在触摸式用户界面中实现触觉技术

1、在触摸式用户界面中实现触觉技术 式触摸界面正在逐步取代消费、汽车、工业与医疗应用中的机械开关、旋钮与调谐钮。电容式触摸因为其美观、更高牢靠性和更低生产/加工成本而大受欢迎。另外，因为不存在简单发生故障的机械组件，因此基于电容式触摸感应技术的用户界面能够充实用户体验和延伸产品用法寿命。 但是，因为电容式触摸传感器不具备机械按钮与开关那样的触觉反馈，因此，从机械按钮、旋钮与调谐钮改变到电容式触摸界面会给设计人员带来挑战。以在键盘上打字的体验为例。在按下和释放某个键后，因为弹簧的作用它可以弹起。我们可以通过手指感触到键弹回的力气，从而确认已完成按键操作。而采纳电容式触摸界面无法提供内在的机械反馈，所

2、以用户无法获得与机械键相同的感触。因为主要目的是充实用户体验，因此缺乏触觉反馈会给设计人员带来挑战。开发人员可以借助触觉技术提供触觉反馈、充实用户体验和增强产品价值。图1：在手机中实现的、用于提供触觉反馈的触觉技术示例。触觉技术是利用人的触觉提供反馈、通过向用户提供压力、振动或运动感触的触觉反馈技术。触觉技术的一个容易例子就是手机和中采纳的振动提示。当手机进入振动模式后，在有来电或消息时手机会采纳促动器振动提示用户，用户甚至无需查看屏幕。图2举例解释了在电容式触摸系统中实现的触觉技术。其中，当用户触摸电容式触摸界面时就会启动促动器产生振动。用户的手指感觉到振动后可确认触摸操作。通过控制施加到促

3、动器的与频率可以产生不同的触摸反馈效果，如：单击与双击。图2：触觉技术的工作原理在触摸式用户界面中实现触觉技术：图3举例解释了在触摸式用户界面中实现的触觉反馈。此系统由以下组件构成： 触摸界面 触摸感应控制器 触觉处理器 促动器 促动器驱动器图3：触觉系统方框图触摸界面：触摸界面是用户与系统举行互动的区域。它由触摸敏感型传感器组成。触摸界面可以是、触摸按键或者兼而有之。例如，在手机应用中，触摸界面是显示屏上面的透亮触摸屏。在家用电器应用中，触摸界面则采纳fr4/fpc 上的铜覆层。触摸感应控制器：触摸感应控制器可以探测手指触摸动作或者手指在触摸表面上的触摸位置。对于触摸屏而言，触摸控制器可以把

4、触摸坐标发送到应用处理器举行处理。对于触摸按键而言，触摸控制器则向应用处理器发送开/关状态信息。触摸控制器的实例包括的truetouch?与capsense?控制器。触觉处理器：触觉处理器由控制软件以及可生成触觉波形驱动促动器的算法构成。触觉处理器可以采纳以下方式实现： 与应用处理器/集成 采纳自立处理器 与触摸控制器集成 与促动器驱动ic集成 与应用处理器/mcu集成的触觉处理器：在应用处理器/mcu具有适当处理带宽和硬件资源的应用中，触觉处理器可以按图3所示办法举行集成。此办法无需专用的触觉处理器，因此能够降低bom成本和节约板级空间。为了产生不同的触觉效果，设计人员可以开发定制软件，也可

5、以获得触觉软件供给商的软件许可。开发定制触觉软件需要大量设计工作、时光和附加成本。但是，定制触觉软件的优势在于设计人员能够根据其终于应用需求优化触觉效果。为了削减设计工作和时光，设计人员可以猎取供给商的触觉软件许可，也可以采纳支持触觉软件的控制器。一个采纳内置触觉软件库的mcu实例就是赛普拉斯的p1控制器。 与自立处理器集成的触觉处理器：在应用处理器/mcu不具备集成触觉处理功能所需的带宽或资源的应用中，可以采纳自立处理器/mcu作为触觉处理器。在大多数状况下都不会采纳这种办法，由于其不但增强成本，而且会占用更多板级空间。 与触摸控制器集成的触觉处理器：此外，有些触摸感应控制器也会集成触觉处理

6、器。例如，赛普拉斯的capsense控制器具有牢靠的电容式触摸感应硬件，而且采纳immersion的touchsense触觉库提供触觉反馈。设计人员可以采纳触觉库在其触摸界面中迅速实现触觉反馈。在触摸控制器中集成触觉处理器能够降低应用处理器/mcu的负载，同时提供低成本实现计划。 与促动器驱动器集成的触觉处理器：有少数驱动器驱动ic提供集成型触觉处理器。此办法适用于需要在现有触摸用户界面中实现触觉反馈的状况。采纳在现有触摸界面中具备集成触觉处理器的促动器驱动ic可以最大限度地削减应用处理器/mcu固件和板设计所需的修改工作。应用处理器能够向促动器驱动ic发送相应的触觉波形生成命令。促动器：促动

7、器是用于产生振动并且向用户提供触摸反馈的机电组件。促动器的输入由触觉处理器提供。促动器与触摸式用户界面集成在一起，以便在促动器获得输入时使设备产生振动。触觉系统可以采纳各种促动器。最常用的包括： 偏心旋转质量(erm)促动器 erm促动器是一种电机轴附带偏移质量块的直流电机，4所示。因为电机轴附带偏移质量块，因此在电机旋转时偏移质量块具有不匀称的向心力，从而产生一个净离心力。该离心力会造成电机的位移。因为电机与设备衔接，因此电机位移会造成囫囵设备振动。erm电机的输入是dc电压。erm电机的输入电压范围为110v，而工作范围是130160ma。工作频率范围是90200hz。erm电机成本低，但

8、是能够提供强劲振动。不过，其响应时光十分长(4080ms)，因此不适合高质量触觉反馈。erm电机可在手机中用于提供容易的触觉效果，如：振动提示。图4：erm制动器结构 线性谐振促动器(lra) lra由可动质量块、永磁体、音圈和振动弹簧组成，5所示。在音圈获得正弦输入时，它会产生与永磁体互相作用的磁场，从而造成其线性运动。永磁体推进可动质量块上下运动，从而产生振动。可动质量块衔接的弹簧使其返还初始位置。lra的输入是正弦波。lra的工作电压范围是2.510v，工作电流范围是6570ma。lra电机的典型工作频率(谐振频率)是175hz。与erm相比，lra响应时光更短(2030ms)，而且能够提供更精确、更温和的振动。lra常用于在手机中提供虚拟键盘按键操作时的触摸反馈。图5：lra促动器结构 压电促动器：压电促动器采纳逆压电效应工作原理 向压电晶体施加电压时会导致晶体产生物理变形。这种物理变形能够用于产生振动，以提供触摸反馈。压电促动器由陶瓷材料制成。压电促动器的输入电压是正弦波。压电促动器的工作电压范围