1.触摸屏
所谓触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备，或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。概括地说，触摸屏是用手指或其他触摸感应介质直接触摸显示器操作计算机的一种输入设备。它是最友好的计算机用户接口界面。简单易学，人人都会使用，是触摸屏最大的特点，这一点无论是键盘还是鼠标，都无法与其相比。人人都会使用，也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。
触摸屏是可接收触摸等输入信号的感应式显示装置，当触摸了触摸屏屏幕上的图形按钮时，触摸屏屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编制的程序实现对计算机的操作。触摸屏可取代机械式的按钮面板，并通过显示器画面显示出生动的影音效果。
触摸屏在国民生产、生活中广泛的普及应用，直接刺激着触摸屏技术研发和产品的量产，如今触摸屏已经渗透到了几乎每一个可以想象得到的应用领域。触摸屏是最方便、简单、自然的计算机输入手段，完全不懂计算机的人也可以操作计算机。用户看着显示内容，想选什么就简单地用手触摸一下，通过触摸屏人们可以操作控制系统和查询感兴趣的信息。
随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地应用到触摸屏，触摸屏不仅能满足我国多媒体信息查询的需求，而且具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地触摸计算机显示屏上的图符或文字就能实现对计算机进行操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂计算机操作的用户。
触摸屏是最适合信息查询的输入设备，各发达国家都在积极地进行着触摸屏的研发，触摸屏也从低档向高档发展，从红外线式、电阻式发展到电容感应式，现在发展到了表面声波式触摸屏和五线电阻式触摸屏，性能越来越优越，技术越来越先进。例如表面声波式触摸屏，安装的是一块没有任何贴膜覆层的纯玻璃，不论是从清晰度还是从耐用程度上都昭示着触摸屏产品成熟时代的到来。
从触摸屏精度、灵敏度和密闭性上考虑，应选用电容式或电阻式触摸屏。两者均采用电压加在屏幕四角，玻璃屏幕则直接固定在显示器上。电阻式触摸屏的电阻网络密封在屏中来传感触摸的位置，它可以感受到任何物体的触动，电阻式触摸屏相对其他类型的触摸屏，具有可靠性高，适用于各种工业环境。
为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，必须首先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。
触摸屏作为一种最新的计算机输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于多媒体信息查询的输入设备，这种人机交互方式赋予了多媒体崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用领域非常广泛，主要应用于公共信息的查询，如电信、税务、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外还可广泛应用于办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。
触摸屏是最终极的人机交互界面，在一个触摸屏系统内，触摸想要看到的东西，计算机便可实时作出反应。触摸屏将人类行为与计算机反应简单、直接且自然地结合在一起。在工业控制领域使用触摸屏，工人可以控制复杂的工艺；一个从未接触过计算机的人也能够简便地使用触摸屏进行交互操作。在机场、工厂、购物商场、学校和医院内，某些情况下，触摸屏的功能可与计算机相媲美。
随着使用计算机作为信息的来源与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得人们感到使用触摸屏具有相当大的优越性。从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。随着城市向信息化方向发展和计算机网络在国民生活中的渗透，信息查询都已用触摸屏实现，显示内容可以触摸的形式出现。
随着科技的日益发展，多媒体设备的不断推陈出新，提高了人们的工作效率和生活质量，也满足了人们越来越多的需求，然而往往因为设备的控制按钮太多、设备分散、功能繁琐而使人们无所适从。于是智能集中控制系统出现，标志着智能现代化的又一大飞越。它通过专用软件预先编程，集中实现了对这些设备的控制功能，只需连接一台有线或无线触摸屏，各种设备的控制便尽在掌控之中。轻点触摸屏上的按钮就可以改变外部环境，诸如关闭窗帘，打开灯光并调节到合适的亮度，打开视听设备的电源，也可以选择某路节目在电视或投影仪的输出，对节目的播放控制，或者对环境音量等进行微调控制等，或对所有被控设备功能实行集中智能控制及管理。
2.触摸屏系统构成
触摸屏早在多年前已经广泛被用于如工控计算机、POS端点计算机、手持式PDA、嵌入式系统等计算机设备，这些应用领域的特点是，多半是应用环境不方便使用键盘、鼠标进行输入，或是根本就是仅需简单的按键输入操作，利用触摸屏就能解决多数的操作需求，待需要进阶操控、微调设定时，再利用键盘、鼠标操作。
触摸屏吸引人的优点在于其外表看似简单的设计，在取代笨重的按钮、轨迹球或传统屏幕后，触摸屏带来一种全新的操作模式。相对于传统机械按钮、滑块、转轮和开关，触摸控制提供了灵活、可靠且高性价比的替代方案。
最新的触摸技术为设计发挥其创造性创造了条件，在设计开发接口时可隐藏或露出按钮或采用其他形态触摸模式。图1-1所示为不同触摸传感器的形状和应用。
触摸屏主要结构是由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器面板前面，用于检测用户触摸位置，接收后传送至触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸检测部件上接收触摸信息，并将它转换成触摸坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏无论是在计算机、笔记本电脑，还是在手机等设备中的应用，其系统构成都是一样的，触摸屏通常由以下几部分构成。
图1-1 滑块、滚轮、触摸按钮和临近传感应用
（1）前面板或外框
前面板或外框是终端产品的最表层，在某些产品中，该外框将透明的盖板围起来，以免受到外部的恶劣气候或潮湿的影响，也防止下面的传感产品受到刻划以及破坏。也有些时候，最外面的框只是简单地覆盖在触摸传感器的上面，这种情况下仅仅是一个装饰。
（2）触摸控制器
通常，触摸控制器是一个小型的微控制器芯片，它位于触摸传感器和PC或嵌入式系统控制器之间。该芯片可以装配到系统内部的控制器板上，也可以粘贴到玻璃触摸传感器上的柔性印制电路（FPC）上。触摸控制器将接收来自触摸传感器的信息，并将其转换成PC或嵌入式系统控制器能够理解的信息。
（3）触摸传感器
触摸传感器是一个带有触摸响应表面的透明玻璃板，该传感器被安放到显示器上面，使得面板的触摸区域能覆盖显示屏的可视区域。如今市场上有许多种不同的触摸传感技术，各自都采用不同的方法来检测触摸输入。基本上，这些技术都是在触摸时，使电流流过面板，从而产生一个电压或信号的变化。这个电压变化将被触摸控制器接收，从而确定屏幕上的触摸位置。
（4）显示器
绝大多数的触摸屏都可以用于传统的显示器上，用于触摸产品的显示器选择方法与传统系统中基本相同，包括分辨率、清晰度、刷新速度、成本等。但在触摸屏中的另一个主要的考虑是辐射电平，由于触摸传感器检测面板被触摸所产生的微小电信号变化，易受显示器辐射的电气噪声干扰，所示显示器和触摸屏的抗干扰设计是系统设计的关键点。
（5）系统软件(www.xing528.com)
触摸屏系统软件可以来自原厂商（如手机中的嵌入式操作系统），也可以是后来加装的软件（像在传统PC上加一个触摸屏）。该软件应能使触摸屏和系统控制器一起工作。它将告诉产品的操作系统如何解析来自触摸控制器的触摸事件信息。在PC应用系统中，绝大多数触摸屏的操作像一个鼠标。这就使得在触摸屏的屏幕上的某一位置触摸与连续按鼠标非常相似。在嵌入式系统中，嵌入式控制器必须将出现在屏幕上的信息与接收到触摸的位置进行比对。
就电子产品而言，用户界面设计一方面要考虑到用户视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉等5种感官的需求，另一方面还要考虑到用户需求对器件或系统的影响。目前市场上推出的大部分产品都是将用户的视觉和触觉分开来处理。
从计算机键盘、手机键盘、MP3播放器、家用电器甚至电视遥控器等的简单按钮或按键，到音量调节滑条、滚轮和跟踪板等的更高级的单击和滚动特性，输出位置（也就是用户的输入或操控动作的结果）与用户的输入位置是截然不同的。要是能让输入和输出，即视觉和触觉完全达到一致，而这种视觉和触觉的一致性正是触摸屏的优势所在。
虽然大多数人利用视觉与听觉与计算机交互，但某些情况下，最适合使用的还是触觉。今天，计算机技术正越来越多地认识到这一点，并开始采用触觉技术。触觉在希腊语中的意思是“抓或摸”，这里是指设备产生可被感觉到（而不是被看到或听到）的输出的能力。触觉输出通常是力或振动，触觉也可用于提高数据的可视化程度，使用户能浏览海量数据，并提供一个额外的通信渠道。
触觉的两类重要应用是虚拟现实和远程操作，尽管触觉在计算机游戏中的使用率很高，但它也同样可以应用于工业控制领域中。例如，触觉让使用者能触摸和感觉到计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）及类似系统中的对象。探针可向设计软件发送数字反馈信号，而所有电子操控与制动系统则能为操作者提供实际的反馈，从而避免了直接连接或动力辅助机械连接环节的重量与复杂性。
触觉最简单的示例或许就是一个旋钮，类似于调谐收音机的旋钮。通过在电动机或制动单元上配备这种旋钮，就可能拥有各种制动装置、硬性制动甚至弹性制动，并且所有这些功能都可根据需要更改。
触觉鼠标提供力、振动或同时提供两者，作为软件对用户输入的响应。从游戏到理疗，它们的应用非常广，且目前正在研究供盲人使用的作为计算机输入设备的触觉鼠标。以这种方式使用鼠标的一个问题是，必须具备跟踪绝对位置的某些措施；设计使用杆或绳连接到底座。
在三维领域中，触觉相当于“逆向机器人技术”。机器人允许虚拟世界（软件）操纵真实的对象；而触觉设备则允许人们操纵虚拟的对象，并感觉其仿佛是真实存在的。例如，用户握住连接到武器系统的手柄等（某些系统使用手套或“套环”装置）。
触觉设备可为三自由度（3DOF），分别传感X轴、Y轴和Z轴；或六自由度，还可传感转动、倾斜和摇摆（自由度表示一个变量或空间中可用的选项数）。系统检测手柄位置，并通过内置电动机和制动器向用户提供力和振动。当光标遇到虚拟对象时，操作者会感觉到阻力，可能是硬的（对于坚硬的物体）、软的或是有弹性的。适当时手柄还会发生振动，例如，模拟用户将探针在粗糙表面上滑动的感觉等。
让视觉和触觉完全达到一致说起来简单，但做起来则是意义深远的技术突破，其将彻底改变用户与电子产品互动的方式，因此有人将此称为用户界面的革命。
最近触觉被结合到触摸屏中，传统触摸屏可以将控制输入放在屏幕表面上的任何位置，而触觉则使用户真正感觉到它们。按下一个按钮，用户将感觉到按钮的动作（并通常可听到“咔嗒”声）。虚拟按钮可以是任何尺寸和形状，并可位于屏幕上的任何位置，其对触摸的响应方式也多种多样。
触感的产生方式有几种，也许最直接的一种就是在显示屏上建立一个活动的凸块阵列，这样表面将具有实际所需的形状。尽管这种方法很有效，但它既复杂又昂贵。更简单的方法是在屏幕的每个角上都放置一个电磁执行机构，在触摸屏覆盖层上产生受控的侧向移动。研究表明，关键参数不是移动距离而是加速度，因此实际仅需要移动0.1～0.2mm，从而有可能让显示器密封符合NEMA4标准。
因为用户再也不用去找电子设备周边的这个或那个按钮，如计算机鼠标或键盘甚至手机上的拨号按键，而是直接与固化在设备“大脑”（即其操作系统）中的应用进行互动。这是一场革命性的变化，这种操控方式可让用户直接掌控强大的操作系统和应用程序，一切尽在用户的指尖上。
在计算机屏幕上使用鼠标和跟踪板访问应用程序，这种操控不是直接触摸显示屏，不能让用户与屏幕及内嵌的应用融为一体。实际上，通过所能想象出来的各种动作或手势来使用触摸屏，让显示屏变得鲜活生动，只要眼睛看到的，都能简单地通过触摸进行互动。目前触摸屏主要分为3大类：单点触摸、多点触摸识别手指方向、多点触摸识别手指位置。
关于多点触摸，投射电容式与光学式均支持这种功能。另外，在一直难以实现多点触摸的电阻式及表面声波式方面，也出现了支持这种功能的技术。在电阻式方面，法国Stantum公司采用数字及矩阵技术开发出了支持10点以上输入的电阻式触摸屏。在表面声波式方面，Touch panel Systems公司已将支持2点触摸的表面声波式触摸屏产品化。
根据各种触摸屏的特点，可分别将其用于不同的产品，比如手写输入的便携式游戏机及电子记事本采用电阻式，支持多点触摸的便携终端采用电容式，使用20in[1]左右屏幕的售票机及个人计算机采用光学式，要求耐久性、支持大屏幕及高分辨率的公共信息终端采用表面声波式等。
不过，上述各方式的进步速度惊人，并逐步实现了数年前不可能实现的特性。不拘泥于以往的“常识”，及时掌握最新的技术进展情况及开发动向将是灵活运用触摸屏的关键。从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，它有以下特点：
1）必须保证是透明的。触摸检测装置是在显示屏的上面，首先它必须保证是透明的，因此必须解决材料的透明问题，所以其透光率以及其抗眩抗反射的特性也相对重要。目前最好的透光材料是玻璃，但当光线穿过时，玻璃的两个表面将分别反射3％的光，即单层玻璃的最大透光率为94％，这就使得到达人眼的光线受到了损耗。
电容式触摸屏要做到高透光及抗眩光并不容易，一般只有85％的透光率，而且抗眩的效果也不佳。但新一代电容式触摸屏的透光率为91.5％，在其表面有抗眩抗反射处理。与电阻式触摸屏比起来，电容式触摸屏让整个视觉亮了起来，整个视觉质感也提升不少，触摸屏的制造商也不必去改造显示器把亮度提高，节省了许多成本。
2）绝对坐标，手指摸哪里就是哪里，不需要第2个动作。不像鼠标，是相对定位系统，触摸屏不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位设备用的，相对定位设备要移动到一个地方首先要知道现在在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停地给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要。其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置，各类触摸屏技术就是围绕检测手指触摸而研发的。
作为人机交互界面，触摸屏没有真实的操作手感，不能像真实存在的键盘那样对按下动作具有力反馈反应。这是现在困扰着设备厂商最大的问题，如何解决触摸屏没有真实操作手感的问题。各设备厂商都在做着相应的探索，摩托罗拉公司在V8翻盖手机的触摸操作中加入了作为反馈用户操作成功的振动功能，苹果公司在苹果电脑上面通过改进屏幕物理结构实现力反馈，估计技术成熟后也会在手机或者MP3等设备上应用。
触摸提供了真实的互动方式，界面中元素的移动、滑行和旋转等动态效果也符合物体运动规律。但是现在新技术的应用并非完美，也存在以下一些问题：
1）难以微操作。手指无法点击较小的控件，鼠标指针可以精确到1像素，而手指的指尖或者指肚决定了触摸的精确度。
2）难以输入。有限的触摸空间、难以改变光标位置和虚拟键盘的调用等问题使得大段的文本输入较为困难。
3）难以点击屏幕的边缘区域。当单手握住触摸屏手机时，以大拇指为圆心，大拇指指长为半径在手机屏幕上的约1/4圆环区域最容易点击，离此区域越远，越难以点击。
相信触摸屏技术的高速发展会让人们更多地体会到它的优点，得到更多方便。至于缺点，也会在发展过程中慢慢优化。
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