基于Wii遥控器的多点触摸屏的实现

【摘要】触摸屏是现代应用很广的一项科学技术，为人们的生产生活提供了很大方便，触摸屏技术的研究具有非常重要的现实意义。本文通过对不同种类的触摸屏技术的原理进行介绍，并提出了一项新的触摸屏实现方法。

【关键词】触摸屏;种类;原理

1.触摸屏技术概况

我国是世界上重要的触摸屏生产和消费国家，越来越多的触摸屏应用于手机、PDA、客户终端查询机等系统。目前虽然我国的触摸屏生产已具规模，但是在生产实力和技术水平上与国外跨国公司仍存在差距。随着经济全球化的发展，特别是中国加入WTO以来，整个市场更趋国际化，近年来一些大型的跨国企业纷纷涌入中国市场，使国内本土企业面临残酷的竞争压力。为此，中国企业一方面需要通过高质量产品占领市场，另一方面需要通过技术创新扩大竞争实力。

为了能够保证产品的质量，提高生产效率，国内很多触摸屏厂商纷纷引进国外先进的加工制造技术，国内的很多研发机构也通过学习国外的先进技术研制出了性能更好的产品。

目前触摸屏应用较多的为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏等。

1.1 电阻式触摸屏

电阻触摸屏是利用压力感应进行控制操作，其屏体部分是一块与显示器表面相匹配的复合薄膜，该薄膜屏有多层，其中基层是一层玻璃或硬塑料平板，表面涂有透明氧化金属（氧化铟 ITO）作为导电层，在这层之上，覆盖一层经过硬化处理的塑料层，它的内表面也涂有导电层。这两层之间距离非常小，仅为2.5微米，中间有许多微小（小于1/1000英寸）的透明隔离点，这些隔离点使这两层材料绝缘隔开（如图1所示）。

图1 电阻触摸屏工作原理

如图1所示，当手指触摸屏幕时产生压力，使这两层之间的触摸点有了接触，因为其中一个导电层电阻发生变化，在Y轴方向得到5V电压，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器得到信号，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得到Y轴坐标，同理得到X轴位置，这就是电阻技术触摸屏的基本原理。

1.2 电容式触摸屏

电容式触摸屏是由四层复合玻璃屏组成，最外一层为矽土玻璃保护层，用来保护导体层和感应器，当屏幕上有尘土或油渍时，触摸屏依然能够正常工作。电容触摸屏内表面和夹层均涂有ITO，内层ITO的作用是为屏蔽层提供良好的工作环境，夹层中ITO层为工作面。四个电极分别从四个角导出，当手指触摸在屏幕时（图2），人体所带的电场通过手指和屏幕表面形成耦合电容，在高频电流的条件下，电容是直接导体，手指在接触点产生一个微小的电流，这个电流分别从四个角上输出，输出电流与触点到四角的距离成正比，控制器基于这四个电流量的计算，得出触摸点准确位置。

图2 电容式触摸屏工作原理

在电容触摸屏的技术中将人体作为其中一个元件使用，因此当用其他物体如带手套的手接触屏幕时，触摸屏不能做出相应反应，但是，每当有导体接近夹层ITO工作面，它们之间耦合电容超过一定值，导致触摸屏出现误差，在潮湿的环境里，这种情况更为严重。电容触摸屏最主要的缺点是漂移，当周围环境温度、湿度以及电场发生变化时，都能引起漂移造成误差。另外，由于电容触摸屏中四层复合触摸屏对不同波长的光所产生的透光率不同，易产生色彩失真的问题。

1.3 红外技术触摸屏

红外线式触摸屏的检测器是由红外发射管和红外接收管组成（如图3所示）。在显示器的四周，按照X，Y方向密布着红外线矩阵，发射管和接收管一一对应，纵横交错，当手指或物体触摸在屏幕上，将横竖两个方向的红外线遮挡住，主机可根据红外对管的（X，Y）值判断触摸点的精确位置。

图3 红外技术触摸屏工作原理

1.4 表面声波触摸屏

表面声波，顾名思义是一种沿介质表面传播的机械波。表面声波触摸屏是由四部分构成：声波发生器、声波接收器、反射器和触摸屏。

表面声波式触摸屏的屏幕是一块平面或曲面的玻璃，没有覆盖层或贴膜，置于LED或LCD之前。表面声波式触摸屏将竖直和水平两个方向的超声波发射换能器安装在玻璃屏幕的左上角和右下角，与之相对应，超声波接受换能器分别位于右上角和左下角（如图4所示），屏幕四边刻有45?角由疏到密间隔很小的反射条纹。当右下角的水平方向发射换能器工作时，控制器将5.53MHz的电信号传输到发射换能器中，通过发射换能器发出一个窄带脉冲，将电信号转化为500?m的声波信号向左方传递，下方的反射条纹将声波能量由屏幕表面均匀传输，再由上方的反射条纹将声波能量传输到X轴接收换能器，因为发射换能器位于左下角，所以在右边传播的声波信号比在左边传播的声波信号早到达接受换能器，所有到达的声波能量最终叠加成一个较宽的波形信号，接收换能器将表面声波能量转换为电信号。

图4 表面声波触摸屏工作原理

当没有物体触摸屏幕时，所接收信号的波形与参照波形保持一致;当有手指或其他物体触摸屏幕时，部分声波能量被吸走，在接收波形上出现一个衰减缺口，计算该缺口位置，即得出X轴位置，同理可得出Y轴位置。此外，表面声波触摸屏根据波形衰减量大小还能感知用户触摸屏幕压力大小，得出第三个参数（Z参数）。

1.5 光学触摸屏

光学触摸屏的工作原理如图5所示：在触摸屏顶部的左右两侧各安装了一个CCD摄像头，左侧CCD摄像头LED灯发射出光线，经过四周反射条反射，进入右上角的CCD摄像头中;同理，右上角的CCD摄像头发射的光线传入左侧的CCD摄像头中.密布的光线在触摸区域内形成一张光线网，经过多次反射的光线之间的空间在1mm以内。当触摸屏幕上某一点时，该点的射出光线和接收光线形成一个夹角（如图5所示），同时两端的CCD摄像头与这两条光线以及两个摄像头之间构成的直线形成另外两个夹角α和β，两个摄像头之间的距离是固定的，因此通过处理器的计算，就能得出该点的准确坐标，实现触摸反应。当采用多点触摸时，原理也是如此。

图5 光学触摸屏原理图

2.利用Wii遥控器实现多点触摸屏

Wii遥控器是日本任天堂公司一款游戏机手柄，它的顶端具有高分辨率红外照相传感器，能够快速地同时跟踪4点红外光源，拍照成像为1024768像素，该红外照相传感器的工作频率为100Hz，视野范围在-45?～+45? 以内，在其内部还有一个内置蓝牙设备。根据Wii遥控器的特性，将作为信号接收和信号输出设备其应用于触摸屏系统中。

图5

在该系统中，由贴片红外二极管作为系统的发光源，利用玻璃作为触摸屏，红外光在玻璃中发生全反射，玻璃表面有一个渐消失区，当用手指触摸玻璃表面时，红外光在触摸点反射至Wii遥控器顶端的红外摄像头中，Wii遥控器将此信号通过内置蓝牙传输到电脑，电脑显示其对应触摸点，从而实现触摸屏功能。试验结果显示，该系统可以同时对玻璃表面的四个触摸点做出正确判断。

3.结束语

本文简要介绍了几种常见的触摸屏技术，并提出一种新型触摸屏实现方案，将Wii遥控器应用于触摸屏技术中，该系统通过实验证明可以准确快速对4点触摸做出判断，相比于目前常见的触摸屏，该触摸屏成本较低，准确度高，对于未来的应用于更多行业具有很大意义。

参考文献

[1]S.J.Spencer，J.Klein，K.Minakata，V.Le，J.E.Bobrow，D.J.Reinkensmeyer.A Low Cost Parallel Robot and Trajectory Optimization Method for Wrist and Forearm Rehabilitation using the Wii， Biomedical Rototics and Biomecharonics，2008（8）869-874.

[2]Juana Hussein A.. Hazha Mustefa A.“Interference Simulation using Matlab”，2008.

[3]Rahnavardy k.;Arya.V;Wang“Frustrated-total-internal-reflection in optical fibers：investigation and application”，Lasers and Electro-optics Society Annual Meetion，1996.LEOS 96; IEEE Volume 1，18-19 Nov，1996：238-239.