板控制单元，主板控制单元中断对相应的信号进行处理。上述透明导电层还可以为石墨烯或纳米银层。但也可以为其他透明导电层。
如图４至图５所示，所述的触摸屏控制器包括A/D转换器、位流调制滤波器、时钟和微处理器。其中A/D转换器包括相串联的方波发生器和锁存器，方波发生器包括迟滞比较器和和RC积分电路组成。其中迟滞比较器是工作在非线性区的运放器，其输出电压只有两个值：一个正向饱和值（3.3V）和负饱和值（0V），VCC由电阻R1和R31进行分压进入正向输入端，电阻R30构成正反馈；运算放大器（U1）的输出端通过第一反馈电阻(R30)接至运算放大器(U1)的正向输入端；接于运算放大器反向输入端的电阻R24和电容C构成积分电路（其中电容C为触摸感应区域与地的电容）。另外，位流调制滤波器的定时器决定每次扫描周期的间隔，防止计数器数值在读取器件内变化。如图４所示，所述位流调制滤波器包括定时器、与门和计数器，所述时钟信号通过分频器接至与门电路的输入端，与A/D转换器的输出信号进行与操作；与门的输出接至计数器的使能端，定时器的输出端接至计数器的控制端，决定每次扫描结束后的中断时间，计数器的信号输出端接于微处理器的信号输入端。计数器对其频率更高的信号VC1进行计数，每次扫描周期结束后，产生中断信号，微处理器通过软件处理判断有无手指触摸。
所述的微处理器还包括触摸按键状态判断装置，触摸按键状态判断装置接收计数器的输出信号，与预设值进行比较，当计数器的数值小于预设值，认为触摸感应单元有手指接触，则认为此处触摸按键被按下，产生中断信号传递给主板控制单元。
本发明的电容式触摸屏，其实现原理如下：如图３所示，由于触摸感应单元由透明导电物质构成，其与地之间存在一个寄生电容,在手指触摸时，手指与触摸感应单元就会产生一个感应电容，则触摸感应单元与地之间的电容就会增加，增加的数值为手指与触摸感应单元之间的感应电容。基于此特性，图5中电容C代表触摸感应单元与地之间的电容，由于运算放大器工作在非线区，则B点的电位要么为高电平，要么为低电平。当B点输出为高电平时，通过电阻R24对电容C进行充电；当B点为低电平时，电容C进行放电。由于放电的始末电压和充电的始终电压对应相等，因此冲放电时间相等,可见，这是一个标准的占空比为50%的方波发生器。 同时由图5可知，电容C和电阻R24决定了B点方波的周期T,而电路中电阻值不会改变，当手指触摸时，则电容C增加，则导致电容C的充放电周期加大，由于扫描时间不变，则方波的翻转次数减少，最终导致计数器的数值减少。
Claims (6)
1.一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，包括玻璃、触摸感应单元、触摸屏控制器和主板控制单元，其特征在于：在所述玻璃的底面分布有多个触摸感应单元，所述触摸感应单元为贴于玻璃底面的透明导电层，所述多个触摸感应单元与触摸屏控制器相连，触摸屏控制器与主板控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：触摸感应单元的外围引线采用透明导电材料，所述的外围引线通过柔性电路板与触摸屏控制器相连，触摸屏控制器通过柔性电路板接至主板控制单元。
3.根据权利要求1或２所述的一种应用于大尺寸的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A/D转换器、位流调制滤波器、时钟和微处理器，其中A/D转换器包括相串联的方波发生器和锁存器，方波发生器则包括迟滞比较器和RC积分电路，所述的迟滞比较器包括第一分压电阻（R1）、第二分压电阻（R31）、运算放大器（U1）和第一反馈电阻（R30），所述RC积分电路包括电阻（R24）和电容（C），所述第一分压电阻(R1)的一端与第二分压电阻(R31)的一端相连，第一分压电阻（R1）的另一端接至电源，第二分压电阻（R31）与地相连，第一分压电阻（R1）和第二分压电阻（R31） 的相连端则接至运算放大器(U1)的正向输入端，运算放大器（U1）的输出端通过第一反馈电阻(R30)接至运算放大器(U1)的正向输入端；电容（C）的一端为所述的触摸感应单元的输出端，其接至运算放大器（U1）的反向输入端，电阻（R24)一端接到运算放大器（U1）的输出端，另一端接至运算放大器的反向输入端，所述A/D转换器的锁存器输出端接至位流调制滤波器的输入端，所述位流调制滤波器包括定时器、与门和计数器，所述时钟信号通过分频器接至与门电路的输入端，与A/D转换器的输出信号进行与操作；与门的输出接至计数器的使能端，定时器的输出端接至计数器的控制端，决定每次扫描结束后的中断时间，计数器的信号输出端接于微处理器的信号输入端。
4.根据权利要求３所述的一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：其中迟滞比较器是工作在非线性区的运放器，其输出电压只有两个值：一个正向饱和值和负饱和值。
5.根据权利要求3所述的一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：所述的微处理器还包括触摸按键状态判断装置，触摸按键状态判断装置接收计数器的输出信号，当小于预设值时，则认为此处触摸按键被按下，产生中断信号传递给主板控制单元。
6.根据权利要求1所述的一种应用于大尺寸的人机交互设备上的电容式触摸屏，其特征在于：所述的透明导电层的材料为氧化铟锡（ITO）、纳米银或石墨烯透明导电物质。
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