中心議題:
- 電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏的構(gòu)成及原理
- 觸摸屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
- MMI目標(biāo)提取辦法
解決方案:
- 按鍵提取方法
- 滑動操作的目標(biāo)提取方法
觸摸屏是手機(jī)發(fā)展的新趨勢,文章從電阻屏和電容屏的結(jié)構(gòu)及原理入手,介紹了觸摸屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并利用MTK 的MMI 模塊開放接口函數(shù),說明了用戶目標(biāo)提取方法和實(shí)現(xiàn)途徑。
1 觸摸屏構(gòu)成及原理
適用于移動設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品的觸摸屏技術(shù)包括電阻式觸摸屏和投射電容式(projectedcapacitive)觸摸屏。觸摸屏附著在顯示器的表面,與顯示器配合使用,能測量出觸摸點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)位置,就可根據(jù)顯示屏上對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。
1.1 電阻式觸摸屏
電阻觸摸屏是一塊四層透明的復(fù)合薄膜屏,最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層,最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層,中間是兩層金屬導(dǎo)電層ITO(Indium Tin Oxide ,銦錫氧化物,一種透明的導(dǎo)電材料),分別在基層和塑料層之內(nèi),兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)[page]
當(dāng)手指觸摸屏幕時,兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。觸摸屏的兩個金屬導(dǎo)電層是觸摸屏的兩個工作面,在每個工作面的兩端各涂有一條銀膠,稱為該工作面的一對電極。若在一個工作面的電極對上施加電壓,則在該工作面上就會形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。當(dāng)在X方向的電極對上施加一確定的電壓,而Y方向電極對上不加電壓時,在X平行電壓場中,觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來,通過測量Y+ 電極對地的電壓大小,便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理,當(dāng)在Y電極對上加電壓,而X電極對上不加電壓時,通過測量X+ 電極的電壓,便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo),如圖2 所示。根據(jù)X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)可知觸摸點(diǎn)在屏幕上的位置。
圖2 電阻觸摸屏線路圖
電阻式觸摸屏是大批量應(yīng)用、低成本的技術(shù),其缺點(diǎn)是:堆疊厚,相對較為復(fù)雜;光學(xué)性能不良,需要較大功率的背光;不能檢測多個手指的動作;必須有壓力才能動作;需要用戶校準(zhǔn)。
1.2 投射電容式觸摸屏
投射電容式觸控技術(shù)主要有兩種:一種是自電容型,另一種是互電容型。
互電容屏也是在玻璃表面用ITO 制作橫向電極與縱向電極,兩組電極交叉的地方會形成電容,也即這兩組電極分別構(gòu)成了電容的兩極,形成電容矩陣。
如圖3 所示,當(dāng)手指觸摸到電容屏?xí)r,由于人體是導(dǎo)電的,所以在ITO 電極與手指之間形成了新的電容,從而改變了原來兩個ITO 電極之間的電容量。檢測兩電極間互電容大小時,橫向的電極依次發(fā)出激勵信號,縱向的所有電極同時接收信號,這樣可以得到所有橫向和縱向電極交匯點(diǎn)的電容值大小,即整個觸摸屏二維平面的電容大小。
圖3 投射電容式觸摸屏[page]
根據(jù)觸摸屏二維電容變化量數(shù)據(jù),行列傳感器信號最強(qiáng)的交叉點(diǎn)即為觸摸點(diǎn),如圖4 所示,通過內(nèi)插法數(shù)值逼近能非常精確地確定手指位置的坐標(biāo)值。設(shè)計(jì)一個投射電容傳感器陣列的目的是,在同一時間使手指能夠與多于一個的X傳感器和一個以上的Y傳感器發(fā)生作用,結(jié)合其它技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸。
圖4 行和列傳感器的信號強(qiáng)度確定了觸摸的位置
當(dāng)幾個觸摸按鍵互相靠近時,接近的手指會導(dǎo)致多個按鍵電容的變化。Atmel 專利的鄰鍵抑制(AKS)技術(shù)采用迭代法重復(fù)測量每個按鍵上的電容變化,比較結(jié)果來確定哪個按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其它按鍵的信號,提供所選擇按鍵的信號,這可防止鄰鍵的假觸摸。
投射電容式觸摸屏相比其它觸摸屏技術(shù)的優(yōu)勢是:信噪比高;觸摸屏表面的清晰度和亮度比電阻屏高;能夠支持多點(diǎn)觸摸;無需用戶校準(zhǔn)。其缺點(diǎn)之一是當(dāng)戴手套或者用絕緣體觸摸時無反應(yīng),此外,還存在漂移現(xiàn)象,當(dāng)溫度或濕度較高時會不敏感,當(dāng)人體或另一只手靠近時會誤動作。
2 觸摸屏系統(tǒng)
如圖5 所示,一個觸摸屏系統(tǒng)包括:前面板、傳感器薄膜、顯示單元、控制器板和系統(tǒng)軟件。
圖5 觸摸屏系統(tǒng)
前面板是終端產(chǎn)品的最表層。在某些產(chǎn)品中,它將透明的蓋板圍起來,以免受到外部惡劣氣候或潮濕的影響,也防止下面的傳感產(chǎn)品受到劃刻以及破壞。
觸摸屏"傳感器"是一個帶有觸摸響應(yīng)表面的透明玻璃板,用來檢測觸摸輸入。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。前已述及,在觸摸時,根據(jù)電容值變化的數(shù)據(jù),從而可確定屏幕上的觸摸位置。
用于觸摸屏的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。但在觸摸屏中另一個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)生的微小電容變化,能夠輻射許多電磁噪聲的LCD 是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。
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觸摸控制器是一個小型的微控制器芯片,它位于觸摸傳感器和嵌入式系統(tǒng)控制器之間。觸摸控制器提取來自觸摸傳感器的信息,并將其轉(zhuǎn)換成嵌入式系統(tǒng)控制器能夠理解的信息。該芯片可以裝配到系統(tǒng)內(nèi)部的控制器板上,也可以粘貼到玻璃觸摸傳感器上的柔性印刷電路上。
觸摸屏驅(qū)動器軟件可以來自原廠商,也可以是后來加裝的軟件。該軟件應(yīng)能使觸摸屏和系統(tǒng)控制器一同工作,它將告訴產(chǎn)品的操作系統(tǒng)如何解析來自觸摸控制器的觸摸事件信息。在嵌入式系統(tǒng)中,嵌入式控制驅(qū)動器必須將出現(xiàn)在屏幕上的信息與接收到的觸摸位置進(jìn)行比對。
3 MMI 目標(biāo)提取方法
臺灣聯(lián)發(fā)科技公司提供的MTK 手機(jī)平臺中的MMI 模塊即人機(jī)界面模塊,主要負(fù)責(zé)人機(jī)界面的顯示、屏幕流的控制以及與L4 層進(jìn)行通信完成人機(jī)交互。MMI 模塊主要由三部分組成,分別是應(yīng)用層軟件、框架和圖像用戶接口。
3.1 按鍵提取方法
如圖6 所示,在獲得觸摸點(diǎn)消息后,系統(tǒng)MMI 層調(diào)用MMI 層坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)提取驅(qū)動層發(fā)送的觸摸點(diǎn)位置信息,并轉(zhuǎn)化為MMI 層的位置信息。當(dāng)有觸摸操作進(jìn)行時,底層驅(qū)動程序向MMI 層發(fā)送觸摸點(diǎn)的位置信息。在獲得驅(qū)動層觸摸點(diǎn)信息后,系統(tǒng)MMI 層調(diào)用MMI 層坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)提取驅(qū)動層發(fā)送的觸摸點(diǎn)位置信息,并轉(zhuǎn)化為MMI 層的位置信息。如果系統(tǒng)所發(fā)事件是按下事件(MMI_PEN_EVENT_DOWN),系統(tǒng)根據(jù)觸摸點(diǎn)坐標(biāo)調(diào)用當(dāng)前按鍵信息提取函數(shù)獲得被選按鍵信息;如果是滑動事件(MMI_PEN_EVENT_MOVE),則進(jìn)行滑動方向判斷。
圖6 按鍵提取流程圖[page]
3.2 滑動操作的目標(biāo)提取方法
以圖片瀏覽為例,手指向左滑動顯示上一張圖片,向右滑動顯示下一張圖片。如圖7 所示,設(shè)置有效的滑動區(qū)域,并且根據(jù)屏幕大小設(shè)置一個合理的滑動閾值,以防手指的微小滑動導(dǎo)致誤操作。具體操作流程如圖8 所示。
圖7 手指滑動區(qū)域 圖8 使用拇指滑動控制圖片的操作流程
當(dāng)手指按下時,首先判斷按下點(diǎn)的坐標(biāo)是否在設(shè)定的有效區(qū)域內(nèi),再判斷抬起點(diǎn)的坐標(biāo)是否在設(shè)定的有效區(qū)域內(nèi)。當(dāng)手指按下點(diǎn)和抬起點(diǎn)都在有效范圍內(nèi)時,計(jì)算滑動距離,若滑動距離小于設(shè)定閾值,當(dāng)作是無效觸摸,不做任何處理?;瑒泳嚯x大于設(shè)定的閾值且向左滑動,切換為上一張圖片;滑動距離大于設(shè)定的閾值且向右滑動,切換為下一張圖片。
4 結(jié)論
從顯示器、手機(jī),到GPS、辦公設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)控等各種設(shè)備,觸摸屏都正在快速地應(yīng)用到各個領(lǐng)域。
觸摸屏具有極好的外觀,觸控效率高,還提供了較高的安全性能、抗惡劣氣候性能和耐磨性,利用多點(diǎn)觸控技術(shù)將開辟一個全新的、廣闊的市場。