传感器在手机上的应用
黑龙江八一农垦大学信息技术学院 电气工程及其自动化（5）班 20104073509 梁祯
内容提要
• 触摸屏在手机上的应用 • 光线பைடு நூலகம்应器在手机上的应用 • 陀螺仪在手机上的应用 • 手机的无线充电技术
触摸屏在手机上的主要种类
电阻式触摸屏
电容式触摸屏
超灵敏触摸屏
super sensitive touch screen
电容式触摸屏的工作原理： 所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作 用的导体。在皮肤下面，人体组织中充满了传导电解质(一种 有损电介质)。正是手指的这种导电特性，使得电容式触摸传 感成为可能。 简单的平行板电容器具有两个导体，其间隔着一层电介 质。该系统中的大部分能量直接在电容器极板之间。少许能 量会泄露到电容器极板以外的空间，而由这些泄露能量所形 成的电场被称为“边缘场”。制作实用电容式传感器的部分 难题在于：需要设计一组印制导线，将上述的边缘场引导到 用户易接近的有效感应区域中。显然，对于这种传感器模式 来说，平行板电容器并非上佳之选。 把手指放在边缘电场的附近将增加电容式传感系统的导 电表面积。由手指所产生的额外电荷存储容量就是已知的手 指电容CF。无手指触摸时的传感器电容用CP来表示。在本文 中，它代表寄生电容。 关于电容式传感器的一个常见的误解是：为了使系统正 常工作，手指必须接地。实际上，手指被传感的原因在于它 带有电荷，而这与其是否悬空或接地完全无关。
什么是电容式传感器
电容屏是利用人体感应进行触点检测控制，不需要直接接触或只需要轻微接触，通过检测感应电流来定位触 摸坐标，优点是支持多点触控，缺点是精度不高、相对电阻屏来说不够稳定、受环境影响较大，成本也要高 一些。当手指触摸在外导电层时，由于人体电场作用在前端触控点和触控屏之间会产生耦合电容，导致部分 电流被手指吸收，控制器则通过检测四角的电极电流比例来定位触控坐标。
电容式触摸屏工作原理
电容式传感电路原理图
超灵敏触摸屏 Super sensitive touch screen
什么是超敏感触摸屏
超敏感触摸屏是诺基亚于2012年9月5日的windows phone 8新机发布会上率先 提出的，其原理是基于电容式触摸屏改进而来，在继承了电容式触摸屏的灵敏， 以及手指轻触即可完成对于屏幕命令的同时，又进一步改进，精简了其构造增加 灵敏度，从而使触摸屏可以识别非生命体的触摸，例如钥匙、手套、叉子等进行 操作。这样的设计既可以保证触摸屏的灵敏度，又可以在不方便的时候使用手套 进行控制屏幕又或者使用触控笔进行精准触摸，同时又因为精简了屏幕结构，使 屏幕的透光度更高，在一方面又可以减少耗电量。
工作原理：
触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和 八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明 阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻 性层和一个导电层组成，通常还要 用一种弹 性材料来将两层隔开。当触摸屏表面受到的 压力（如通过笔尖或手指进行按压）足够大 时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电 阻式触摸屏都采用分压器 原理来产生代表X 坐标和Y坐标的电压。如右图，分压器是通过 将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻 （R1）连接正参考电压（VREF），下面的电 阻 （R2）接地。两个电阻连接点处的电压测 量值与下面那个电阻的阻值成正比。为了在 电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标， 需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接 VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一 层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸 屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时 ，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻 值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸 点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面 的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电 压与触摸点到接地边之间的距离成正比。
什么是光线传感器
光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及 r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的 稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞 机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开 关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域，应用极 为广泛，在手机上的应用具体为根据室内或者室外光线强度而自动调节 屏幕的亮度，使用户在强光之下可以看清屏幕内容以及弱光之下不刺眼。
什么是电阻式触摸屏：
电阻式触摸屏工作图
电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物 理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用 了电阻式触摸屏，这种屏幕可 以用四线、五线、七线或八线来 产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。电阻式触摸屏基 本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有 ITO（纳米铟锡金属氧化物）涂层，ITO具有很好的导电性和透 明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO ，经由感应器传出相应的电 信号，经过转换电路送到处理器， 通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现 在屏幕上。
光敏电阻调光电路 如左图是一种典型的光控调光电路，其工作原理是： 当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加，使加在 电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大， 达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光 线变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小， 照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现 对灯光照度的控制。 上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压， 不能将其用电容滤波变成平滑直流电压，否则电路将 无法正常工作。原因在于直流脉动电压既能给可控硅 提供过零关断的基本条件，又可使电容C的充电在每 个半周从零开始，准确完成对可控硅的同步移相触发。
电容式触摸屏的优势
与电阻式触控屏和电磁式感应板相比，电容式触控屏表现出了更加良好的性能。由于轻触就能感应，使用 方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定，经机械测试使用寿命长达30年。另外，整个产 品主要由一块只有一个高集成度芯片的PCB组成，元件少，产品一致性好、成品率高。电容式触控屏缺点： 代表流行风向标的iPhone上使用电容式触控屏无疑进一步印证了其拥有的各项优势。