試論基于RISC架構(gòu)的HMI系統(tǒng)中觸摸屏

廣東雅達(dá)電子股份有限公司　黃　海

試論基于RISC架構(gòu)的HMI系統(tǒng)中觸摸屏

廣東雅達(dá)電子股份有限公司黃海

本文針對基于RISC架構(gòu)的HMI系統(tǒng)中觸摸屏模塊，簡要闡述其工作原理，并從觸摸屏的檢測部件設(shè)計方案和控制器設(shè)計方案兩方面簡要介紹HMI系統(tǒng)中觸摸屏模塊的整體設(shè)計方案。

人機(jī)界面；HMI；觸摸屏

1.引言

HMI（Human Machine Interface）即人機(jī)界面，作為人機(jī)交互終端，在自動化領(lǐng)域擁有廣闊的市場發(fā)展前景和應(yīng)用領(lǐng)域。人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)其交互性的基礎(chǔ)是建立在輸入單元上的，輸入單元的可靠性和穩(wěn)定性直接影響到人機(jī)界面的交互，所以輸入單元在整個人機(jī)界面系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用。觸摸屏作為設(shè)備的輸入單元，憑借著其操作簡單、顯示直觀、圖形清晰、反應(yīng)速度快、交流方便、節(jié)省空間、穩(wěn)定可靠、堅固耐用等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于大部分人機(jī)界面系統(tǒng)中，也大大方便了非專業(yè)領(lǐng)域人員的操作使用［1］。隨著目前智能化設(shè)備的飛速發(fā)展，觸摸屏的使用比例仍然呈增長趨勢，甚至可能發(fā)展成為未來各種信息產(chǎn)品的主流技術(shù)之一。因此，對人機(jī)界面系統(tǒng)中觸摸屏的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.觸摸屏概述

觸摸屏的使用，大大簡化了繁瑣的鼠標(biāo)和鍵盤操作步驟，使用者只需要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的文字或圖形就能夠快速地實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的實(shí)時操作，使得人機(jī)交互變得更加方便、快捷。觸摸屏作為最簡單的人機(jī)交互輸入設(shè)備，它賦予了人機(jī)界面以嶄新的面貌和發(fā)展前景，是極具吸引力的全新人機(jī)界面交互設(shè)備。

觸摸屏本質(zhì)上是一個小型的傳感器，整個觸摸屏模塊主要包括觸摸檢測部件裝置和觸摸屏控制器兩部分。其工作原理是：當(dāng)用戶輕觸觸摸屏?xí)r，安裝在顯示器屏幕前面的觸摸檢測部件裝置可以檢測到用戶觸摸的位置，并將檢測到的信號傳送給觸摸屏控制器，觸摸屏控制器負(fù)責(zé)接收觸摸點(diǎn)檢測裝置上傳送過來的觸摸信息，并將該觸摸信息轉(zhuǎn)換成觸摸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給電腦主機(jī)CPU，最后接收并執(zhí)行CPU返回的信號指令，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面系統(tǒng)上的人機(jī)交互［2］。

3.HMI系統(tǒng)中觸摸屏模塊的整體方案

人機(jī)界面系統(tǒng)中的觸摸屏模塊主要由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成，因此其整體設(shè)計方案包括觸摸屏檢測部件設(shè)計方案和觸摸屏控制器設(shè)計方案。

3.1觸摸屏檢測部件設(shè)計方案

觸摸屏檢測部件就是我們常說的觸摸屏，從觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)上來區(qū)分，觸摸屏大致分為四種類型：紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏［3］。目前電阻技術(shù)觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。下面將對這四種觸摸屏進(jìn)行對比分析，選擇出一種適合基于RISC架構(gòu)的人機(jī)界面系統(tǒng)的觸摸屏：

（1）紅外線技術(shù)觸摸屏：價格相對適中，使用壽命將近3年左右，每年都需要進(jìn)行一次維護(hù)，防爆性能好，穩(wěn)定性一般，具有很好的透明度，只能截面觸摸，輸出分辨率為977×737，抗強(qiáng)光干擾性能力差，響應(yīng)速度小于20ms，跟蹤速度較快，但容易出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，防水性一般，防電磁干擾能力較好，主要用于外接，比較適合室內(nèi)使用。

（2）表面聲波技術(shù)觸摸屏：價格相對適中，使用壽命較長，將近5年左右，需要每年進(jìn)行一次維護(hù)工作，防爆性能好，穩(wěn)定性較高，透明度很好，只能用手指和軟膠觸摸，輸出分辨率為4096× 4096，抗強(qiáng)光干擾性好，響應(yīng)速度小于10ms，但跟蹤速度一般，對傳感器的損傷影響也很大，污染也比較嚴(yán)重，較少出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，防水性和防電磁干擾能力一般，安裝時內(nèi)置或外接均可，室內(nèi)、室外均可使用。

（3）電容技術(shù)觸摸屏：價格相對較高，使用壽命2年左右，不需要安裝后的維護(hù)工作，防爆性能好，穩(wěn)定性和透明度一般，可用手指觸摸，輸出分辨率為4096×4096，抗強(qiáng)光干擾性差，響應(yīng)速度小于15ms，傳感器損傷影響和污染物的影響較小，但容易出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，純平和曲面顯示器均可使用，防水性能好，防電磁干擾能力一般，主要用于內(nèi)置安裝，室內(nèi)、室外安裝均可。

（4）電阻式觸摸屏：價格相對最低，使用壽命3年左右，不需要進(jìn)行維修工作，防爆性能一般，穩(wěn)定性很高，透明度好，任何物體都能進(jìn)行觸摸，輸出分辨率為4096×4096，抗強(qiáng)光干擾性好，響應(yīng)速度小于15ms，傳感器損傷影響和污染物的影響較小，且不會出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，防水性能和防電磁干擾能力好，可內(nèi)置或外掛安裝，室內(nèi)或室外安裝均可。

通過對各種觸摸屏的特征分析發(fā)現(xiàn)：紅外線技術(shù)觸摸屏價格適中、方便安裝，但其外框易碎，很容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下也容易失真；表面聲波技術(shù)觸摸屏性能較好，但由于無法封裝，容易受到污漬、水分的干擾，導(dǎo)致屏幕不工作，因此需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，其最初的設(shè)計也主要是針對小尺寸熒屏的；電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計理論好，但其反光嚴(yán)重，復(fù)合材料和各種波長透光率的不均勻容易導(dǎo)致色彩、圖像失真等現(xiàn)象。電阻式觸摸屏定位準(zhǔn)確，具有防潮、防塵的功能，成本低廉，技術(shù)水平相對也比較成熟，性價比比較高，因此在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 觸摸屏控制器設(shè)計方案

通過對人機(jī)界面系統(tǒng)的功能和技術(shù)要求的總體考慮，本文的觸摸屏控制器設(shè)計將采用模塊化的設(shè)計方案。觸摸屏模塊，作為人機(jī)界面系統(tǒng)的輸入單元，具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，為其模塊化的是實(shí)現(xiàn)提供了可能。將觸摸屏設(shè)計成一個獨(dú)立的、易于更換的通用模塊，不僅方便與其他功能模塊的連接，同時也便于維修和使用，整體上提高了系統(tǒng)的工作效率，節(jié)省了資金的投入。

具體設(shè)計方案是：將觸摸屏模塊從主板上獨(dú)立出來，采用觸摸屏控制芯片來進(jìn)行觸點(diǎn)的觸摸信號的采集，微控制器對觸摸屏控制芯片進(jìn)行控制，觸摸點(diǎn)信號采樣結(jié)束之后，通過串行口向CPU傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通訊，以此完成觸點(diǎn)的觸摸信號的采集以及與CPU的通信。該方案利用觸摸屏模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了觸摸信號的采樣以及數(shù)據(jù)的發(fā)送，不需要消耗CPU的資源，大大減輕了CPU的工負(fù)荷。此外模塊化的設(shè)計方便了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品具有很強(qiáng)的通用性，也在一定程度上降低了開發(fā)難度和開發(fā)成本。

4.結(jié)語

觸摸屏的使用實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的良好交互，人機(jī)界面功能的不斷完善和價格的不斷降低將會推動人機(jī)界面市場蓬勃發(fā)展，觸摸屏作為人機(jī)界面系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)水平也將在人機(jī)界面市場的帶動下不斷地取得進(jìn)步和發(fā)展。

［1］韓亞國，桑毅峰.電氣自動化設(shè)備觸摸屏損壞應(yīng)急解決辦法的探討［J］.電子世界，2014（16）：282-282.