PDF《手机电容屏的工作原理》

2013/6/24

1 手机电容屏的工作原理 及冬天戴手套时触控的实现 少年班学院 余家辉 PB12000301 指导老师:孙勇杰 引言: ?近几年,触摸屏在手机上的应用成爆炸式增长.

然而人们对于触控屏的 了解少之又少,甚至搞不懂电阻屏与电容屏的区别.网上对此的解释也 是隔靴搔痒,并不深入.笔者决定介绍一下触控屏(主要是电容屏)的 工作及实现原理. ?去年冬天合肥天气寒冷,同学们都戴上了手套,但是因为想操作手机, 不得不一次又一次的脱下,非常麻烦(戴着普通手套进行触控操作是失 效的).更有同寝室者花了近100元买了能戴着触控手机的手套.借此, 笔者希望能通过同学们的日常材料,自己动手,来对戴着手套实现电容 屏操作进行探究与实现. 内容要点: ?触控屏的大致分类、工作原理、缺点 ?互电容式-投射式电容屏工作原理 及当下手机电容屏的感测流程 ?对当下不同流行手机不同材料的触控测试 ?冬天戴手套时,对于触控实现的实验研究及解决方案 触控屏 电阻屏 电容屏 1. 表面电容式 (屏幕失真,触控漂移等) 2. 自电容式-投射式 (不能真正实现 多点触控) 3.互电容式-投射式 (大多数手机的方案) Y=VX+/Vdrive*heightscreen X=VY+/Vdrive*widthscreen

一、 自电容式―投射式 在玻璃表面用ITO制作成横向与纵向电极阵列,这些横向和纵 向的电极分别与地构成电容,这个电容就是通常所说的自电容(电极 对地的电容).当手指触摸到电容屏时,手指的电容将会叠加到屏体 电容上,使屏体电容量减小. 在触摸检测时(其利用待测电容与外 界电容并联,再经比较器输出的方式实现测试电容的目的),自电容 屏依次分别检测横向与纵向电极阵列,根据触摸前后电容的变化,分 别确定横向坐标和纵向坐标,组合成平面的触摸坐标.自电容的扫描 方式,相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向,然后分 别在X轴和Y轴方向计算出坐标,最后组合成触摸点的坐标. That's A Question! 2013/6/24

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二、互电容式-投射式电容屏的工作原理 用ITO制作横向电极与纵向电极,它与自电容屏的区别在于,两组电 极交叉的地方将会形成电容,也即这两组电极分别构成了电容的两极.当手指 触摸到电容屏时,影响了触摸点附近两个电极之间的耦合从而改变了这两个电 极之间的电容量. 检测互电容大小时,横向的电极依次发出激励信号,纵向的所有电极 同时接收信号,这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小,即整 个触摸屏的二维平面的电容大小. 简单来说: 自电容式-投射式电容屏检测的是二维坐标x轴、y轴轴线上的电容变化;

而互电容式-投射式电容屏检测的是整个二维平面所有(x,y)的电容. 可以实现多点触控 ?在探究冬天手机触控方案前,首先了解一下电容触摸屏感测 流程 实验探究部分: 对当下不同流行手机用不同材料的触控测试: 手机型号:三星i9300 、苹果iPhone

5、诺基亚lumia920 测试材料:手指、导线、橡皮、普通布制手套、锡箔纸. 如何测试:(将感性的感觉理性数字化) ?测试内容:屏幕解锁;

屏幕向左划向右划各两次;

精确点击位于屏幕四 角的四个图标.为减少实验偶然所带来的实验误差,每组重复步骤3次. ?测试现象的数据化方式:我们根据测试内容,并充分衡量平时操作手机 的权重(如解锁是必须过程分数比值会加大),给出结果算法: 1.屏幕解锁成功加2分/次,成功但不流畅(如屏幕的滑动相对 手指而言有位移差等)加1分/次,不成功加0分/次;

2.左划(右划)成功加1分/次,如成功但不流畅加0.5分/次;

3.精确点击并打开图标对应的软件加1分/次. 效果(总分)/10分 三星i9300 苹果iphone5 诺基亚 lumia920 手指

10 10

10 触控笔

10 10

10 导线(小面积) 4.5

5 7 导线(大面积)

9 9.2

9 橡皮

0 0

0 普通布制手套

0 0 9.2 锡纸(薄) 8.5 9.2 9.2 锡纸(厚)

9 8.2 9.2 2013/6/24

3 根据现象得出结论: 1.手指和触控笔能控制电容屏且均非常灵敏. 2.导线,锡纸也能控制电容屏,但反应灵敏程度随不同情况而定: (1)小面积导线相对于大面积导线而言,触控要不灵敏很多. (2)对于锡箔纸而言,厚薄对触控屏的操作没有明显差别. 3.诺基亚lumia920相对于其它主流手机更为"特殊"具体原因为: Lumia920采用的是超敏感触控屏幕,可以隔着手套对 手机进行操作.这块屏幕实际上来自一家叫Synaptics的公司, 采用了clearpad 4系列的解决方案,这个技术降低了屏幕的厚 度,将显示与触摸控制芯片集成到了一起,这样可以更好的给 触控信号进行降噪,将信号识别增强了三倍,使得屏幕对于非 常细小的手指触控依然敏感.笔者在Synaptics的网站上发现, 它不仅可以隔着手套操作,甚至用指甲也可以操作. 四.冬天戴手套时,对于触控实现的实验研究及方案 方案择优法: 本论文前三部分我们可以得出:用导线(大面积)或者锡纸,将其 用某种方式固定在右手套的食指和大拇指上,或者组合在一起固定 在手套上,使手指与材料有一定的接触,在理论上便可实现戴着手 套操作. 经过反复观察实验,确定以下三种方案进行择优实验: 1.用一根导线穿过手套,在手套内外部分分别折叠弯曲形成一个小 圆面积(使其固定),可用少量双面胶使其更好的固定. 2.在手套食指或大拇指部分挖一个小洞,取而代之的是一小圆面积 分的锡纸,也可使用少量双面胶进行固定. 3.综合使用导线和锡箔纸,在手指与手套外部连接的部分使用导线, 在手套内外部使用锡箔纸. 锡箔纸 大面积导线 大面积导线+锡箔纸 评价标准 方案一 方案二 方案三 制作难易度 简单 略难 略难 手套美观性 美观 待美观 美观 手套稳定性 稳定 不稳定 稳定 触控灵敏度 相对略差 一般 好 根据比较结果,笔者决定选择方案三为雏形进行冬天戴手 套时触控的实现方案,再加以系统优化(主要是增加导 线的面积与锡箔纸的面积、使用较之前更牢固的双面胶、 锡箔纸的剪裁更符合手指外型等) 最终方案优化后的照片效果视屏 结论: 如今市场的的智能手机绝大部分采用的都是互电容式-投 射式电容屏,其主要原理是通过手指触摸到电容屏,影响了触摸 点附近两个电极之间的耦合,改变了这两个电极之间的电容,从 而被检测器检测到(通过监测带电量),进而通过处理器的处理, 来实现(多点)触控. 冬天戴手套时,因为人身上的静电不能传递到与电容屏 表面相耦合的附加电容上,以至于虽然改变了电容,但是不能被 检测器所检测到.但这也仅对市面上一般的手机而言.本实验就 是帮助同学们解决这个问题.当然如果你所有的是Lumia920,看 完本论文你大可"不屑一顾".如果不是,本实验还是给出了比 较好的对比示范以及制作流程,仅供同学们参考. 2013/6/24

4 谢谢! 百度百科:电容屏,http://baike.baidu.com/view/414068.htm?fromId=1779101 百度百科:电阻屏,http://baike.baidu.com/view/650013.htm?fromId=2855127 百度百科:耦合,http://baike.baidu.com/view/156245.htm 《电容触摸屏原理》 陈伟 2011.6 《最新多点触摸屏技术介绍――多点位置识别》肖学军、郑赞、凌荣茹、彭涛 《电容式触摸屏技术交流资料》 周子玉 电容屏的构造及原理 机锋论坛 http://bbs.gfan.com/android-726490-1-1.html Lumia920所使用的屏Synapitics官网