觸摸屏與按鈕界面設(shè)計(jì)：電容式和電阻式觸摸屏和觸覺(jué)

觸摸屏可以提供一種創(chuàng)造的機(jī)械感，在按下時(shí)會(huì)發(fā)光或發(fā)出聲音，但在連續(xù)鍵入或按下這些鍵的過(guò)程中，用戶可能會(huì)比機(jī)械鍵盤(pán)更容易意外觸摸到相鄰的鍵。觸摸屏通常是平面的，沒(méi)有像機(jī)械鍵盤(pán)那樣分隔相鄰鍵的真正障礙。

2021年發(fā)布的Qi? 1.3標(biāo)準(zhǔn)在確保提高充電器對(duì)消費(fèi)者的安全性方面發(fā)揮了很大作用。

機(jī)械按鈕/鍵盤(pán)接口

這種類(lèi)型的遺留用戶界面向用戶提供可以是機(jī)械響應(yīng)形式的觸覺(jué)響應(yīng)。這些類(lèi)型的鍵盤(pán)更適合戴手套的用戶。物理鍵盤(pán)往往更準(zhǔn)確，因?yàn)榕c大多數(shù)觸摸屏相比，按鍵之間的隔離度更高；這有助于消除激活相鄰鍵時(shí)的錯(cuò)誤。

機(jī)械鍵盤(pán)系統(tǒng)比觸摸屏便宜，而且通常更輕（通常只有幾克），因?yàn)榕c觸摸屏相比，顯示器中需要的技術(shù)更少。

觸摸屏技術(shù)

觸摸屏可以提供一種創(chuàng)造的機(jī)械感，在按下時(shí)會(huì)發(fā)光或發(fā)出聲音，但在連續(xù)鍵入或按下這些鍵的過(guò)程中，用戶可能會(huì)比機(jī)械鍵盤(pán)更容易意外觸摸到相鄰的鍵。觸摸屏通常是平面的，沒(méi)有像機(jī)械鍵盤(pán)那樣分隔相鄰鍵的真正障礙。

與機(jī)械鍵盤(pán)相比，它們的優(yōu)勢(shì)在于它們?cè)隗a臟或惡劣的環(huán)境中具有更高的可靠性。一些機(jī)械鍵盤(pán)確實(shí)有一種柔性薄膜結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)按鍵，這將通過(guò)防止灰塵和碎屑進(jìn)入來(lái)防止這種可靠性問(wèn)題。

他們的主要缺點(diǎn)是他們更耗電；這在電池供電系統(tǒng)中是有害的。此外，他們?cè)谥苯诱彰飨驴赡軙?huì)出現(xiàn)視覺(jué)問(wèn)題。

兩種的觸摸屏類(lèi)型是電阻式和電容式。 

電阻式觸摸屏

這種架構(gòu)需要兩個(gè)由絕緣點(diǎn)隔開(kāi)的透明導(dǎo)電層（玻璃或丙烯酸基板和聚酯頂板）。當(dāng)手指觸摸頂層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩層之間發(fā)生接觸。通過(guò)首先沿 X 軸和 Y 軸順序向各層施加電壓梯度（將相對(duì)層用作電壓探針）來(lái)跟蹤觸摸。控制器根據(jù)從探測(cè)層的電壓電平確定觸點(diǎn)的 X 和 Y 位置。

圖 1. 電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)。圖片由 威爾遜赫德提供

這種設(shè)計(jì)成本低，功耗低。它不受液體影響。它可能需要偶爾校準(zhǔn)，并且更容易損壞和磨損。

電容式觸摸屏

將上面的電阻式觸摸屏概念與電容式觸摸屏進(jìn)行比較。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，電壓被施加到屏幕的角落。屏幕邊緣周?chē)碾姌O在導(dǎo)電表面上產(chǎn)生電場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量手指的導(dǎo)電表面吸收電流引起的電容變化，可以在屏幕上跟蹤手指。

圖 2. 電容式觸摸屏結(jié)構(gòu)。圖片由 威爾遜赫德提供

此類(lèi)設(shè)計(jì)采用堅(jiān)固的玻璃面板，光學(xué)性能優(yōu)異，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，續(xù)航能力強(qiáng)，具備多點(diǎn)觸控和手勢(shì)功能。用戶可以使用裸露的手指、手套或有源手寫(xiě)筆。該架構(gòu)能夠承受極端環(huán)境，高度準(zhǔn)確，但易受 EMI 影響。

要更深入地了解這個(gè)概念，請(qǐng)查看 Robert Keim 的電容式觸摸感應(yīng)簡(jiǎn)介。

觸覺(jué)反饋

觸覺(jué)反饋是人機(jī)雙向通信的另一種方式，包括感官反饋以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。觸摸、視覺(jué)和聲音將增強(qiáng)用戶界面，并向用戶提供信心并確認(rèn)觸摸屏按鈕已被按下。物理反饋對(duì)于可靠性至關(guān)重要，例如在軍用戰(zhàn)斗機(jī)中，飛行員需要連續(xù)目視掃描周?chē)h(huán)境。

振動(dòng)觸覺(jué)

讓用戶相信他們正在觸摸的按鈕實(shí)際上激活了所需的響應(yīng)的一種方法是使用觸覺(jué)。觸覺(jué)效果可以通過(guò)駐波發(fā)生器和壓力傳感器疊加在傳統(tǒng)觸摸屏上；當(dāng)有觸摸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生聲波，讓用戶有一種按下按鈕的感覺(jué)，并在傳統(tǒng)鍵盤(pán)上收到積極的反饋。這在軍用戰(zhàn)斗機(jī)中尤為重要，可以增強(qiáng)航天器系統(tǒng)。

圖 3.觸摸屏振動(dòng)觸覺(jué)系統(tǒng)的基本架構(gòu)。圖片由IEEE Xplore的 Catelani、Ciani、Barile 和 Liberatori 友情提供

在下一篇文章中，我們將討論如何將這些技術(shù)從 PalmPilot 應(yīng)用到 F-18 超級(jí)大黃蜂的顯示器上，Matthew Dominick 在摩爾的大廳一集中討論了這一點(diǎn)。