带有测算功能的触摸屏工作原理教学仪器及其教学方法

摘要

本发明公开了一种带有测算功能的触摸屏工作原理教学仪器,包括设置在固定底座上的两个可变电阻装置、一个单刀双掷开关、一个双刀双掷开关、一个5V直流电源、一个电压表和一个四线电阻式触摸屏USB控制卡，本发明还公开了所述教学仪器的教学方法。利用本实验仪来进行四线电阻式触摸屏的工作原理的学习，对于学生来说更为直观、更易理解，可以使学生更清晰明了地理解四线电阻式触摸屏的工作原理及四线电阻式触摸屏中ITO的作用。

说明书

技术领域

本发明属于物理实验教学技术领域，具体涉及一种带有测算功能的四线电阻式触摸屏 工作原理教学仪器及其教学方法。

背景技术

触摸屏又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液 晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程 式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的 影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人 机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

四线电阻触摸屏，主要由柔性顶层，一层ITO(氧化铟锡)，一个空气隙，一层ITO构 成。可以使用笔、手指、戴手套的手、信用卡等众多触摸介质，可以抵抗流质、食物和各 种杂质，对各种污染具有非常强的适应性，拥有良好的稳定性和可靠性等特点，是轻便移 动设备、个人助理、工业控制、医疗仪器等使用频率高，使用者明确的应用系统的最理想 的输入装置。

由于四线电阻式触摸屏生产工艺复杂，集成度高且拆解易损坏，所以无法直接用于教 学演示。目前尚未有关于四线电阻式触摸屏原理教学演示仪器及其教学方法的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有测算功能的四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器及其 教学方法，它可以用于展示、学习四线电阻式触摸屏的工作原理及测算方法。

本发明的技术方案是：一种带有测算功能的四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器，包 括设置在固定底座上的两个可变电阻装置、一个单刀双掷开关、一个双刀双掷开关、一个 5V直流电源、一个电压表和一个四线电阻式触摸屏USB控制卡；5V直流电源用于进行测算 实验时给可变电阻装置供电；电压表用于测电压，计算模拟触摸的位置；单刀双掷开关和 双刀双掷开关，方便在测算实验中电路断开与闭合的操作；两个可变电阻装置相互垂直放 置，一个可变电阻装置引出的两根导线接到双刀双掷开关的同一侧，另一个可变电阻装置 引出的两根导线接到双刀双掷开关的另一侧；双刀双掷开关中间的两个接线柱与5V直流电 源的正负两端相连；每个可变电阻装置一侧引出的导线与单刀双掷开关的两个被选择端相 连接，单刀双掷开关中间的选择端接线柱与电压表正极相连，电压表负极接电源负极。

优选的，可变电阻装置为滑动变阻器或电阻箱。

本发明还提供一种带有测算功能的四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器的教学方法，使 用上述四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将两个可变电阻装置接入有四线电阻式触摸屏USB控制卡的电路，选取一张坐 标纸在其上记录某一原始点位，记录该点对应的两个可变电阻装置的位置；

步骤2：将两个可变电阻装置、单刀双掷开关、双刀双掷开关、和电压表接入带有5V 直流电源的电路；

步骤3：通过改变双刀双掷开关和单刀双掷开关的倒向来读出该点电压表的电压，并据 此计算该位置的坐标；

步骤4：将原始坐标与测算所得的坐标画在同一图中，观察并计算实验仪的触控误差。

当两个可变电阻装置为两个滑动变阻器时，一个滑动变阻器下端的两个接线柱接到双刀 双掷开关的一侧，另一个滑动变阻器下端的两个接线柱接到双刀双掷开关的另一侧；双刀 双掷开关中间的两个接线柱与5V直流电源的正负两端相连；两个滑动变阻器上端各选择一 个接线柱通过导线与一常开开关的两端相连接；两个滑动变阻器下端各选择一个接线柱通 过导线与单刀双掷开关的两个被选择端相连接。常开开关用于连接两个滑动变阻器的上端， 按下时模拟人在触摸四线电阻式触摸屏时，上、下层ITO接触的过程。

相应的，上述四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器的教学方法步骤如下：

步骤1：将两个滑动变阻器接入有四线电阻式触摸屏USB控制卡的电路，选取一张坐标 纸在其上记录某一原始点位，并记录该点位对应的两个滑动变阻器的位置；

步骤2：将两个滑动变阻器、单刀双掷开关、双刀双掷开关、5V直流电源和电压表安 装在固定底座上；两个滑动变阻器相互垂直放置，一个滑动变阻器下端的两个接线柱接到 双刀双掷开关的一侧，另一个滑动变阻器下端的两个接线柱接到双刀双掷开关的另一侧； 双刀双掷开关中间的两个接线柱与5V直流电源的正负两端相连；两个滑动变阻器上端各选 择一个接线柱通过导线与常开开关的两端相连接；两个滑动变阻器下端各选择一个接线柱 通过导线与单刀双掷开关的两个被选择端相连接；

步骤3：通过改变双刀双掷开关和单刀双掷开关的倒向来读出该点电压表的电压，并据 此计算该位置的坐标；

步骤4：将原始坐标与测算所得的坐标画在同一图中，即可观察并计算实验仪的触控误 差。

优选的，当两个可变电阻装置由两根电阻丝、用于固定电阻丝的两根绝缘杆组成时， 两根绝缘杆相互垂直放置在长方形滑轨上，并可以沿相互垂直方向滑动；下面绝缘杆上的 电阻丝朝上，上面绝缘杆上的电阻丝朝下，且使得在没有按下上方绝缘杆时，两根电阻丝 不接触，在按下上方绝缘杆时，两电阻丝交叉点接触；一根电阻丝引出的两根导线接到双 刀双掷开关的一侧，另一根电阻丝的两根导线接到双刀双掷开关的另一侧；双刀双掷开关 中间的两个接线柱与5V直流电源的正负两端相连；两根电阻丝两侧引出的导线各选一根与 单刀双掷开关的两个被选择端相连接。

优选的，两根电阻丝长度分别等于长方形滑轨的长和宽。

相应的，上述四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器的教学方法步骤如下：

步骤1：将由两根电阻丝、两根绝缘杆和长方形滑轨构成的可变电阻装置接入有四线电 阻式触摸屏USB控制卡和显示设备的电路，两根绝缘杆相互垂直放置在长方形滑轨上，并 可以沿相互垂直方向滑动，下面绝缘杆上的电阻丝朝上，上面绝缘杆上的电阻丝朝下，在 没有按下上方绝缘杆时，两根电阻丝不接触，在按下上方绝缘杆时，两电阻丝交叉点接触； 选取一张坐标纸在其上记录若干原始点位，记录相应点位对应的两个绝缘杆的位置；

步骤2：将可变电阻装置、单刀双掷开关、双刀双掷开关、5V直流电源和电压表均安 装在固定底座上；一根电阻丝引出的两根导线接到双刀双掷开关的一侧，另一根电阻丝的 两根导线接到双刀双掷开关的另一侧；双刀双掷开关中间的两个接线柱与5V直流电源的正 负两端相连；两根电阻丝两侧引出的导线各选一根与单刀双掷开关的两个被选择端相连接；

步骤3：通过改变双刀双掷开关和单刀双掷开关的倒向来读出该点电压表的电压，并据 此计算该位置的坐标；

步骤4：最后将原始坐标与测算所得的坐标画在同一图中，即可观察并计算实验仪的触 控误差。

本发明的有益效果在于：采用两个可变电阻装置，分别模拟四线电阻式触摸屏上、下 层的ITO膜，成本较低；且通过元器件的组合来展示、学习四线电阻式触摸屏的工作原理， 对于学生来说更为直观、更易理解，可以使学生更清晰明了地理解四线电阻式触摸屏的工 作原理及四线电阻式触摸屏中ITO的作用；此外本发明的教学方法可以使学生更深刻的学 习理解触摸屏系统定位计算的原理，同时也可以理解触摸屏触控误差出现的部分原因。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为当可变电阻装置为滑动变阻器时，本发明教学方法的电路A；

图3为当可变电阻装置为滑动变阻器时，本发明教学方法的电路B；

图4为电阻丝及绝缘杆装置的截面图；

图5为当滑动变阻装置由电阻丝、方形滑轨以及绝缘杆组成时，本发明教学方法的电 路C；

图6为当滑动变阻装置由电阻丝、方形滑轨以及绝缘杆组成时，本发明教学方法的电 路D；

附图标记说明：y方向滑动变阻装置1、常开开关2、单刀双掷开关3、四线电阻式触 摸屏USB控制卡4、x方向滑动变阻装置5、双刀双掷开关6、5V直流电源7、电压表8、 固定底座9、y方向滑动变阻器10、x方向滑动变阻器11、电阻丝12、方形导轨13、绝缘 杆14、导线15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对带有测算功能的四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器以 及教学方法进行详细的介绍。

一种四线电阻式触摸屏工作原理演示实验仪，结构如图1所示，包括x方向可变电阻 装置5、y方向可变电阻装置1、常开开关2、固定底座9、四线电阻式触摸屏USB控制卡4、 单刀双掷开关3、双刀双掷开关6、5V直流电源7、电压表8和若干导线。两个可变电阻装 置、常开开关2、四线电阻式触摸屏USB控制卡4、单刀双掷开关3、双刀双掷开关6、5V 直流电源7、电压表8均固定在固定底座9上；两个可变电阻器装置沿X-Y坐标系垂直放 置；常开开关2、单刀双掷开关3、双刀双掷开关6、5V直流电源7、电压表8和四线电阻 式触摸屏USB控制卡4均固定在由两个可变电阻装置围成的X-Y坐标系内。其中，四线电 阻式触摸屏USB控制卡为禾瑞亚科技有限公司的ETP-MB-R4502UPEG型USB控制卡。

实施例1

可变电阻装置为滑动变阻器；

选择电路A，将两个滑动变阻器下端的四个接线柱通过导线按对应顺序接入四线电阻式 触摸屏USB控制卡4接口中，两个滑动变阻器上端各选择一个接线柱通过导线与常开开关2 的两端相连接，接法如附图2所示。将四线电阻式触摸屏USB控制卡4接入电脑中，按下 常开开关2导通电路，选取一张坐标纸在其上记录某一原始点位，记录该点对应的两个可 变电阻装置的位置；

选择电路B，将x方向滑动变阻器11下端的两个接线柱接到双刀双掷开关6的cd侧， y方向滑动变阻器10下端的两个接线柱接到双刀双掷6开关的ab侧；双刀双掷开关6中间 的两个接线柱与5V直流电源7的正负两端相连；两个滑动变阻器上端各选择一个接线柱通 过导线与常开开关2的两端相连接；两个滑动变阻器下端各选择一个接线柱通过导线与单 刀双掷开关3的两个被选择端相连接，单刀双掷开关3中间的选择端接线柱与电压表8正 极相连，电压表8负极接5V直流电源7的负极，如附图3所示。

滑动两个滑动变阻器，使得将两滑动变阻器的滑片滑到所记录的点所对应的位置处， 双刀双掷开关6合向c d侧、单刀双掷开关3合向e侧、按下常开开关2，此时电压表8测 得的是x方向滑动变阻器11上的电压，可以算得x方向的坐标；保持两个滑动变阻器滑片 位置不变，将双刀双掷开关6合向a b侧、单刀双掷开关3合向f侧、按下常开开关2，此 时电压表8测得的是y方向滑动变阻器10上的电压，据此可以算得y方向的坐标。

将原始坐标与测算所得的坐标画在同一图中，观察并计算实验仪的触控误差。

实施例2

可变电阻装置由电阻丝12、长方形滑轨13以及绝缘杆14组成时，电阻丝12固定在绝 缘杆14上，电阻丝12两侧与导线15相连，如附图4所示；

选择电路C，将由两根电阻丝12、两根绝缘杆14和长方形滑轨13构成的可变电阻装 置接入有四线电阻式触摸屏USB控制卡4的电路，四线电阻式触摸屏USB控制卡4另一端 通过USB接口接入带显示屏的电脑，两根绝缘杆14相互垂直放置在长方形滑轨13上，接 法如附图5所示。选取一张坐标纸，下压上方的绝缘杆，在坐标纸上记录某一原始点位， 并记录该点对应的两个绝缘杆的位置；

选择电路D，将x方向电阻丝接到双刀双掷开关6的cd侧，y方向电阻丝接到双刀双 掷6开关的ab侧；双刀双掷开关6中间的两个接线柱与5V直流电源7的正负两端相连； 两个电阻丝各选择一个接线柱通过导线与单刀双掷开关3的两个被选择端相连接，单刀双 掷开关3中间的选择端接线柱与电压表8正极相连，电压表8负极接5V直流电源7的负极， 如附图6所示。

下压上方的绝缘杆，并同时滑动两个绝缘杆，使得两绝缘杆滑到所记录的点所对应的 位置处，双刀双掷开关6合向cd侧、单刀双掷开关3合向e侧，按下上方绝缘杆，此时电 压表8测得的是y方向电阻丝上的电压，可以算得y方向的坐标；将双刀双掷开关6合向 ab侧、单刀双掷开关3合向f侧，按下上方绝缘杆，此时电压表8测得的是x方向电阻丝 上的电压，据此可以算得x方向的坐标。

将原始坐标与测算所得的坐标画在同一图中，观察并计算教学仪器的触控误差。

通过分析和对比四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器的实验数据及误差，可以看出， 在教学领域用四线电阻式触摸屏工作原理教学仪器是可行的。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的 原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通 技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体 变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。