室内应用–触摸屏技术在家庭环境中的发展

中心议题：
    *  介绍室内应用中应当考虑的主要注意事项
    *  详细介绍在技术方面需要作出的多项决策
    *  基于Zytronic PCT的ZYBRID? 触摸传感器技术介绍

依靠触摸屏的人机界面 (HMI) 技术现已在日常应用中普遍使用，无论是移动通信设备、公众信息服务站还是 ATM 与数字标牌系统均会使用到这项技术。一个崭新的时代即将到来，届时触控技术将步入家用电器行业。本文将介绍这一特定市场中的  OEM 在部署基于触摸屏的  HMI 时应当考虑的主要注意事项。其中详细介绍了在技术方面需要作出的多项决策，确保工程师能够开发出完全优化、可解决国内所面临各种挑战的 HMI。

在过去短短的几年当中，随着触控技术在移动电子领域中取得巨大成功（应用于 MP3 播放器和智能手机等设备中），触摸屏在公众中的影响力进一步提高。随之而来的是，消费者要求其他的日常产品中具有相似的风格与功能，因此，白色家电越来越有可能经历从机械开关与刻度盘，到呈现高级图形用户界面 (GUI) 的交互式触摸显示屏的类似转变。

触摸屏控制技术之所以魅力无穷，原因不难理解。与键盘相比，它们具有着更多的直接与直观功能，当在与明亮的显示屏和高清图形相结合时，可带给用户快速与震撼的快感。此外，由于触摸屏将许多外部控制装置的功能整合到一个单独的用户界面 (UI) 当中，因此为设计开发团队提供了减少系统用料、推出新功能、精简设备尺寸以及增强设备美感的可能性。尤为重要的是，在竞争激烈的市场中，OEM 可利用这种技术开发出与众不同的产品。
 
对于希望通过在自己的产品中融入触控式 HMI 获得收益的 OEM 而言，不仅需要考虑到精确度和触摸反应时间这些基本因素，还必须了解产品使用所在环境中可能出现的具体运行挑战。需要解决的问题包括以下几点：

1. 机械磨损（尤其是在厨房环境中使用的电器）
2. 极端温度（厨房与浴室环境中）
3. 积聚灰尘、油脂或食物后传感器的快速恢复能力
4. 高湿环境（主要在浴室环境中）
5. 光滑作业表面的重要性（确保设备更易于清洁，在概念上同样更具吸引力）
6. 对于有害化学物质（如：清洁液等）的耐受性
7. 可靠与稳定运行，最大限度减少代价巨大的维修或退货情况出现。

目前市面上存在着许多不同的触摸感应技术。在开发团队为自己的产品指定触摸屏之前，应确保传感器技术适用。如果未对上方列表中所述的因素给予考虑，那么将有可能危及到产品的成功性。因此，需要对可用的传感器类型进行深度研究。 
 
采用正面激活传感器技术的触摸屏已经应用了数十年，事实证明，它们在诸如个人电子设备消费品（如：手提游戏、GPS、PDA）之类的应用产品中尤为受欢迎。这些触摸屏采用的或是电阻式或是表面电容式传感技术，在要求较低的环境中或许可以接受，但是在本文中讨论的经常不容有失的环境中却具有着明显的缺点。由于其感应元件位于屏幕外表，因此容易发生各种损坏。浴室内溅出的热水、从厨房饭锅中溢出的物质，以及刀具或其他烹饪工具的刮痕均会影响到触控性能。 

基于红外线 (IR) 或表面声波 (SAW) 技术的传感器在这里同样具有着明显缺点。由于其设计需要使用座盘或者机架盛装有源感应元件，因此难以清洁，久而久之灰尘、油脂等物质将会不可避免地在传感器周围积聚，从而影响到运行效果。在 iPhone 已经确立了当代触摸屏外观风格的时代中，此类屏幕的明显缺点在于其庞大的座盘，这会很大程度上影响到电器的视觉美观性。从更实际的角度而言，大多数的正表面触控技术久而久之还会出现传感器漂移现象，需要定期进行重新校准以保持精度。这会给制造商与消费者双方带来不便，并有可能产生一定的费用。
 
由于需要付出一定的代价担保产品质量，再加上关系到珍贵的声誉，因此 OEM 需要对特定触控技术的功能绝对的有信心。在稳定性与长久性方面，触摸传感器必须至少与将其融入在内的电器相匹配。诸如电饭锅、洗碗机与电冰箱之类的白色家电属于价格相对较高的日用产品，因此消费者在购买之后期望能够使用若干年。这进一步强调了一个事实，那就是当结合产品的使用寿命考虑总体拥有成本时，使用成本低且可靠性不高的触摸传感器将证明是错误的经济。

最近几年快速兴起的一种吸引人的触摸感应技术为投射式电容触控技术。这种屏幕的背面安放有一个传导感应阵列，当用户的手指在接近屏幕的表面时，阵列内的电流或频率会产生细微变化，这样便可在远处检测到接触动作。当后置阵列有效地将屏幕分为 XY 网格时，通过计算矩阵内最大变化所在位置即可定位触摸点。

由于传感器的有源元件位于屏幕后面，远离破坏源与周边环境，因此与大多数其他种类的触摸解决方案相比，要求高、使用频繁以及家庭环境。所有的投射式电容传感器均可被设计成在无座盘的屏幕中使用，前面通常完全由玻璃组成，不仅耐清洁，而且不会受到积聚油脂或灰尘的影响。与大多数的同类触控技术相比，这种技术为设计团队提供了更大的灵活性，并且不会影响到电器的外观，为营销增添了砝码。

Zytronic 的专有技术可使投射式电容传感器在更大的屏幕以及高度定制的设计中使用。因此，其获得专利的投射式电容技术 (PCTTM) 现已开始被集成到越来越多电器与白色家电中。  

PCT 传感器结构由一个超细的铜电极（直径为 10μm）阵列构成，这些电极在 XY 网格中排列并内嵌入层压基材中。该基材甚至可放在一个厚防护玻璃或者塑料叠层后方，使设计师能够将触摸屏显示器无缝嵌入整个产品设计当中。另外，PCT 具有防刮、耐机械冲击、防水、抗化以及耐热性能，可被完全封入设备内，符合 IP67 或 NEMA 4x 标准。最后，PCT 具有高度可扩展性，可应用于 5 与 82 英寸之间几乎无限的形状系数范围之内。
 

图 1：将基于 Zytronic PCT 的 ZYBRID? 触摸传感器应用于 Sunvision 的 ViViMirror 产品内

PCT 家庭应用的一个有趣的例子是“智能镜”（如图 1 所示）这些交互式触控镜子可安装在居室或酒店的浴室、厨房与卧室内。当这种镜子与其他家电系统联网时，可使用户控制空调、照明与安保系统，此外还可浏览网页或阅读电子邮件。当不使用时，显示屏在镜子后面消失，这样不会影响到室内的环境。

PCT 还在电冰箱的前面板中使用（如图 2）。在这种技术的帮助之下，可向设备中加入新的功能，如：展示建议食谱，以及当某种食物数量不足甚至是需要加入新食物时通知用户。这种高级用户界面必然成为今后白色家电的主要卖点，但依然需要可靠并且耐用的触摸屏确保其使用长久。

图 2：将 Zytronic 的 PCT 用于电冰箱的 HMI

通过使用基于投射式电容感应技术的触摸屏，可为白色家电与家用电器开发独特、美观以及令人心动的用户界面，不仅可为烦闷的家庭生活增添亮色，而且可始终保持令人满意以及可靠的性能。