在工厂环境下人机界面设计遇到的独特挑战_8
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  工厂环境会给人机界面和触摸屏的设计带来独特挑战。其中三大挑战包括:

  1)防水性:防止因水、手指穿过水滴或湿手指而引起的意外触控。

  2)抗扰性:提供无缝触控体验,防止在极端干扰脉冲下出现误触。

  3)先进的触摸技术:允许佩戴手套进行操作,且能够检测到靠近屏幕的手指。

  1.防水性

  防水性经常被忽略,但对于实现稳定、可靠的用户界面来说非常重要。很多生产环境的湿度都很大,操作人员可能需要在手指或屏幕沾水的情况下进行操作。触摸屏必须工作顺畅且不会因此发生误触。

  对于触摸屏的防水性,已有多项国际标准做出详细规定。比如,国际电工委员会(IEC)的IEC-60529标准就对防护等级(IP等级)进行了界定。其中,一件产品可达到的最高级别为IP-67,也就是说,它可以在存在大量灰尘(灰尘等级为6)的环境下工作,且可以浸入水中1米(防水等级为7)而不会发生损坏。在多数工业应用中,防水性都是必要条件。

  从触摸屏控制器的角度来说,防水性(适用于屏幕上各种形式的液体或导电粒子)可进一步细分为两个要求:防水和湿手指追踪功能。

  1)防水:

  a.防止触摸屏对液体的存在做出意外反应。

  b.将液体从屏幕擦除后可继续流畅操作。

  2)湿手指追踪:

  a.当屏幕上存在液体时也能准确感知手指的触控。适用于因潮湿造成的液膜、溅出的液体或多处液滴。

  b.用汗湿或油腻的手指触碰屏幕。

  投射电容会在导体从金属(通常为氧化铟锡(ITO))导线网格偷走电荷时感知电容的变化,这些网格相互独立,会在有电流通过时起到传感器的作用。这些金属线被排列为Tx(发射电流位置)和Rx(接收电流位置),Tx导线与Rx导线之间会形成电容。

  投射电容存在两种形式。

  (1)自电容感应:检测传感器网格行和列(X+Y)上的电荷变化。特定行的电荷变化可归因于多个列的电荷变化,自电容感应适用于单点触控式应用。

  (2)互电容感应:检测网格每个交互点的电荷变化(X*Y)。因此,它可以精确感应多点触控。见图1

自电容传感器网格如左图所示,互电容网格如右图所示

   图1:自电容传感器网格如左图所示,互电容网格如右图所示

  由于扫描方式的区别,自电容网格无法可靠追踪屏幕上的多个手指,而互电容网格可以。

  手指触控动作在自电容和互电容感应模式下的表现形式截然不同。在自电容模式下,单次触控会在电荷转移到地面后表现为电流的增加;而互电容模式下,触控的检测结果是交叉点上两个传感器之间的整体互电容降低。

  水作为导体会增强临近传感器之间的边际电场,并使电容增大。这可能会造成触摸屏将水识别为自电容模式下的轻手指触控。这可以通过感应临近传感器中的复制电场来解决,从而有效消除临近传感器之间产生的边际电场。然而,自电容不支持多点触控。

  在互电容网格中,水的表现形式相同,但会被感知为电荷的增加,并与手指触碰效果的极性相反。这样,当擦拭屏幕上的水时可能会被传感器记录为一次手指误触。

  自电容感应与互电容感应的结合(如赛普拉斯TrueTouch控制器中所实施的那样)可提供稳定可靠的防水解决方案。能够在Tx和Rx线之间进行切换以准确掌握水滴轮廓也非常重要。

  当屏幕上覆盖一层水膜或大水滴时,其产生的效果可能与拇指或手掌等大物体(取决于水滴/薄膜的大小)类似。需要以特殊算法精准确定水体的位置并追踪手指的移动。

  2.抗扰性

  对于触摸屏来说,一般存在两种干扰源:

  1)直接耦合干扰:这种干扰来自邻近的机器、高压交流电以及节能灯的电子镇流器。这些干扰都存在于制造工厂,可以耦合到人体中并通过手指触控注入到系统中。

  2)共模干扰:这种干扰来自于触摸屏设备内部(如电源、质量不好的充电器)并通过手指释放到地面。

  干扰包括宽带与窄带噪声,通常振幅较高。我们看到,共模干扰的频率最高可达500kHz,振幅可达40Vpp。见图2

窄带和宽带充电器干扰图

  图2:窄带和宽带充电器干扰图

  在两种情况下,用户都会看到误触的情况;包括报告误触坐标或造成触摸传感器过载(触控会显示为沿Rx传感器伸展的长线条)。这会导致流水线收到错误指令并造成延迟。在很多情况下,干扰脉冲会充满接收电容器,从而遗漏本应记录在该交叉点上的触控信号并影响整体触控体验。良好的信噪比(SNR)是触摸屏控制器抵抗各种干扰的必要条件之一。

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