采用電容式觸摸傳感器檢測(cè)觸摸手勢(shì)

然而，在所有五種類型的傳感器中，消費(fèi)者通常在操作智能手機(jī)和平板電腦時(shí)每天最連續(xù)地使用觸摸傳感器。觸摸傳感器只是對(duì)力壓力或人體觸摸敏感的傳感器。結(jié)果醫(yī)生Elographics的創(chuàng)始人Sam Hurst于1971年開(kāi)發(fā)出第一款觸摸傳感器.20世紀(jì)90年代，智能手機(jī)和配備觸摸屏技術(shù)的設(shè)備(包括ATM和銷售點(diǎn)系統(tǒng))的推出推動(dòng)了觸摸傳感器的應(yīng)用。這十年的技術(shù)進(jìn)步包括Apple的Newton手寫(xiě)識(shí)別和IBM的Simon觸摸屏界面。然而，隨著iPhone推出多點(diǎn)觸控縮放功能，觸摸傳感器的使用迅速增加，因此用戶可以在屏幕上捏合和傳播內(nèi)容，以便于閱讀。

本文將探討電容式，電阻式，紅外觸摸和表面聲波(SAW)觸摸傳感器。每種觸摸傳感器技術(shù)以不同方式檢測(cè)觸摸，并且一些可以在沒(méi)有直接接觸或沒(méi)有觸摸的情況下檢測(cè)手勢(shì)。

電容式觸摸傳感器

電容式傳感基于電氣干擾。電容式觸摸傳感器由玻璃板組成，玻璃板的一側(cè)具有導(dǎo)電涂層，并且在觀察區(qū)域的外側(cè)周圍具有印刷電路圖案。印刷電路圖案在表面上產(chǎn)生電荷，并且被用戶用手指，手套，觸控筆或任何其他物體觸摸屏幕而受到干擾。

電容式傳感器構(gòu)建在玻璃上。接觸不需要太大的壓力，因此力是微不足道的。然而，電容式觸摸傳感器易受導(dǎo)電涂層的磨損。

電容技術(shù)是上面列出的三種觸摸傳感器技術(shù)中唯一能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)觸摸的技術(shù)，可以識(shí)別多個(gè)接觸點(diǎn)。這允許用戶捏和傳播，這是由iPhone推廣的。

工業(yè)，汽車，醫(yī)療和消費(fèi)類應(yīng)用中基于電容的傳感器設(shè)計(jì)數(shù)量正在增長(zhǎng)。設(shè)計(jì)人員對(duì)電容式傳感器應(yīng)用中的主要挑戰(zhàn)進(jìn)行了顯著改進(jìn)，包括解決厚模塑化合物，噪聲環(huán)境，可靠性問(wèn)題以及從傳感器到IC的互連距離。

例如，ADI公司的AD7150電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(見(jiàn)圖1)為接近感應(yīng)提供強(qiáng)大的信號(hào)處理能力?；贏D7150的高靈敏度，電容傳感器可以深入嵌入厚模制件中，而不會(huì)影響規(guī)格。該器件支持低功耗，高速電容傳感器系統(tǒng)。

圖1：ADI7150電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一個(gè)強(qiáng)大的示例針對(duì)惡劣環(huán)境的解決方案。 (：ADI公司AD7150數(shù)據(jù)表)

ADI公司的AD7147(圖2，圖3)提高了觸摸界面的性能，并顯著改善了傳感器響應(yīng)，同時(shí)簡(jiǎn)化了傳感器設(shè)計(jì)。該器件專門解決了從IC遠(yuǎn)程定位傳感器的挑戰(zhàn)，并屏蔽了某些目標(biāo)應(yīng)用中固有的噪聲源，如手機(jī)，多媒體播放器，智能手持設(shè)備，電視，A/V，遙控器，游戲和數(shù)碼相機(jī)相機(jī)。

圖2：AD7147框圖。 (：ADI公司AD7147數(shù)據(jù)手冊(cè))

圖3：用于觸控的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器。 (：Analog Devices AD7147數(shù)據(jù)手冊(cè))

觸摸板包含一個(gè)雙層電極網(wǎng)格，連接到安裝在焊盤反面的復(fù)雜的全定制混合信號(hào)集成電路。頂層具有垂直電極條，下層具有水平電極條。 IC測(cè)量從每個(gè)水平電極到每個(gè)垂直電極的互電容。在兩個(gè)電極的交叉點(diǎn)附近的人手指改變它們之間的互電容，因?yàn)槭种妇哂信c空氣不同的介電特性。當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí)，一部分電荷被傳送給用戶并在屏幕上產(chǎn)生電位差。在面板控制器識(shí)別出觸摸之后，控制器將X-Y軸信息發(fā)送到PC端口。

容量接近感應(yīng)的另一個(gè)例子是恩智浦PCF8883 IC(圖4)，用于移動(dòng)電話和便攜式娛樂(lè)設(shè)備中的接近感應(yīng)，醫(yī)療應(yīng)用以及室內(nèi)裝潢，皮革，手柄，墊子和運(yùn)輸中的玻璃內(nèi)部或下方的開(kāi)關(guān)應(yīng)用。該開(kāi)關(guān)使用數(shù)字方法檢測(cè)遙感板上的電容變化。使用連續(xù)自動(dòng)校準(zhǔn)自動(dòng)補(bǔ)償靜態(tài)電容的變化。

圖4：PCF8883框圖。 (NXP PCF8883數(shù)據(jù)表)

電阻式觸摸傳感器

與電容式觸摸傳感器相比，電阻式觸摸傳感器由兩層不相互接觸但由薄空間隔開(kāi)的層組成。當(dāng)壓力導(dǎo)致層接觸時(shí)，傳感器會(huì)響應(yīng)。傳感器由外部柔性層構(gòu)成，內(nèi)部涂有導(dǎo)體，云母或二氧化硅的非導(dǎo)電分離器，以及內(nèi)部支撐玻璃層，玻璃也涂有導(dǎo)體。

電阻式傳感器是最常見(jiàn)的觸摸傳感器形式，用于距離和壓力應(yīng)用。它們可以用手指觸摸或機(jī)械手寫(xiě)筆操作。與電容式觸摸替代方案不同，電阻式觸摸屏不能支持多點(diǎn)觸控技術(shù)。

在這種情況下，印刷電路圖案位于觀察區(qū)域的外側(cè)。當(dāng)外層壓在內(nèi)層上時(shí)，產(chǎn)生的電壓可在多個(gè)方向上測(cè)量。當(dāng)將這些電壓與起始電壓進(jìn)行比較時(shí)，可以計(jì)算觸摸發(fā)生的點(diǎn)。

電阻傳感器簡(jiǎn)單且相對(duì)便宜。一個(gè)潛在的故障是由于將表面推到一起所需的彎曲。兩層的存在也導(dǎo)致亮度損失在10%到20%之間。設(shè)計(jì)人員最近通過(guò)改進(jìn)外層柔性玻璃來(lái)改善電阻傳感器的耐磨性和耐化學(xué)性。

Interlink Electronics的FSR 400系列(圖5)是單區(qū)力傳感電阻系列的一部分。力感測(cè)電阻器(FSR)是堅(jiān)固的聚合物厚膜(PTF)器件，其隨著施加到傳感器表面的力的增加而表現(xiàn)出電阻的降低。應(yīng)用包括汽車電子，醫(yī)療系統(tǒng)，工業(yè)和機(jī)器人。

圖5：標(biāo)準(zhǔn)400的直徑為7.62 mm。 (：FSR 400數(shù)據(jù)表)

觸摸傳感器系統(tǒng)允許增強(qiáng)人機(jī)界面，可通過(guò)簡(jiǎn)單的手指觸摸操作。它們易于設(shè)計(jì)，可降低制造成本。觸摸傳感器系統(tǒng)作為控制面板的使用在包括家用電器，AV設(shè)備，辦公設(shè)備，游戲機(jī)，移動(dòng)電話和便攜式音樂(lè)播放器在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域中迅速普及。消費(fèi)者越來(lái)越多地要求采用觸摸傳感器系統(tǒng)和觸摸板的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品更緊湊，更具成本效益，功耗更低，性能更高，易于使用。為了滿足日益增長(zhǎng)的消費(fèi)者需求，設(shè)計(jì)人員被迫使用結(jié)合觸摸傳感器IC來(lái)檢測(cè)觸摸事件的單芯片器件和用于接收檢測(cè)數(shù)據(jù)并控制系統(tǒng)的MCU。

電阻式傳感器可在設(shè)備必須承受污染物和液體的環(huán)境中提供經(jīng)濟(jì)高效，一致且耐用的性能，例如餐館，工廠和醫(yī)院。電阻傳感器通常用于網(wǎng)絡(luò)電話和手持式消費(fèi)者應(yīng)用。

紅外和表面聲波(SAW)觸摸

紅外觸摸與LCD前面的玻璃面配合使用，可觸摸和發(fā)射器以及傳感器沿著凸起的擋板內(nèi)置的所有四個(gè)觀察區(qū)域。紅外觸摸傳感器最常用于信息亭或游戲應(yīng)用中。

當(dāng)物體接觸空間但未意識(shí)到用于打破光束的物體類型時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)光束何時(shí)斷裂或變化。

接觸壓力微不足道，LED發(fā)光器具有固有的長(zhǎng)壽命。凸起的擋板組件增加了整體厚度并且必須保持暴露。

紅外傳感器，如夏普的IS471F，也可用于紅外觸摸應(yīng)用，因?yàn)樗鼛缀跬耆皇軄?lái)自環(huán)境光源的紅外光的影響。有關(guān)在LED觸摸屏中使用IS471F的演示，請(qǐng)參閱參考資料列表。

SAW方法的工作原理是在玻璃層表面發(fā)送超聲波脈沖并檢測(cè)干擾。

玻璃層放置在LCD的正面，壓電晶體粘合在玻璃上，產(chǎn)生一個(gè)穿過(guò)玻璃面的聲脈沖。反射器將聲音重新定向回晶體，聲波被轉(zhuǎn)換回電荷。

當(dāng)手指觸摸玻璃時(shí)，一些聲音被吸收或重定向。單獨(dú)的傳感器會(huì)經(jīng)歷這種效果，因此可以計(jì)算觸摸的位置。

與電阻式和電容式觸摸傳感器不同，SAW觸摸傳感器玻璃上沒(méi)有涂層，亮度不受影響，柔性磨損也不成問(wèn)題。但是，當(dāng)在某些可能存在污染物的應(yīng)用中使用時(shí)，密封件會(huì)變臟并且必須清潔或更換。

SAW觸摸傳感器用于ATM，游樂(lè)園，銀行和金融應(yīng)用，信息亭，基于計(jì)算機(jī)的培訓(xùn)和其他室內(nèi)環(huán)境。