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触摸屏、手写笔的工作原理是什么？
电容屏样人假象接地物（零电势体）给工作面通上低电压当用户触摸屏幕时手指头吸收走小电流电流分从触摸屏四角或四条边上电极流出并且理论上流经四电极电流与手指四角距离成比例控制器通过对四电流比例精密计算得出触摸点位置电容屏静电感应需要导体接触屏幕才会有反应所需要用力只要手指轻轻触摸屏幕即被识别普通手写笔没法用于电容屏了电容屏有专用手写笔带静电方便苹UI样特别自带键盘字小去买只手写笔电容屏专门用&&&&触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，如图2所示。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。比如，在顶层的电极(X+,X－)上加上电压，则在顶层导体层上形成电压梯度，当有外力使得上下两层在某一点接触，在底层就可以测得接触点处的电压，再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系，知道该处的X坐标。然后，将电压切换到底层电极（Y+,Y－）上，并在顶层测量接触点处的电压，从而知道Y坐标。2 触摸屏的控制实现　　现在很多PDA应用中，将触摸屏作为一个输入设备，对触摸屏的控制也有专门的芯片。很显然，触摸屏的控制芯片要完成两件事情：其一，是完成电极电压的切换；其二，是采集接触点处的电压值（即A/D）。本文以BB (Burr-Brown)公司生产的芯片ADS7843为例，介绍触摸屏控制的实现。放置一个金属片模拟人手指的接触形状。此时金属片与屏幕的接触面同ITO工作层形成耦合电容，同时金属片的另一面与大地形成耦合电容，两个电容器皆可视为平行板电容器。对于金属片与大地形成的耦合电容，由平行板电容器电容表达式επ=可知，此时面积为金属片面积，距离非常大。因而电容值可很小，因而容抗很大，电流信号太小，无法被处理器识别。在金属片上置一体积较大的金属棒，可视为在两板间放置了一个金属导体，相当于缩小了两板间距离，并扩展了金属板的面积。由此电容值增大，容抗减小，电流信号接近于徒手触摸电容屏，因此能够被处理器识别。&当用戴手套的手接触金属棒控制触摸屏，相当于形成了两个耦合电容，一个是由金属片和ITO工作层形成，另一个由手与金属棒形成。由于电容屏产生的是交流电压，因此虽然有手套的隔离，人体依然可以间接地触控触摸屏。金属片与ITO工作层形成的是平板电容器，金属棒与戴手套的手可以粗略地看作是一个球形电容器。根据平行板电容器电容表达式επ=以及球形电容器的电容表达式πεε=，电容与接触面积成正比，与板间距成反比。再由π=，容抗与电容成反比，当电容以各种方式减小的时候，高频电压不变，因而高频电流减小，信号变弱，导致处理器不能识别。&这也就解释了实验4中不能控制触摸屏的原因：相比实验2，当徒手接触金属片时，手指与金属片的距离趋于0，电容值较大，而戴上手套的时候，手指与金属片板间距增大，电容值减小，容抗增大。10&&相比实验8，尽管金属片与ITO的电容板面积不变，但是手指与金属片的接触面积远远小于手掌握住金属棒的接触面积，电容值减小，容抗增大。而高频电压的电压值非常小，因此处理器对容抗的改变比较敏感。所以说，实验4中这种接触情况在理论上并非完全不能控制电容屏，只是产生了非常大的漂移现象，使得处理器很难识别出控制信号。&同样，当人佩戴手套直接接触触摸屏时有着同上的结论。这也就解释了1.3中所述戴手套时不能控制电容屏的原因。&由此可以得出结论：为了使包含手写笔的电路中的电流尽可能接近于徒手接触触摸屏时产生的电流，应该尽可能地增大棒与屏以及手与棒的接触面积，并且手套的厚度不能过大。&&5.&简易手写笔的设计&&由上述实验结论，设计可戴手套使用的手写笔有两种思路：&（1）选择合适的材料，制作一定体积的笔杆，使得笔杆可以等效成人体，因而可以实现漂移很小的操控。笔杆应具备轻巧便携的特点，而笔杆的体积可以制成多小，是由材料的物理性质决定的。&（2）在不能找到合适的材料代替人手的情况下，将人体作为耦合电容接入电路中，尽可能地减小各接触点的容抗，产生接近于徒手控制电容屏的信号。&&由于实验材料的限制，在思路（1）中很难找到合适的材料使得笔杆有足够小的体积。很显然我们不能使用类似猪肉的材料制作手写笔。11&&因此我们在现有条件下只能选择思路（2）。&&在思路（2）中，电路中存在两个串联的耦合电容。分别尽可能地增大两个耦合电容的电容值，以减小容抗。手写过程中受到握笔姿势的限制，我们不能要求在用户使用过程中像实验8中一样整个手掌握住笔杆，因此更需增大各点电容值。为增大手套与笔杆接触处的电容值，笔杆全部使用金属材料，使得各种握笔方式都可以产生较大的接触面积。在笔头使用指尖大小的导电硅胶，由于导电硅胶具有柔软的质地以及良好的导电性能，因此可以在和屏幕的挤压过程中模拟出手指的触摸形状，并且不会对屏幕产生划痕（如图5-1）。&&图<p class="reader-word-layer reader-word-s11-5" style="margin: 0 padding: 0 font-size: 173 color: rgb(0, 0, 0); font-family: Calibri, 'be1e650e9ab', C position: white-space: -webkit-font-smoothing: text-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.px 1px 1 width: 268 height: 173 line-height: 173 top: 7380 left: 3682 z-index: 36; letter-spacing: 0.0&&如果能够找到合适的思路（1）中的材料，可以在手套与手写笔的接触部位包裹一层相应的材料，这样可以实现更可靠的控制，更大程度的减小漂移现象（如图5-2）。&12&&&图<p class="reader-word-layer reader-word-s12-1" style="margin: 0 padding: 0 font-size: 173 font-family: Calibri, 'be1e650e9ac', C color: rgb(0, 0, 0); position: white-space: -webkit-font-smoothing: text-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.px 1px 1 width: 268 height: 173 line-height: 173 top: 3899 left: 3683 z-index: 4; letter-spacing: 0.0&&在家中使用金属长螺钉以及导电硅胶片作为材料，作者制作出了简易的触摸笔雏形，并成功地在佩戴厚手套的情况下控制电容式触摸屏。&&对于无法用手指实现触控的残疾人，可以将这种手写笔的结构稍加改进安装在假肢中。在假肢末端使用导电硅胶以及金属导体，与断肢末端形成耦合电容，由此实现触控。&&6.&结束语&电容式触摸屏技术发展到今天已日趋成熟，但依然存在着一些缺陷。通过上述简易实验和分析，根据电容式触摸屏的结构原理，上文中建立了关于耦合电容的简单的物理模型，并构思出两种手写笔的设计思路。由此设计出可戴手套使用的简易手写笔。利用基本的电学知识和简单廉价的材料解决了非生命物体无法触控电容式触摸屏这一问题。使得戴手套触控以及残疾人假肢触控成为可能。&9&&13&&希望在学习完大学物理和电路原理之后，能够对这个问题进一步探究，建立更严谨的物理模型，并对结果进行定量分析。材料仍然是手写笔设计过程中的一大限制，希望能够找到比硅胶更接近人体性质的材料来改进手写笔。
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