一、什么是電阻式觸摸屏

　　電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區域中觸摸點（X，Y）的物理位置轉換為代表X坐標和Y坐標的電壓。很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏，這種屏幕可以用四線、五線、七線或八線來產生屏幕偏置電壓，同時讀回觸摸點的電壓。

　　二、電阻式觸摸屏工作原理

　　1.基本原理

　　電阻觸摸屏的工作原理主要是通過壓力感應原理來實現對屏幕內容的操作和控制的，這種觸摸屏屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復合薄膜，其中第一層為玻璃或有機玻璃底層，第二層為隔層，第三層為多元樹脂表層，表面還涂有一層透明的導電層，上面再蓋有一層外表面經硬化處理、光滑防刮的塑料層。在多元脂表層表面的傳導層及玻璃層感應器是被許多微小的隔層所分隔電流通過表層，輕觸表層壓下時，接觸到底層，控制器同時從四個角讀出相稱的電流及計算手指位置的距離。這種觸摸屏利用兩層高透明的導電層組成觸摸屏，兩層之間距離僅為2.5微米。當手指觸摸屏幕時，平常相互絕緣的兩層導電層就在觸摸點位置有了一個接觸，因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通后，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比，即可得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是所有電阻技術觸摸屏共同的最基本原理。

　　2.電路實現

　　觸摸屏包含上下疊合的兩個透明層，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個阻性層和一個導電層組成，通常還要用一種彈性材料來將兩層隔開。當觸摸屏表面受到的壓力（如通過筆尖或手指進行按壓）足夠大時，頂層與底層之間會產生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產生代表X坐標和Y坐標的電壓。如圖3，分壓器是通過將兩個電阻進行串聯來實現的。上面的電阻（R1）連接正參考電壓（VREF），下面的電阻（R2）接地。兩個電阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。

　　為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標，需要對一個阻性層進行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大，使兩層之間發生接觸時，電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。

　　電阻式觸摸屏內部渡涂的透明ITO導電薄膜有工藝要求。涂層不可太厚，否則不但會降低透光率，還會形成內反射層，降低清晰度；涂層也不可太薄，否則容易斷裂。在使用過程中，由于觸摸屏的工作準確性需要依靠電阻網絡的精密性來實現，如果某處電阻網絡出現了故障將會使此處觸摸屏觸摸失靈：觸摸屏表面經常被觸摸，表層薄薄的一層透明ITO導電薄膜會出現細小裂紋，也會導致觸摸失靈；透明ITO導電薄膜的外層采用的是塑膠材料，沒有保護層，所以安全性較差。但是，從結構上看，電阻式觸摸屏是一個相對封閉的系統，因此相比于其他觸摸屏，不受外界污染物的影響，比如灰塵、水汽、油潰等，而且適合配帶手套或是不能用手直接觸摸的場合，因此能夠在惡劣環境下正常工作，適合于航空機載顯示系統。

　　三、電阻式觸摸屏優點

　　電阻式觸摸屏的優點是它的屏和控制系統都比較便宜，反應靈敏度很好，而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏，它們都是一種對外界完全隔離的工作環境，不怕灰塵和水汽，能適應各種惡劣的環境。它可以用任何物體來觸摸，穩定性能較好。

　　電阻式觸摸屏的優點可歸類為：

　　1.電阻式觸控屏的精確度高，可到像素點的級別，適用的最大分辨率可達4096x4096。

　　2. 屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響，可以在較低或較高溫度的環境下使用。

　　3. 電阻式觸控屏使用的是壓力感應，可以用任何物體來觸摸，即便是帶著手套也可以操作，并可以用來進行手寫識別。

　　4. 電阻式觸控屏由于成熟的技術和較低的門檻，成本較為廉價。

　　四、電阻式觸摸屏缺點

　　缺點是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用，多層結構會導致很大的光損失，對于手持設備通常需要加大背光源來彌補透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。

　　電阻式觸摸屏的缺點可歸類為：

　　1. 電阻式觸控屏能夠設計成多點觸控，但當兩點同時受壓時，屏幕的壓力變得不平衡，導致觸控出現誤差，因而多點觸控的實現程度較難。

　　2. 電阻式觸控屏較易因為劃傷等導致屏幕觸控部分受損。

　　五、觸摸屏的基本線性校準算法

　　觸摸屏和LCD顯示屏疊加在配套使用時，由于存在誤差，觸摸屏坐標系和顯示屏坐標系不重合，校準的目的就是在這兩種坐標系之間找到一種合適正確的映射關系，使觸摸屏上顯示的圖形經過變換，與LCD顯示的圖形保持一致。這里觸摸屏和LCD顯示圖形的點都用矢量來表示：Q（x，y）為觸摸屏上的點，稱為物理坐標；Qd（xd，yd）為LCD顯示屏上的點，稱為顯示坐標。設物理坐標：

　　由于觸摸屏和LCD顯示屏接觸點之間存在角度誤差，同時考慮到每個點的x和y坐標都存在不同的因子縮放，并且觸摸屏和LCD顯示屏之間還存在移動誤差，則假設角度差為φ，縮放因子為kx和ky，位移因子為Sx和Sy，可得到顯示坐標：

　　由上式中可以看出，除了x和y，方程式右邊各項均為常量，即觸摸屏和顯示屏的坐標系可以認為是線性的，基于此方程實現的校準也稱為線性校準。現在用一般情況來代替各乘積項的系數，則可以得到：

　　顯然，如果能求出線性變換的參數（A1，B1，C1，A2，B2，C2），就可以通過上述等式來校準從觸摸屏那里得來的顯示坐標了［5］。為了求出這六個參數，在觸摸屏上任意取三個點（由于邊界點的線性度差，所以要盡量避免），設物理坐標和顯示坐標分別為（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）和（xd1，yd1）、（xd2，yd2）、（xd3，yd3），可以得到方程組：

　　值得注意的是，只有在觸摸屏和LCD顯示屏之間的角度誤差φ極小的情況下，上述的基本線性校準算法才適用。為了達到更好的校準效果，本文在此基礎上，對基本線性校準算法進行了優化，形成五點校準。

　　六、電阻式觸摸屏校準算法的優化

　　為了使校準更加精確，現在觸摸屏上任意取五個點，設物理坐標和顯示坐標分別為（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4）、（x5，y5）和（xd1，yd1）、（xd2，yd2）、（xd3，yd3）、（xd4，yd4）、（xd5，yd5），代入x坐標方程xd=A1·x+B1·y+C1，可以得到方程組

　　對等式做如下處理：

　　七、校準測試與比較

　　這里采用的觸摸屏校準的測試環境是：基于s3c2410的ARM9開發板，外界五線電阻式觸摸屏和640×480像素16灰度級液晶屏，使用μcos-Ⅱ操作系統，開發板與PC機通過串口連接。

　　在觸摸屏的（73，154）、（891，516）、（512，939）三點位置均顯示“+”，用筆依次點擊三個點，獲得這三個點的顯示坐標分別為（30，30）、（210，120）、（120，210），帶入基本線性校準算法的方程組，可計算校準系數如下：A1=108720，B1=-5400，C1=7391400，A2=5490，B2=107730，C2=-2494830。

　　然后在觸摸屏（265，414）、（606，171）、（768，700）、（111，956）、（448，580）五個點的位置均顯示“+”，并依次點擊，通過上述的校準系數對觸摸屏進行校準，得到結果如圖2所示。

　　圖中，“ScreenSample”是觸摸屏坐標，“TranslatedSample”是通過校準之后的得到的顯示坐標，“DisplaySample”是采樣時直接獲得的顯示坐標。由圖右邊兩列坐標可知，通過基本線性校準之后，計算值“TranslatedSample”與理論值“DisplaySample”比較接近，達到了校準目的，但還是存在著一定誤差。

　　如果采用優化算法對上述一系列采樣點進行校準，則得到的結果如圖3所示。對比右邊兩列坐標可知，通過優化算法校準之后，計算值“TranslatedSample”與理論值“DisplaySample”的近似度大為提高，極大程度上提高了校準精度。

　　八、結論

　　電阻式觸摸屏在安裝過程中不可避免的存在機械誤差，因此很多應用觸摸屏的系統啟動后，進入應用程序前先要執行校準程序。本文針對電阻式觸摸屏分析了基本線性校準算法，在此基礎上提出了一種優化的校準算法，并以嵌入式開發板為硬件平臺，對校準算法進行了測試，實驗結果表明，優化的校準算法有效的提高了觸摸屏的校準精度，為觸摸屏校準提供了一種可行實用的途徑。