智能家居迎來(lái)Touch時(shí)代，拯救無(wú)數(shù)“腕管綜合征”患者！

相反出現(xiàn)了一些新的選擇，比如使用一組定制化配置的專業(yè)觸摸按鍵，并借助于一個(gè)塑料膜，讓一切都保持干凈并可清洗，很多微波爐上所使用的按鍵。另一種方法是使用現(xiàn)在流行的觸摸屏界面，它們?cè)诤芏嘈滦蛻?yīng)用中被不斷列入設(shè)計(jì)考量之中。

有兩方面的原因促進(jìn)了觸摸屏的發(fā)展。首先，由于智能手機(jī)和汽車控制臺(tái)應(yīng)用帶來(lái)的大批量生產(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步，成本得到降低。其次是靈活性，因?yàn)槠聊伙@示器可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)重配置，以在每一步用戶輸入過(guò)程中顯示不同的軟按鍵。這為初始設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的靈活性并提升了用戶交互性。此外，用戶已非常習(xí)慣于使用觸摸屏，并將其廣泛用于平板電腦、ATM、氣泵等領(lǐng)域，因此它成為了安防系統(tǒng)控制面板、智能溫控界面甚至是集成智能家居控制器等各種家庭自動(dòng)化裝置的熱門之選（圖1）。

圖1：布滿傳感器和控制器的智能家居借助于多方技術(shù)的進(jìn)步已成為現(xiàn)實(shí)；即使支持遠(yuǎn)程智能手機(jī)控制的系統(tǒng)也都依賴于專用控制面板來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)應(yīng)用和設(shè)置。

當(dāng)然，用戶界面并不受限于觸摸屏技術(shù)。一些供應(yīng)商正在極力投入到其他技術(shù)的研發(fā)中，例如用戶聲音命令和手勢(shì)/觸覺(jué)。但迄今為止，這些技術(shù)尚不具備足夠的功能、一致性、效益或成本優(yōu)勢(shì)，使其可躋身大眾化家居應(yīng)用。不過(guò)，可能在一些特殊場(chǎng)合下它們還是具有一定優(yōu)勢(shì)的，例如針對(duì)一些特殊的殘障人士。

電阻屏還是電容屏？

觸摸屏可采用電阻或電容技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電阻傳感使用薄型、彈性材料的透明導(dǎo)電塑料頂層，而與導(dǎo)電的玻璃層相分離（見(jiàn)圖2）。在用戶按壓頂層時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)電面便會(huì)發(fā)生接觸，而電阻路徑由觸摸屏控制器沿X軸和Y軸進(jìn)行測(cè)量，以確定按壓點(diǎn)。

圖2：電阻觸摸屏使用一對(duì)導(dǎo)電透明層；按下有彈性的頂層將在兩個(gè)層之間產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)電路徑，可通過(guò)測(cè)量所產(chǎn)生的電阻來(lái)確定手指的接觸點(diǎn)。

電容觸摸屏同樣也是由兩個(gè)分離的導(dǎo)電層組成，但這兩層均為非彈性玻璃；有一種變化形式是，底層被一組導(dǎo)電網(wǎng)格線所覆蓋（見(jiàn)圖3）。當(dāng)用戶手指觸摸容性表面的玻璃時(shí)，手指自身的電容將會(huì)導(dǎo)致局部靜電場(chǎng)產(chǎn)生失真（因?yàn)槿梭w是一個(gè)電荷導(dǎo)體）。觸摸屏控制器將監(jiān)測(cè)失真所造成的電容變化，同樣是測(cè)量X和Y兩個(gè)方向，以確定手指觸摸屏幕的位置。

圖3：對(duì)于電容觸摸屏，手指接近將使絕緣層與導(dǎo)電層之間形成的電磁場(chǎng)發(fā)生失真。

每一種方法都根據(jù)要求，在性能、用戶體驗(yàn)和成本之間進(jìn)行權(quán)衡。一般來(lái)說(shuō)，電容技術(shù)對(duì)于中小型屏幕（最大約10英寸）而言更加合算，因?yàn)槠涑杀緯?huì)隨著尺寸而明顯增大。它支持多指操作、高級(jí)手勢(shì)以及放大/縮小等操作，但對(duì)于家庭自動(dòng)化或智能設(shè)備的用戶體驗(yàn)而言，這些操作往往并不需要。

相較于電阻顯示屏，電容顯示屏的亮度更高，這是因?yàn)榈讓訄D形源與頂層之間相隔的層數(shù)較少。同樣，這個(gè)特性對(duì)于大多數(shù)光線較好的家居環(huán)境而言并不是關(guān)鍵因素。不同于電阻觸摸屏頂層較薄而且要用手指按壓，電容觸摸屏頂層較厚且采用防刮玻璃，因而也更堅(jiān)固耐用。

最后，對(duì)于同樣的尺寸，電容技術(shù)比電阻技術(shù)對(duì)功率的要求更低。雖然低功耗往往是一個(gè)正指標(biāo)，但對(duì)于采用交流電源的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)或觸摸屏只是更大裝置一部分的應(yīng)用場(chǎng)合而言，低功耗所凸顯出來(lái)的優(yōu)勢(shì)就不如在現(xiàn)場(chǎng)手持設(shè)備中的重要了。對(duì)于大多數(shù)家庭自動(dòng)化控制器和電器設(shè)計(jì)，電阻觸摸屏憑借著工藝特性與成本優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)一段時(shí)間里將成為首選。

對(duì)于家用電器，我們應(yīng)牢記其預(yù)定義、功能受限需求的含義。不同于智能手機(jī)中用戶觸摸屏界面必須要能夠處理web頁(yè)面、電子郵件和視頻等隨機(jī)和不確定情況，家用電器或家庭控制器的人機(jī)界面（HMI）功能更加受限。它只需要支持一組有限的特性、功能和用戶軟鍵，所有這些都是可以預(yù)先定義好的。這意味著，對(duì)于縮放或手指拖放等額外特性，并不需要有更加復(fù)雜、具有附加功能的觸摸屏解決方案。

ROHM BU21021GUL觸摸屏控制器是一種典型的電阻界面（見(jiàn)圖4）。該芯片可與各種傳統(tǒng)的4線制電阻觸摸屏搭配使用，能夠檢測(cè)X/Y坐標(biāo)，包括單點(diǎn)檢測(cè)模式下的觸摸壓力以及兩點(diǎn)檢測(cè)模式下的一對(duì)X/Y坐標(biāo)。它搭載了一個(gè)專用的嵌入式CPU進(jìn)行噪聲濾除、坐標(biāo)計(jì)算以及手勢(shì)檢測(cè)，從而減輕了系統(tǒng)處理器的工作（及相關(guān)編碼/調(diào)試操作）。

對(duì)于很多家庭自動(dòng)化和家用電器等不需要觸摸屏可以提供的所有功能的應(yīng)用，采用一組觸摸感應(yīng)按鈕即可滿足其對(duì)用戶界面的要求。這降低了BOM成本和物理連接數(shù)，所帶來(lái)的密封表面相較于分立式機(jī)械開(kāi)關(guān)具有更大的可靠性。針對(duì)這類設(shè)計(jì)，Cypress Semiconductor推出的CY8CMBR2016 CapSense Express 16鍵矩陣控制器（見(jiàn)圖5），可輕松搭配電容觸摸用戶面板使用。這是一款硬件可配置IC，不需要任何的軟件工具、固件編碼或器件編程操作。

Cypress CapSense控制器采用Cypress的SmartSense自動(dòng)調(diào)校算法，因而無(wú)需手動(dòng)“調(diào)節(jié)”其響應(yīng)，并對(duì)按鍵和相關(guān)印刷電路板中不可避免的電容變化進(jìn)行補(bǔ)償。這也就縮短了開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)周期。此器件支持多達(dá)16個(gè)可以任意布局（如線性或矩陣陣列）的電容觸摸按鍵。借助于其向后兼容的按鍵掃描界面，設(shè)計(jì)人員可替換掉機(jī)械開(kāi)關(guān)，或快速升級(jí)并改良火災(zāi)報(bào)警器控制面板、安防系統(tǒng)甚至是門鎖上的現(xiàn)有的鍵盤式應(yīng)用。

圖4：ROHM BU21021GUL電阻觸摸屏控制器搭載一個(gè)專用處理器，通過(guò)嵌入式算法來(lái)執(zhí)行噪聲濾除和觸摸評(píng)估等操作，進(jìn)而可避免系統(tǒng)處理器處理這些專門的繁重工作。

圖5：Cypress Semiconductor CY8CMBR2016 CapSense Express 16鍵矩陣控制器設(shè)計(jì)用來(lái)將分立式機(jī)電開(kāi)關(guān)輕松升級(jí)到密封式電容開(kāi)關(guān)，非常適用于需要有限功能的應(yīng)用場(chǎng)合，如微波爐或洗碗機(jī)。