试论基于RISC架构的HMI系统中触摸屏

2016-03-14广东雅达电子股份有限公司

电子世界 2016年16期

关键词：响应速度人机界面触摸屏

广东雅达电子股份有限公司　黄　海

广东雅达电子股份有限公司黄海

本文针对基于RISC架构的HMI系统中触摸屏模块，简要阐述其工作原理，并从触摸屏的检测部件设计方案和控制器设计方案两方面简要介绍HMI系统中触摸屏模块的整体设计方案。

人机界面；HMI；触摸屏

1.引言

HMI（Human Machine Interface）即人机界面，作为人机交互终端，在自动化领域拥有广阔的市场发展前景和应用领域。人机界面实现其交互性的基础是建立在输入单元上的，输入单元的可靠性和稳定性直接影响到人机界面的交互，所以输入单元在整个人机界面系统中起着关键性的作用。触摸屏作为设备的输入单元，凭借着其操作简单、显示直观、图形清晰、反应速度快、交流方便、节省空间、稳定可靠、坚固耐用等特点被广泛应用于大部分人机界面系统中，也大大方便了非专业领域人员的操作使用［1］。随着目前智能化设备的飞速发展，触摸屏的使用比例仍然呈增长趋势，甚至可能发展成为未来各种信息产品的主流技术之一。因此，对人机界面系统中触摸屏的研究具有重要的现实意义。

2.触摸屏概述

触摸屏的使用，大大简化了繁琐的鼠标和键盘操作步骤，使用者只需要用手指轻轻地触碰显示屏上的文字或图形就能够快速地实现对主机的实时操作，使得人机交互变得更加方便、快捷。触摸屏作为最简单的人机交互输入设备，它赋予了人机界面以崭新的面貌和发展前景，是极具吸引力的全新人机界面交互设备。

触摸屏本质上是一个小型的传感器，整个触摸屏模块主要包括触摸检测部件装置和触摸屏控制器两部分。其工作原理是：当用户轻触触摸屏时，安装在显示器屏幕前面的触摸检测部件装置可以检测到用户触摸的位置，并将检测到的信号传送给触摸屏控制器，触摸屏控制器负责接收触摸点检测装置上传送过来的触摸信息，并将该触摸信息转换成触摸点坐标发送给电脑主机CPU，最后接收并执行CPU返回的信号指令，从而实现人机界面系统上的人机交互［2］。

3.HMI系统中触摸屏模块的整体方案

人机界面系统中的触摸屏模块主要由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，因此其整体设计方案包括触摸屏检测部件设计方案和触摸屏控制器设计方案。

3.1触摸屏检测部件设计方案

触摸屏检测部件就是我们常说的触摸屏，从触摸屏的工作原理和传输信息的介质上来区分，触摸屏大致分为四种类型：红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏、电容技术触摸屏、电阻技术触摸屏［3］。目前电阻技术触摸屏在嵌入式系统中得到了广泛的应用。下面将对这四种触摸屏进行对比分析，选择出一种适合基于RISC架构的人机界面系统的触摸屏：

（1）红外线技术触摸屏：价格相对适中，使用寿命将近3年左右，每年都需要进行一次维护，防爆性能好，稳定性一般，具有很好的透明度，只能截面触摸，输出分辨率为977×737，抗强光干扰性能力差，响应速度小于20ms，跟踪速度较快，但容易出现漂移现象，防水性一般，防电磁干扰能力较好，主要用于外接，比较适合室内使用。

（2）表面声波技术触摸屏：价格相对适中，使用寿命较长，将近5年左右，需要每年进行一次维护工作，防爆性能好，稳定性较高，透明度很好，只能用手指和软胶触摸，输出分辨率为4096× 4096，抗强光干扰性好，响应速度小于10ms，但跟踪速度一般，对传感器的损伤影响也很大，污染也比较严重，较少出现漂移现象，防水性和防电磁干扰能力一般，安装时内置或外接均可，室内、室外均可使用。

（3）电容技术触摸屏：价格相对较高，使用寿命2年左右，不需要安装后的维护工作，防爆性能好，稳定性和透明度一般，可用手指触摸，输出分辨率为4096×4096，抗强光干扰性差，响应速度小于15ms，传感器损伤影响和污染物的影响较小，但容易出现漂移现象，纯平和曲面显示器均可使用，防水性能好，防电磁干扰能力一般，主要用于内置安装，室内、室外安装均可。

（4）电阻式触摸屏：价格相对最低，使用寿命3年左右，不需要进行维修工作，防爆性能一般，稳定性很高，透明度好，任何物体都能进行触摸，输出分辨率为4096×4096，抗强光干扰性好，响应速度小于15ms，传感器损伤影响和污染物的影响较小，且不会出现漂移现象，防水性能和防电磁干扰能力好，可内置或外挂安装，室内或室外安装均可。

通过对各种触摸屏的特征分析发现：红外线技术触摸屏价格适中、方便安装，但其外框易碎，很容易产生光干扰，曲面情况下也容易失真；表面声波技术触摸屏性能较好，但由于无法封装，容易受到污渍、水分的干扰，导致屏幕不工作，因此需要经常进行维护，其最初的设计也主要是针对小尺寸荧屏的；电容技术触摸屏设计理论好，但其反光严重，复合材料和各种波长透光率的不均匀容易导致色彩、图像失真等现象。电阻式触摸屏定位准确，具有防潮、防尘的功能，成本低廉，技术水平相对也比较成熟，性价比比较高，因此在很多领域得到了广泛的应用。

3.2 触摸屏控制器设计方案

通过对人机界面系统的功能和技术要求的总体考虑，本文的触摸屏控制器设计将采用模块化的设计方案。触摸屏模块，作为人机界面系统的输入单元，具有很强的独立性，为其模块化的是实现提供了可能。将触摸屏设计成一个独立的、易于更换的通用模块，不仅方便与其他功能模块的连接，同时也便于维修和使用，整体上提高了系统的工作效率，节省了资金的投入。

具体设计方案是：将触摸屏模块从主板上独立出来，采用触摸屏控制芯片来进行触点的触摸信号的采集，微控制器对触摸屏控制芯片进行控制，触摸点信号采样结束之后，通过串行口向CPU传送数据，实现通讯，以此完成触点的触摸信号的采集以及与CPU的通信。该方案利用触摸屏模块内部实现了触摸信号的采样以及数据的发送，不需要消耗CPU的资源，大大减轻了CPU的工负荷。此外模块化的设计方便了产品的更新换代，使产品具有很强的通用性，也在一定程度上降低了开发难度和开发成本。