在觸摸式用戶界面中實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)技術(shù)

1、在觸摸式用戶界面中實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)技術(shù) 式觸摸界面正在逐步取代消費(fèi)、汽車、工業(yè)與醫(yī)療應(yīng)用中的機(jī)械開關(guān)、旋鈕與調(diào)諧鈕。電容式觸摸因?yàn)槠涿烙^、更高牢靠性和更低生產(chǎn)/加工成本而大受歡迎。另外，因?yàn)椴淮嬖诤?jiǎn)單發(fā)生故障的機(jī)械組件，因此基于電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)的用戶界面能夠充實(shí)用戶體驗(yàn)和延伸產(chǎn)品用法壽命。 但是，因?yàn)殡娙菔接|摸傳感器不具備機(jī)械按鈕與開關(guān)那樣的觸覺(jué)反饋，因此，從機(jī)械按鈕、旋鈕與調(diào)諧鈕改變到電容式觸摸界面會(huì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)挑戰(zhàn)。以在鍵盤上打字的體驗(yàn)為例。在按下和釋放某個(gè)鍵后，因?yàn)閺椈傻淖饔盟梢詮椘稹Ｎ覀兛梢酝ㄟ^(guò)手指感觸到鍵彈回的力氣，從而確認(rèn)已完成按鍵操作。而采納電容式觸摸界面無(wú)法提供內(nèi)在的機(jī)械反饋，所

2、以用戶無(wú)法獲得與機(jī)械鍵相同的感觸。因?yàn)橹饕康氖浅鋵?shí)用戶體驗(yàn)，因此缺乏觸覺(jué)反饋會(huì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)挑戰(zhàn)。開發(fā)人員可以借助觸覺(jué)技術(shù)提供觸覺(jué)反饋、充實(shí)用戶體驗(yàn)和增強(qiáng)產(chǎn)品價(jià)值。圖1：在手機(jī)中實(shí)現(xiàn)的、用于提供觸覺(jué)反饋的觸覺(jué)技術(shù)示例。觸覺(jué)技術(shù)是利用人的觸覺(jué)提供反饋、通過(guò)向用戶提供壓力、振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)感觸的觸覺(jué)反饋技術(shù)。觸覺(jué)技術(shù)的一個(gè)容易例子就是手機(jī)和中采納的振動(dòng)提示。當(dāng)手機(jī)進(jìn)入振動(dòng)模式后，在有來(lái)電或消息時(shí)手機(jī)會(huì)采納促動(dòng)器振動(dòng)提示用戶，用戶甚至無(wú)需查看屏幕。圖2舉例解釋了在電容式觸摸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的觸覺(jué)技術(shù)。其中，當(dāng)用戶觸摸電容式觸摸界面時(shí)就會(huì)啟動(dòng)促動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)。用戶的手指感覺(jué)到振動(dòng)后可確認(rèn)觸摸操作。通過(guò)控制施加到促

3、動(dòng)器的與頻率可以產(chǎn)生不同的觸摸反饋效果，如：?jiǎn)螕襞c雙擊。圖2：觸覺(jué)技術(shù)的工作原理在觸摸式用戶界面中實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)技術(shù)：圖3舉例解釋了在觸摸式用戶界面中實(shí)現(xiàn)的觸覺(jué)反饋。此系統(tǒng)由以下組件構(gòu)成： 觸摸界面 觸摸感應(yīng)控制器 觸覺(jué)處理器 促動(dòng)器 促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器圖3：觸覺(jué)系統(tǒng)方框圖觸摸界面：觸摸界面是用戶與系統(tǒng)舉行互動(dòng)的區(qū)域。它由觸摸敏感型傳感器組成。觸摸界面可以是、觸摸按鍵或者兼而有之。例如，在手機(jī)應(yīng)用中，觸摸界面是顯示屏上面的透亮觸摸屏。在家用電器應(yīng)用中，觸摸界面則采納fr4/fpc 上的銅覆層。觸摸感應(yīng)控制器：觸摸感應(yīng)控制器可以探測(cè)手指觸摸動(dòng)作或者手指在觸摸表面上的觸摸位置。對(duì)于觸摸屏而言，觸摸控制器可以把

4、觸摸坐標(biāo)發(fā)送到應(yīng)用處理器舉行處理。對(duì)于觸摸按鍵而言，觸摸控制器則向應(yīng)用處理器發(fā)送開/關(guān)狀態(tài)信息。觸摸控制器的實(shí)例包括的truetouch?與capsense?控制器。觸覺(jué)處理器：觸覺(jué)處理器由控制軟件以及可生成觸覺(jué)波形驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器的算法構(gòu)成。觸覺(jué)處理器可以采納以下方式實(shí)現(xiàn)： 與應(yīng)用處理器/集成 采納自立處理器 與觸摸控制器集成 與促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)ic集成 與應(yīng)用處理器/mcu集成的觸覺(jué)處理器：在應(yīng)用處理器/mcu具有適當(dāng)處理帶寬和硬件資源的應(yīng)用中，觸覺(jué)處理器可以按圖3所示辦法舉行集成。此辦法無(wú)需專用的觸覺(jué)處理器，因此能夠降低bom成本和節(jié)約板級(jí)空間。為了產(chǎn)生不同的觸覺(jué)效果，設(shè)計(jì)人員可以開發(fā)定制軟件，也可

5、以獲得觸覺(jué)軟件供給商的軟件許可。開發(fā)定制觸覺(jué)軟件需要大量設(shè)計(jì)工作、時(shí)光和附加成本。但是，定制觸覺(jué)軟件的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)其終于應(yīng)用需求優(yōu)化觸覺(jué)效果。為了削減設(shè)計(jì)工作和時(shí)光，設(shè)計(jì)人員可以獵取供給商的觸覺(jué)軟件許可，也可以采納支持觸覺(jué)軟件的控制器。一個(gè)采納內(nèi)置觸覺(jué)軟件庫(kù)的mcu實(shí)例就是賽普拉斯的p1控制器。 與自立處理器集成的觸覺(jué)處理器：在應(yīng)用處理器/mcu不具備集成觸覺(jué)處理功能所需的帶寬或資源的應(yīng)用中，可以采納自立處理器/mcu作為觸覺(jué)處理器。在大多數(shù)狀況下都不會(huì)采納這種辦法，由于其不但增強(qiáng)成本，而且會(huì)占用更多板級(jí)空間。 與觸摸控制器集成的觸覺(jué)處理器：此外，有些觸摸感應(yīng)控制器也會(huì)集成觸覺(jué)處理

6、器。例如，賽普拉斯的capsense控制器具有牢靠的電容式觸摸感應(yīng)硬件，而且采納immersion的touchsense觸覺(jué)庫(kù)提供觸覺(jué)反饋。設(shè)計(jì)人員可以采納觸覺(jué)庫(kù)在其觸摸界面中迅速實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)反饋。在觸摸控制器中集成觸覺(jué)處理器能夠降低應(yīng)用處理器/mcu的負(fù)載，同時(shí)提供低成本實(shí)現(xiàn)計(jì)劃。 與促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器集成的觸覺(jué)處理器：有少數(shù)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)ic提供集成型觸覺(jué)處理器。此辦法適用于需要在現(xiàn)有觸摸用戶界面中實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)反饋的狀況。采納在現(xiàn)有觸摸界面中具備集成觸覺(jué)處理器的促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)ic可以最大限度地削減應(yīng)用處理器/mcu固件和板設(shè)計(jì)所需的修改工作。應(yīng)用處理器能夠向促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)ic發(fā)送相應(yīng)的觸覺(jué)波形生成命令。促動(dòng)器：促動(dòng)

7、器是用于產(chǎn)生振動(dòng)并且向用戶提供觸摸反饋的機(jī)電組件。促動(dòng)器的輸入由觸覺(jué)處理器提供。促動(dòng)器與觸摸式用戶界面集成在一起，以便在促動(dòng)器獲得輸入時(shí)使設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)。觸覺(jué)系統(tǒng)可以采納各種促動(dòng)器。最常用的包括： 偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(erm)促動(dòng)器 erm促動(dòng)器是一種電機(jī)軸附帶偏移質(zhì)量塊的直流電機(jī)，4所示。因?yàn)殡姍C(jī)軸附帶偏移質(zhì)量塊，因此在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)偏移質(zhì)量塊具有不勻稱的向心力，從而產(chǎn)生一個(gè)凈離心力。該離心力會(huì)造成電機(jī)的位移。因?yàn)殡姍C(jī)與設(shè)備銜接，因此電機(jī)位移會(huì)造成囫圇設(shè)備振動(dòng)。erm電機(jī)的輸入是dc電壓。erm電機(jī)的輸入電壓范圍為110v，而工作范圍是130160ma。工作頻率范圍是90200hz。erm電機(jī)成本低，但

8、是能夠提供強(qiáng)勁振動(dòng)。不過(guò)，其響應(yīng)時(shí)光十分長(zhǎng)(4080ms)，因此不適合高質(zhì)量觸覺(jué)反饋。erm電機(jī)可在手機(jī)中用于提供容易的觸覺(jué)效果，如：振動(dòng)提示。圖4：erm制動(dòng)器結(jié)構(gòu) 線性諧振促動(dòng)器(lra) lra由可動(dòng)質(zhì)量塊、永磁體、音圈和振動(dòng)彈簧組成，5所示。在音圈獲得正弦輸入時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生與永磁體互相作用的磁場(chǎng)，從而造成其線性運(yùn)動(dòng)。永磁體推進(jìn)可動(dòng)質(zhì)量塊上下運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)?？蓜?dòng)質(zhì)量塊銜接的彈簧使其返還初始位置。lra的輸入是正弦波。lra的工作電壓范圍是2.510v，工作電流范圍是6570ma。lra電機(jī)的典型工作頻率(諧振頻率)是175hz。與erm相比，lra響應(yīng)時(shí)光更短(2030ms)，而且能夠提供更精確、更溫和的振動(dòng)。lra常用于在手機(jī)中提供虛擬鍵盤按鍵操作時(shí)的觸摸反饋。圖5：lra促動(dòng)器結(jié)構(gòu) 壓電促動(dòng)器：壓電促動(dòng)器采納逆壓電效應(yīng)工作原理 向壓電晶體施加電壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶體產(chǎn)生物理變形。這種物理變形能夠用于產(chǎn)生振動(dòng)，以提供觸摸反饋。壓電促動(dòng)器由陶瓷材料制成。壓電促動(dòng)器的輸入電壓是正弦波。壓電促動(dòng)器的工作電壓范圍