軟件開發(fā)工具革新電容式觸摸界面設(shè)計

鬧鐘、電腦、電視和微波爐上的機械式按鍵都是日常生活常見的設(shè)備操作界面。雖然這些按鍵對我們來說是那么的理所當然。然而，當它們損壞、脫落、卡住或無法工作時，無疑會使人懊惱。既然如此，用戶為何還要容忍機械式按鍵的種種缺陷？原因是是：人們不知道還有別的選擇。

近年來，電容式觸摸傳感技術(shù)已足夠成熟，可靠性和耐用性都比以前更高，而且使用感覺比機械式按鍵更好。觸摸按鈕已在各種應(yīng)用中廣獲采用，從家用電器、消費電子產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備，到醫(yī)療設(shè)備都可看見它的蹤影。隨著世界各地的人們(以及許多設(shè)備廠家)對這種操作界面的舒適體驗越來越深，對其可靠性的信心越來越足，這種技術(shù)也在不斷地完善。這種舒適性之所以得到提高，其實是源于電容式觸摸傳感技術(shù)的進步，它減少過去產(chǎn)品設(shè)計人員所面對的技術(shù)難題，并可滿足新的市場需求：

* 電容式觸摸界面設(shè)計的復(fù)雜性 – 從一個知根知底的解決方案轉(zhuǎn)向某種未經(jīng)證實，至少是未在你的產(chǎn)品、市場領(lǐng)域或具體設(shè)計中獲證實的方案是有風(fēng)險的。過去常用的純機械方案容易掌握，不涉及電氣設(shè)計，基本上是一種上手就可用的方案。雖說如果我們沒有“第一個吃螃蟹”的精神，最終的效果顯然就不會出彩。但試想一下，若設(shè)計一個電容式觸摸界面的過程并不如吃螃蟹般那么痛苦費時，大概就會有很多人愿意嘗試了。再進一步去想，假若調(diào)試、傳感器布局，以及代碼編寫等設(shè)計工作能在短短一周內(nèi)完成，設(shè)計人員應(yīng)該會十分樂意采用電容式觸摸技術(shù)?，F(xiàn)在，通過經(jīng)大幅改進觸摸軟件工具、傳感器布局工具，以及豐富的產(chǎn)品資源 (包括面向特定應(yīng)用的產(chǎn)品和完整的代碼庫)，設(shè)計人員就能在一周之內(nèi)從頭到尾完成一個用戶界面設(shè)計。

* 缺乏對用戶界面的興趣– 通常，設(shè)計人員的重點都放在產(chǎn)品的核心功能，即機殼內(nèi)的東西或產(chǎn)品的心臟之上。雖然核心功能的確絕對重要，但不可否認，用戶如何與產(chǎn)品交互也會影響其對產(chǎn)品的感受。這樣的例子比比皆是， 如iPod的點擊式轉(zhuǎn)盤 (click-wheel)，以及幾乎所有新型智能手機的觸摸屏。這些都是電容式感應(yīng)用戶界面的例子。用戶界面的設(shè)計對新產(chǎn)品的成敗影響越來越大，而電容式感應(yīng)技術(shù)使產(chǎn)品操作界面順暢輕松，使產(chǎn)品使用起來更加自然、直觀和有趣。

* 缺少觸覺反饋 – 萬物都遵守牛頓的三大定律：

1. 運動物體會保持其運動狀態(tài)，直至有外力作用;

2. 物體受力大小等于物體質(zhì)量乘以加速度 (F = ma);

3. 有作用力就有大小相同、但方向相反的反作用力。

因此，當我們按上某個東西卻感覺不到來自它的任何響應(yīng)(反作用力)，就會覺得不自然。我們過去習(xí)慣了機械按鈕的工作方式，因而接受了當按鈕一動，就有了觸碰的感覺。所以當面對電容式感應(yīng)時便會問，我怎么知道我按下了“按鈕”？這是目前人們對電容式感應(yīng)技術(shù)最常抱怨的。當我按下機頂盒上優(yōu)雅圓滑的操作面板來播放電影時，我注意到機頂盒開始工作了。但我怎么知道它接受了我的請求？過去曾采用LED亮燈或發(fā)聲的方法，但若用戶需要有“按壓”的感覺又該如何？觸覺技術(shù)可以讓我們“感覺”到電容感應(yīng)事件，而且還有可能提供各種不同的觸覺，且可從觸覺效果庫中選擇你所需的一種適合的效果。

* 產(chǎn)品差異化需求不強 – 消費電子是變化最快的產(chǎn)業(yè)之一，競爭與日劇增，因此，廠家一直都在不斷尋求能使其產(chǎn)品有別于競爭產(chǎn)品的途徑；總想搞點什么不同的東西來顯露自己。采用電容式感應(yīng)技術(shù)就是一大途徑：

o 圓滑時尚的設(shè)計 – 沒人喜歡外觀笨拙的設(shè)備按鈕。比如說，微波爐、電視或機頂盒上的按鈕。想象一下，這些電器設(shè)備都有完全光滑的外型，在你不需使用時你甚至看不到按鈕，而是只有光滑，反光的玻璃或黑色表面。而當你想要調(diào)節(jié)爐溫，開大電視音量，或暫停節(jié)目時，操作按鈕會變魔術(shù)似地出現(xiàn)。這種效果可通過電容式接近傳感器和電容感應(yīng)按鈕、滑塊式控制鈕(slider)或轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)。這不僅僅是實現(xiàn)操作界面差異化的手段，而且是實現(xiàn)整個產(chǎn)品差異化的手段。

o 多功能傳感器 – 機械按鈕所表達的是一種徹頭徹尾的二元效果，即按鈕要么被按下，要么沒被按下。如果能在你手指只放到按鈕上(但并沒有按下去)就可啟動某一功能，而在實際按下時又可啟動另一功能，這豈不更好?這樣，若結(jié)合采用機械和電容按鈕，就能在相同的板卡空間內(nèi)讓一個按鈕實際上變成兩個按鈕。

o 定制化的感覺 – 若想依據(jù)用戶觸及的是按鍵、滑動式控制鈕，還是轉(zhuǎn)盤，而給予用戶不同的反饋，這是否可行？如對第一個按鈕，不要求反饋，對第二個，給一個輕度的1秒響應(yīng)，對第三個，給一個中度的5秒響應(yīng)，對最后一個，給一個強度的15秒響應(yīng)。 若用機械開關(guān)，就不可能根據(jù)所按下的按鈕作出不同的響應(yīng)。而若用一個驅(qū)動電容感應(yīng)和控制馬達的MCU，就有眾多種觸感效果可用，而且可為不同的按鈕設(shè)置完全不同的反饋效果。

o 節(jié)能 – 隨著“綠色運動”的到來，人人都在努力降低功耗，都在努力提高電子設(shè)備的效率，以延長電池壽命，而且還不能犧牲其功能性。如無線鼠標，當不使用它時，它需要進入睡眠模式來省電。而當要用它時，你又想不需晃動就能喚醒它。這是電容式接近感應(yīng)技術(shù)改變市場法則的一個很好的例子。當你的手靠近一個具有處于睡眠模式的電容式接近感應(yīng)鼠標時，這個鼠標就能感測到靠近的手并從睡眠中蘇醒，這樣當你真正拿到鼠標時，它已準備就緒任你使喚了。增加電容式接近感應(yīng)器不但可節(jié)電，而且還可改進標準設(shè)計的功能性。

* 機械式人機界面的缺點 – 如前所述，機械按鈕有缺點。按定義，機械按鈕得有移動部件和間隙，因此，難免會磨損。RIM公司黑莓手機最常見的故障就是軌跡球(trackball)。小孩將果汁和小吃灑在汽車中控臺上，電動車窗就可能再也動不了。車庫的室外開門按鈕會因雨淋而銹蝕。而所有這些問題都可用電容感應(yīng)按鈕來解決，因為這種按鈕沒有移動部件，也沒有空氣間隙，因而是防水的。

有了這些新解決方案，就能降低從古老的機械按鈕轉(zhuǎn)向更現(xiàn)代的電容按鈕的風(fēng)險；而有了所有這些實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的新手段，設(shè)計人員會想搞出什么更多的新花樣呢？愛特梅爾公司也在問同樣的問題，因為它擁有一流的微控制器來驅(qū)動這種觸摸感應(yīng)技術(shù)。愛特梅爾的接近感應(yīng)技術(shù)的感應(yīng)距離大于6英寸，有超過100種以標準庫格式提供的觸覺效果供選擇，而且借助Atmel的QTouch Studio軟件工具能夠方便地進行設(shè)計。

為何軟件如此重要？由于許多設(shè)計人員還不熟悉觸摸技術(shù)，他們得依賴廠家的軟件開發(fā)工具來完成設(shè)計和滿足設(shè)備需求。設(shè)計人員希望有易用、可靠的軟件，以及靈活的構(gòu)件模塊，以便利用它們來評測和開發(fā)自己的觸摸應(yīng)用。這些構(gòu)件模塊主要由一個觸摸傳感設(shè)備和實現(xiàn)高質(zhì)量用戶界面所必須的一些算法構(gòu)成。目前，最強大和靈活的構(gòu)件模塊都采用通用微控制器來實現(xiàn)；這些微控制器能夠運行實現(xiàn)用戶界面功能和其它系統(tǒng)功能的軟件。而開發(fā)這些軟件的工具顯然是產(chǎn)品的設(shè)計效率和成敗的關(guān)鍵。

軟件設(shè)計人員的任務(wù)就是在軟件中定義用戶界面的行為，并讓其微控制器來執(zhí)行。觸摸功能是通過微控制器的感應(yīng)來實現(xiàn)；這些感應(yīng)包含各種觸摸通道并處理電容數(shù)據(jù)，進而確定是否有手指存在，是否有觸摸事件發(fā)生，和(或)是否有手指在觸摸界面(如滑塊式控制鈕、轉(zhuǎn)盤、觸摸板和觸摸屏)上運動等。軟件開發(fā)工具是設(shè)計人員的生命線，他們不僅要依賴它來實現(xiàn)設(shè)計功能，而且要利用它來確保質(zhì)量和可靠性。開發(fā)工具有如下一些功能可讓設(shè)計人員實現(xiàn)這些目標：

1. 直觀的軟件生成功能：軟件庫支持觸摸功能和其它功能代碼的自動生成

2. 微調(diào)功能：自動微調(diào)傳感器

3. 調(diào)試功能：Quality Analyzer工具可為設(shè)計人員提供有關(guān)性能的信息，如信噪比、電容量、噪聲和參考電平，以及漂移。Validation Wizard工具識別邊緣性和提供有關(guān)如何解決問題的具體反饋信息。

設(shè)計人員能否在最短時間內(nèi)設(shè)計出最好的產(chǎn)品，在很大程度上取決于所用開發(fā)工具能否很好地支持所需實現(xiàn)的功能。目前可用的一個簡單易用的開發(fā)工具典范是愛特梅爾公司的 QTouch Studio 4.3(參見圖1)。

QTouch Studio 4.3目前已經(jīng)開始供應(yīng)，它包括一個質(zhì)量分析工具Touch Quality Analyzer，一個驗證工具Touch Validation Wizard，自動選擇微調(diào)參數(shù)，圖形化實時微調(diào)，數(shù)據(jù)記錄，初始化軟件自動生成，以及其它許多能使設(shè)計人員更輕松地將觸摸功能集成到微控制器設(shè)計中的搶眼的功能。

這些觸摸設(shè)計的進步將能夠加速觸摸界面在許多領(lǐng)域的應(yīng)用，并在改變?nèi)藗儗θ藱C界面的觀念。

圖1：QTouch Studio 4.3可讓設(shè)計人員輕松實現(xiàn)各種應(yīng)用中的觸摸按鈕，滑塊式控制鈕和轉(zhuǎn)盤。