觸摸技術(shù)設(shè)計(jì)深入剖析

從電話機(jī)，辦公設(shè)備，揚(yáng)聲器，數(shù)碼相框，電視機(jī)控制鍵，遙控器，GPS系統(tǒng)，汽車(chē)無(wú)鑰控制，到醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，到處都是觸摸設(shè)備!每一個(gè)行業(yè)，每個(gè)產(chǎn)品類(lèi)型，各種尺寸，每一種應(yīng)用，甚至是每個(gè)價(jià)格點(diǎn)上，都離不開(kāi)觸摸技術(shù)。可以說(shuō)，觸摸技術(shù)無(wú)處不在。

　　實(shí)際上，如果產(chǎn)品上有一個(gè)LCD或鍵盤(pán)，設(shè)計(jì)師可能就需要考慮如何才能設(shè)計(jì)出一個(gè)利用觸摸技術(shù)的產(chǎn)品。但對(duì)于設(shè)計(jì)師不幸的是，當(dāng)設(shè)計(jì)觸摸屏?xí)r，有許多種不同的解決方式，有各式各樣的性能，當(dāng)然也需要各種不同的設(shè)計(jì)考慮。故現(xiàn)在是需要深入理解該技術(shù)，并對(duì)你的產(chǎn)品系列進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候了。只有這樣，才能成為市場(chǎng)上的領(lǐng)先者，而良好的外觀設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

　　觸摸技術(shù)的深入剖析

　　搞清設(shè)計(jì)所需是觸摸產(chǎn)品設(shè)計(jì)最重要的第一步。觸摸屏供應(yīng)鏈上的許多提供商通常提供許多令人迷惑的不同組件，而更多的時(shí)候是一些提供商聯(lián)合起來(lái)為終端客戶提供一個(gè)價(jià)值鏈。圖1中給出了觸摸屏生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成圖。有趣的是，無(wú)論是在最新的筆記本電腦，或者最新的觸摸屏手機(jī)中，該生態(tài)系統(tǒng)都是一樣的。

　　圖1：觸摸屏控制器解析

　　#1前面板或外框

　　前面板或外框是終端產(chǎn)品的最表層。在某些產(chǎn)品中，該外框?qū)⑼该鞯纳w板圍起來(lái)，以免受到外部的惡劣氣候或潮濕的影響，也防止下面的傳感產(chǎn)品受到刻劃以及破壞(見(jiàn)#3)。也有些時(shí)候，最外面的框只是簡(jiǎn)單地覆蓋在觸摸傳感器的上邊，這種情況下僅僅是一個(gè)裝飾。

　　#2觸摸控制器

　　通常，觸摸控制器是一個(gè)小型的微控制器芯片，它位于觸摸傳感器和PC/或嵌入式系統(tǒng)控制器之間。該芯片可以裝配到系統(tǒng)內(nèi)部的控制器板上，也可以放到粘貼到玻璃觸摸傳感器上的柔性印刷電路(FPC)上。該觸摸控制器將提取來(lái)自觸摸傳感器的信息，并將其轉(zhuǎn)換成PC或嵌入式系統(tǒng)控制器能夠理解的信息。

　　#3 觸摸傳感

　　觸摸屏“傳感器”是一個(gè)帶有觸摸響應(yīng)表面的透明玻璃板。該傳感器被安放到LCD上面，使得面板的觸摸區(qū)域能覆蓋顯示屏的可視區(qū)域。如今市場(chǎng)上有許多種不同的觸摸傳感技術(shù)，各自都采用彼此不同的方法來(lái)檢測(cè)觸摸輸入。基本上，這些技術(shù)都是在觸摸時(shí)，使電流流過(guò)面板，從而產(chǎn)生一個(gè)電壓或信號(hào)的變化。這個(gè)電壓變化將被觸摸控制器傳感，從而確定屏幕上的觸摸位置。

　　#4液晶顯示器(LCD)

　　絕大多數(shù)的觸摸屏系統(tǒng)用于傳統(tǒng)的LCD上。用于觸摸產(chǎn)品的LCD選擇方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)中基本相同，包括分辨率，清晰度，刷新速度，成本等。但在觸摸屏中的另一個(gè)主要的考慮是輻射電平。由于觸摸傳感器中的技術(shù)基于面板被觸摸所產(chǎn)生的微小的電變化，能夠輻射許多電氣噪聲的LCD是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。在選擇用于觸摸系統(tǒng)中的LCD之前，應(yīng)該與觸摸傳感器提供商進(jìn)行協(xié)商。

　　#5系統(tǒng)軟件

　　觸摸屏驅(qū)動(dòng)器軟件可以來(lái)自原廠商(如手機(jī)中的嵌入式OS)，也可以是后來(lái)加裝的軟件(像在傳統(tǒng)PC上加一個(gè)觸摸屏)。該軟件應(yīng)能使觸摸屏和系統(tǒng)控制器一道工作。它將告訴產(chǎn)品的操作系統(tǒng)如何解析來(lái)自觸摸控制器的觸摸事件信息。在PC型應(yīng)用中，絕大多數(shù)觸摸屏驅(qū)動(dòng)器的工作像一個(gè)鼠標(biāo)。這就使得觸摸屏幕與在屏幕上的同一位置上連續(xù)的按鼠標(biāo)非常相似。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式控制驅(qū)動(dòng)器必須將出現(xiàn)在屏幕上的信息與接收到觸摸的位置進(jìn)行比對(duì)。三大觸摸技術(shù)

　　阻性觸摸技術(shù)：阻性觸摸技術(shù)是最常用的觸摸屏技術(shù)。用于高業(yè)務(wù)流應(yīng)用，并對(duì)屏幕上的水珠和其他殘留物具有免疫能力。阻性觸摸屏通常是成本最低的解決方案。由于是對(duì)壓力起反應(yīng)，可以用手指，帶手套的手，觸摸筆，或者像信用卡這類(lèi)的其它的物體進(jìn)行觸摸。

　　表面容性觸摸技術(shù)：表面容性觸摸技術(shù)提供的顯示清晰度比阻性觸摸中通常所用的塑料膜要清晰得多。在表面容性顯示中，位于顯示器四個(gè)角落的傳感器檢測(cè)由于觸摸引起的電容變化。這類(lèi)觸摸屏可以用手指或其他容性物體實(shí)現(xiàn)觸摸激勵(lì)。

　　保護(hù)性容性觸摸：保護(hù)性容性觸摸是最近才進(jìn)入市場(chǎng)的一種技術(shù)。該技術(shù)也能提供優(yōu)異的透光性，但它還具有一些比表面容性觸摸好得多的優(yōu)點(diǎn)。投影型容性觸摸不需要位置校準(zhǔn)，并能提供高得多的位置精度。投影型容性觸摸還有另外令人激動(dòng)的地方，那就是它同時(shí)能夠支持多點(diǎn)觸摸。

　　觸摸屏工作原理

　　我們將深入了解一下兩個(gè)最常用的觸摸屏技術(shù)。使用最廣泛的技術(shù)是阻性觸摸。絕大多數(shù)人可能以前都在銀行的ATM機(jī)上、許多商場(chǎng)里的信用卡檢查機(jī)、甚至是在餐館里輸入一個(gè)訂餐單時(shí)用過(guò)這類(lèi)阻性觸摸技術(shù)。而投影型容性觸摸屏，使用的范圍還沒(méi)有這么廣，但具有快速發(fā)展動(dòng)力。許多采用投影型容性界面的手機(jī)和便攜式音樂(lè)播放器都在投放市場(chǎng)。無(wú)論是阻性或容性技術(shù)都有一個(gè)堅(jiān)固的電組件，都利用ITO(氧化銦錫，透明導(dǎo)體)，這兩種技術(shù)都會(huì)長(zhǎng)期使用。

　　阻性觸摸屏包括有一個(gè)柔性頂層，然后是一層ITO，一個(gè)空氣隙，然后是另一層ITO。面板有4根線附到ITO層上：“X”層的左右側(cè)各一根，“Y”層的頂端和底端各一根。

　　當(dāng)柔性頂層受壓接觸到下面一層時(shí)檢測(cè)到觸摸。觸摸的位置按如下兩步來(lái)測(cè)量：首先，“X右”被驅(qū)動(dòng)到一個(gè)已知電壓上，而把“X左”驅(qū)動(dòng)到地，讀取來(lái)自Y傳感器的電壓。這樣就提供了X坐標(biāo)。對(duì)于另一個(gè)坐標(biāo)軸重復(fù)這一過(guò)程，即可確定精確的手指位置。

　　阻性觸摸屏還有5線和8線型。5線型用更耐用的低阻“導(dǎo)體層”來(lái)代替最上面的ITO層。而8線面板則通過(guò)對(duì)面板特性的更好校準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。

　　對(duì)于阻性技術(shù)來(lái)說(shuō)有幾個(gè)缺點(diǎn)。柔性頂層只有75%-80%的透光度，而且阻性觸摸屏測(cè)量過(guò)程中也有較多的誤差源。如果ITO層不一致，電阻在傳感范圍將不會(huì)線性變化。需要10-12位的測(cè)量電壓精度，這在很多環(huán)境中都是困難的。為了將觸摸點(diǎn)與下層的LCD圖像對(duì)準(zhǔn)，許多現(xiàn)有的阻性觸摸屏都需要周期性的校準(zhǔn)。

　　反之，投影型容性觸摸屏沒(méi)有活動(dòng)部件。在LCD和用戶之間只有ITO和透光度幾乎為100%的玻璃板。投影型容性傳感硬件包括一個(gè)玻璃頂層(見(jiàn)圖2)，下面是一個(gè)X傳感器陣，一層絕緣玻璃，再下面是位于玻璃基片上的Y傳感器陣。面板連接到每一個(gè)X和Y傳感器，故5 x 6的面板共有11根連線(如下面的圖3所示)，而10 x 14面板則有24條傳感器連線。

　　圖2：用于“阻性屏”(左)和“容性屏”(右)的堆疊層

　　當(dāng)手指或其他傳到物體接近屏幕時(shí)，在傳感器和手指之間產(chǎn)生一個(gè)電容。雖然該電容相對(duì)于系統(tǒng)中的其他電容比較小(大約是20pF中的0.5pF)，但還是可以利用集中技術(shù)測(cè)量出來(lái)的。其中一種技術(shù)就是利用賽普拉斯半導(dǎo)體公司被稱(chēng)作為CSD的PSoC器件。它包括快速對(duì)電容器充電，然后測(cè)量對(duì)一個(gè)放電電阻的放電時(shí)間。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)投影電容傳感器陣列的目的是在同一時(shí)間使手指能夠與多于一個(gè)的X傳感器和一個(gè)以上的Y傳感器發(fā)生作用(見(jiàn)圖3)。這是的軟件能夠通過(guò)內(nèi)插來(lái)非常精確地確定手指的具體位置。例如，如果傳感器1，2，3感應(yīng)出的信號(hào)強(qiáng)度分別為3，10和7，則手指的中心位置應(yīng)該位于(1*3+2*10+7*3) / (3+10+7) = 2.2處。

　　圖3：行和列傳感器的信號(hào)強(qiáng)度確定了觸摸的位置

　　因?yàn)橥队靶碗娙菝姘寰哂性S多個(gè)傳感器，因此結(jié)合其他技術(shù)，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)手指。實(shí)際上，投影型電容可以同時(shí)檢測(cè)高達(dá)10個(gè)手指。故可以實(shí)現(xiàn)激動(dòng)人心的一些基于多個(gè)手指按壓的新應(yīng)用。試想，你能夠在手機(jī)上彈鋼琴嗎?在PDA上用多個(gè)手指同時(shí)玩游戲又如何?

　　毫無(wú)疑問(wèn)，觸摸屏具有極好的外觀。它們開(kāi)始定義一個(gè)新型的用戶接口以及全球范圍內(nèi)正在廣泛接納的工業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。從心律監(jiān)視器到最新的all-in-one打印機(jī)的各種設(shè)備中，觸摸屏都正在快速地變成技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在美好外觀之外，觸摸屏還提供難以匹敵的安全性能，抗惡劣氣候性能，耐磨性，并能利用像多點(diǎn)觸摸這類(lèi)新觸摸技術(shù)來(lái)開(kāi)辟一個(gè)全新的市場(chǎng)。利用觸摸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)許多種類(lèi)的產(chǎn)品，因此設(shè)計(jì)師就必須深入理解該技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)和目前所采用技術(shù)的可用性。