俞紅偉 高麗雯 王春鋒

摘要：文章通過對國內、外觸摸屏的現狀研究，說明了其在軍事指控系統(tǒng)中的簡明、迅捷優(yōu)勢，重點介紹了電容式觸摸屏（表面電容式、玻璃和膜投射電容式）的結構及工作原理，以充分表明電容觸摸屏在軍事運用上的研究方向和實用意義。

關鍵詞：電容觸摸屏；投射式電容屏；觸摸屏技術

中圖分類號：TN141 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374 （2012）03-0046-04

最早的觸摸屏技術起源于國外軍方，當時的單兵智能化武器發(fā)展較快，需要一種方便的瞄準調節(jié)器，于是誕生了早期的壓力觸摸屏技術，讓士兵可以用手指在屏上觸動來調節(jié)瞄準顯示器中視野內的準星十字坐標。這項技術的創(chuàng)始人是軍方研究所一位不知名的研究員，他恐怕并沒有意識到自己所做的事情對于現代信息技術的影響。20世紀70年代，美國軍方首次將觸摸屏技術應用于軍事用途。此后，該項技術逐漸走向民用，一些世界頂尖研究機構的介入，使得新型技術和產品不斷涌現，其堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流的優(yōu)點也日益得到大眾的認同。 由于極大地方便了人們對計算機的操作使用，因此自民用開始，觸摸屏技術就被業(yè)界認為是一種極富發(fā)展?jié)摿Φ慕换ナ捷斎爰夹g。

一、軍事需求

（一）國際現狀

IPhone采用小尺寸投射電容式觸摸技術，其絕佳的光學特性與多點觸摸功能掀起一陣風潮，成為近年來最受矚目的觸摸技術。逐步應用于日常生活各個領域，其中不僅包括面向行業(yè)領域的電子政務、銀行、醫(yī)院、電力等部門的業(yè)務查詢，也包括面向家庭和個人用戶的電子游戲機、通信設備、信息家電、掌上電腦等產品的應用。

在服務業(yè)、公用信息查詢系統(tǒng)、教育訓練，工業(yè)控制，軍事指揮控制等領域。有些技術應用也已發(fā)展得相當成熟，例如，在服務業(yè)方面，國外已將觸摸屏開發(fā)應用到了cd盒帶零售業(yè)、自助快餐業(yè)、視頻音樂點播業(yè)電子付款銷售業(yè)等領域；公用信息查詢系統(tǒng)是目前國內外觸摸屏技術應用得比較普遍、成熟的一個領域，如郵政業(yè)務查詢、銀行賬務查詢、運動場入場券查詢預訂等；在教育訓練方面，著名的是波音公司將觸摸屏技術應用到飛行訓練上，波音公司從波音747開始，用基于觸摸屏的訓練單元來制作座艙模型，取代原座艙控制系統(tǒng)，用以仿真訓練飛行員，實現了系統(tǒng)經濟、簡易化，產生很大影響；在工業(yè)控制方面、軍事指揮控制等領域，各發(fā)達國家更是不遺余力地將觸摸屏技術引用進來。在美國空軍警戒系統(tǒng)部門采用該技術作為臺式計算機訓練模擬。在航天空間站、衛(wèi)犀測控、雷達技術、作戰(zhàn)指揮等諸多軍事技術高精尖部門，都使觸摸屏顯露身影。

（二）國內研究現狀

在國內市場上，一開始觸摸屏主要是應用于公共場所的信息查詢系統(tǒng)上。當初只是顯示菜單選擇的畫面，讓顧客逐個點按的簡單系統(tǒng)，其軟件處理速度和觸摸屏耐久性等方面都存在的水平較低的問題。近幾年，隨著國內觸摸屏制造、開發(fā)能力的增強，計算機應用能力的提高和顯示技術的進步，業(yè)界專家開發(fā)出了各種適合個性化用途且具備耐久性和可靠性的觸摸屏?，F在，在不少公共場所中（如車站的售票機、圖書館的檢索終端等）都應用了觸摸屏。另外，觸摸屏也被應用在現代工廠所使用的機器設備，作為一種操控面板。除此之外，以POS系統(tǒng)為中心的銷售處理系統(tǒng)、便攜式信息終端和自動記錄儀等方面通過采用觸摸屏，其工作的便利性得到了大大增強。

（三）軍事應用特點

隨著多媒體和圖形用戶界面的興起，傳統(tǒng)的鍵盤輸入技術面臨著新型觸摸屏技術的挑戰(zhàn)。在軍事訓練模擬中，觸摸屏已取代鍵盤且增長迅速。傳統(tǒng)的鍵盤輸入技術無論在商用或軍事系統(tǒng)中均面臨著新型觸摸屏及觸摸按鍵技術的挑戰(zhàn)。

在軍事應用中，海軍、空軍指揮系統(tǒng)也已開始引用觸摸屏技術來提高作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的效率。指控系統(tǒng)是一個信息收集、處理、利用的系統(tǒng)，它的一個最基本的功髓之一就是需要對信息作出綜合分析，以便于指揮人員對信息加以利用，根據綜合態(tài)勢作出及時、相對準確的決策指揮，以達到消滅敵人，保存自己的目的。在對信息作出綜合顯示中，實時、快速、簡練、智能化的人機交互方式是一項關鍵技術。在提高人機交互能力方面，應該說語音技術是最自然、最方便的一種人機交互工具。但目前在這方面還有許多關鍵問題有待于突破，語音識別輸入技術日前還僅限于大詞匯量，特定人這一最高程度，雖然其識別率比較喜人、但在惡劣的作戰(zhàn)環(huán)境下，其實用性還是存在著嚴重挑戰(zhàn)。相比較而言，觸摸屏技術應用發(fā)展得比較成熟，以圖形方式通過視覺交互也是比較自然、方便的，完全可以避開面對控制鍵、操縱桿而一籌莫展的煩惱，能夠做到信息綜臺顯示的智能化，達到交互友好、快速、簡練的日常應用。概括地說在指控系統(tǒng)中增設觸摸屏后，能帶來以下優(yōu)點：

1．能夠獲得友好的人機界面。觸摸屏在圖形技術的支撐下。能夠根據實際需要設計出非常漂亮的人機界面。從二維的到立體的，從單色的到彩色的，只要在相應硬件和軟件環(huán)境支持下，就可以設計出符臺實際需要的人機界面，操作人員只需在屏幕上根據罔標就可以進行控制信息輸入，觸摸屏可根據操作人員輸入的不同信息，變換不同的控制信息界面，以直觀的形式將不同的控制命令顯示在屏幕上。操作人員在這里完全只需直接按單一點觸的方式輸入信息，方便、簡練。特別是在指控系統(tǒng)中，對于高層的指揮官而言，他們一般富于指揮經驗，但他們卻沒有必要去培訓如何操作鍵盤。在這種情況下，有了觸摸屏以后，他們就可以只需根據觸摸屏顯示的指控命令、直接坐在觸摸屏終端上進行點觸，實現現場指揮和演練的目的。

2．能夠達到簡易靈活化。在現代指控系統(tǒng)的發(fā)展中，對于信息的綜臺顯示采用多功能顯控臺技術已成為主流。實現動態(tài)重組足多功能鍵控臺的一個主要特色，因此顯控臺的人機界面應能隨其狀態(tài)的變化而改變，以便快速重組界面簡化操作，這就勢必要求在顯控臺中采用軟件可定義鍵盤，即智能鍵盤。觸摸屏技術就能很好的滿足這一需求，因為采用觸摸屏作為軟件可定義鍵盤，由程序設計的模塊化和標準化，根據實際需要調用和組臺相關的接口函數，就可以隨時根據系統(tǒng)的要求快速進行擴充和裁剪，提供比機械式鍵盤更靈活、更形象、更快速的輸入方式。除此以外引用觸摸屏作為鍵盤輸入信息命令，還能達到美觀、結構緊湊的特點。一個A4紙張?zhí)〉挠|摸屏鍵盤就可以取代龐大的指揮控制臺，將物理輸入設備實現的輸入功能簡化到用觸摸屏軟件可定義鍵盤實現，顯然其意義是不言而喻的。單兵手持終端，軍用電臺，便攜式電腦等設備中，人機交互界面都可以使用到觸摸屏這種便于人機交流的電子器件。

二、電容式觸摸屏在軍事上的研究

一個觸摸屏系統(tǒng)的基本結構一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制卡。觸摸板裝置檢測用廣在觸摸屏上的觸摸位置，并將該信息傳送給觸摸屏控制卡，觸摸屏控制卡上有自己的處理和監(jiān)控程序，它將接收的觸摸屏信息轉換成觸點的坐標，發(fā)送給計算機，并接收和執(zhí)行計算機的指令。按工作原理分，觸摸屏有以下幾類：

矢量壓力傳感技術觸摸屏、電阻技術觸摸屏、電容技術觸摸屏、紅外線技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏。其中以電容技術觸摸屏為目前市場發(fā)展最為優(yōu)越并加以重點介紹。

電容式觸摸屏采用的是電容探測技術，所偵測的信號來自于因觸碰而引起的微量變化。按工作原理的不同，可大略分為表面電容式觸摸技術（SCT，Surface Capacitive Touch）與投射電容式觸摸技術（PCT，Projected Capacitive Touch）。前者常見于大尺寸戶外應用，而后者常見于中小尺寸應用。

表面電容式觸摸屏（SCT）的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感

應器。

如圖1所示：SCT在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。在觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。

圖1表面電容式觸摸屏工作原理圖示

（一）投射式電容屏

投射式電容屏（PCT）是采用投射電容觸控技術的屏幕，投射電容觸控技術屬于數字式偵測觸控點技術，原理是以表面電容觸控技術為概念，并將電極蝕刻成長條狀以形成圖案化電極，當手指接近時，控制器可迅速測知電容值改變，藉以測得觸控位置。

圖2 投射式電容屏結構原理示意圖（俯視、剖面）

如圖2所示，感應器上鍍有X、Y軸的ITO圖案，當手指觸摸觸控屏幕表面時，觸碰點下方之電容值根據觸碰點遠近而增加，感應器上連續(xù)性的掃描探測到電容值的變化，控制芯片記算出觸控點并回報給處

理器。

1．玻璃投射電容結構。

圖3玻璃投射電容結構圖

2．膜投射電容結構。

（1）表層玻璃與雙面ITO玻璃均為強化玻璃，其中表層為非導電類的玻璃。

（2）表層玻璃與雙面ITO玻璃之間的光學透明膠即為我們通常所說的OCA膠。

投射電容技術需先將電極圖案化，因此可以一次偵測多點觸控點訊號；除此之外，投射電容觸控面板只需輕觸就能感應，耐用程度因而較佳，其透光（Light Transmission）可達90%以上，較電阻式的透光（約82%）及表面電容式的透光（約87%）高，另反應速度也優(yōu)于電阻式觸控產品，訊號漂移現象也較表面電容式少，因此在突破低良率、高成本的限制后，投射電容已成為未來觸控屏幕的主流技術。

圖4膜投射電容結構圖示

（二）電容屏在軍事上應用的優(yōu)勢

寬溫抗振電磁屏蔽型觸摸屏的研制對于通訊系統(tǒng)的可靠性而言可以說是影響深遠，意義重大。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置，雖在低溫情況下電容會出現一定的漂移，通過電路進行偏移計算可進行補足，而沒有天生的缺陷，故在考慮軍用觸摸屏幕式我們將電容式觸摸屏作為首選。電容屏在軍事上的應用也有著傳統(tǒng)輸入設備所無法比擬的優(yōu)勢，將使得操作更加快速、精確、穩(wěn)定，進一步提高軍事效率。

1．電容觸摸屏可以實現多指觸摸，快速的響應時間結合手勢運用，方便快捷實現各種功能，例如兩指分開放大地圖、兩種收攏縮小地圖、一指固定一直移動旋轉地圖等。電容觸摸屏手勢的運用使得操作簡單、相對于以往的鍵盤式可以更快地實現功能，非常人性化。而且電容屏對觸摸感應很靈敏，只需接觸即點擊，而傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏需要一定的力量按下才能點擊，造成漏點擊，這點可以看出，電容式觸摸屏避免了漏點擊，也就避免操作失誤造成的錯誤

指令。

2．在單兵設備上，體積需要把握得很好，做到體積越小越好。對于帶有顯示器件電子設備而言，需要大面積的開孔以容納顯示屏幕，因顯示屏幕而引起的開孔，往往成為電磁干擾的重災區(qū)域，若在顯示屏和觸控屏幕之間再增加抗干擾器件，會大大降低顯示亮度，影響顯示效果，增加持用設備的重量，而電容觸摸屏可以直接做在顯示屏上，輸入設備和顯示設備合二為一，體積自然就小了，這樣就可以做成更大的顯示屏，單屏顯示更多的作戰(zhàn)內容。

3．傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏在點擊時容易出現飛筆、斷筆，電容觸摸屏可以有效的避免這些情況，可以做到接觸即點擊，猶如去摸紙張一樣方便。電容觸摸屏還有一點優(yōu)勢是傳統(tǒng)的輸入設備所沒有的，其需要手指去進行操作，其它對象的接觸不能引起電容觸摸屏的點擊，這樣就避免了其它對象的誤觸。在戰(zhàn)時，配合鎖屏的功能，完全可以避免操作者不知情的情況下，因誤操作而引起的無法預料的情況發(fā)生。

三、結語

由于中國幅員遼闊，冬季高寒區(qū)域相當廣泛，例如新疆阿爾泰、喀喇昆侖等地區(qū)，每年冬季氣溫極低。武器裝備雖是“鋼筋鐵骨”，但受嚴寒影響也會“感冒發(fā)燒”。有關實驗表明：武器裝備在-30℃以下條件下，其作戰(zhàn)性能平均降低25%。-35℃以下條件，其作戰(zhàn)性能平均降低50%以上。同樣，太陽暴曬引起的高溫也會影響電子設備性能。作為人機交流的重要界面，若在高溫或高寒環(huán)境下性能缺失，會大大影響軍隊的戰(zhàn)斗力和國防的護衛(wèi)能力。

電子設備在振動環(huán)境下，由于振動的疲勞效應以及共振現象，可能出現電性能下降，零部件失效，疲勞損傷甚至破壞的現象，據統(tǒng)計，在引起電子設備失效的環(huán)境因素由振動因素引起的約占27%，所以對電容屏結構進行優(yōu)化設計，提高設備的抗振動能力，是保障產品性能和可靠性的重要手段。若在振動的環(huán)境下，導致人機交流的界面性能下降或失效，也將大大引起通訊價值的時效性。因此，電容屏在軍事上應用的解決方案就成為了業(yè)界研究的對象，本文下篇將對此內容進一步闡述。

作者簡介：俞紅偉（1967-），女（回族），寧夏銀川人，南京中電熊貓電子產業(yè)集團南京華日液晶顯示技術有限公司工程師，研究方向：觸摸屏及液晶模組相關開發(fā)。

（責任編輯：趙秀娟）