触摸屏与按钮界面设计：电容式和电阻式触摸屏和触觉

了解一些最重要的基础知识，以了解界面技术如何演变。

在名为“第 10 集：NASA 宇航员马修·多米尼克关于航空航天技术关键工程”的 All About Circuits/Moore's Lobby 播客中，戴夫·芬奇和宇航员马修·多米尼克谈到的一个主题是：为什么触摸屏与按钮界面设计如此令人难以置信在战斗机的驾驶舱中很重要？

这个问题将在下面的讨论中详细回答历史和技术细节。在本文中，我们将重点介绍以下概念：

• 机械按钮/键盘接口
• 触摸屏（电阻式和电容式）
• 触觉反馈（特别是振动触觉）

这将为我们提供所需的基本概念信息，以更好地理解显示技术在航空航天应用中的重要性。

机械按钮/键盘接口

这种类型的传统用户界面向用户提供触觉响应，其可以是机械响应的形式。这些类型的键盘更适合戴手套的用户。物理键盘往往更准确，因为与大多数触摸屏相比，按键之间的隔离度更高；这有助于消除激活相邻键时的错误。

机械键盘系统比触摸屏便宜，而且通常更轻（通常只有几克），因为与触摸屏相比，显示器中需要的技术更少。

触摸屏技术

触摸屏可以提供一种创造的机械感，在按下时会发光或发出声音，但是在连续键入或按下这些键的过程中，用户可能会意外地触摸到相邻的键，这比在机械键盘中要容易得多。触摸屏通常是平坦的，并且没有真正的障碍来分隔相邻的按键，例如在机械键盘中。

与机械键盘相比，它们的优势在于它们在肮脏或恶劣的环境中具有更高的可靠性。一些机械键盘确实具有保护按键​​的柔性薄膜结构，可以防止灰尘和碎屑进入，从而防止这种可靠性问题。

它们的主要缺点是它们更耗电。这对电池供电的系统是有害的。此外，他们在直射光下可能会出现观看问题。

两种最流行的触摸屏类型是电阻式和电容式。

电阻式触摸屏

这种架构需要由绝缘点隔开的两个透明导电层（玻璃或丙烯酸基板和聚酯顶层）。当手指接触顶层时，会导致两层之间发生接触。通过首先沿 X 轴和 Y 轴顺序向层施加电压梯度（将相对层用作电压探针）来跟踪触摸。控制器根据探测层报告的电压电平确定触点的 X 和 Y 位置。

图 1。 电阻式触摸屏结构。图片由 Wilson Hurd 提供

这种设计成本低，功耗低。它不透液体。它可能需要偶尔校准，并且更容易损坏和磨损。

电容式触摸屏

将上述电阻式触摸屏概念与电容式触摸屏进行比较。在此设计中，电压施加到屏幕的角落。屏幕边缘周围的电极在导电表面上产生电场，通过测量手指的导电表面汲取电流引起的电容变化，可以在屏幕上跟踪手指。

图 2。 电容式触摸屏结构。图片由 Wilson Hurd 提供

此类设计采用了光学性能优异的实心玻璃面板，无机械运动，续航能力强，具备多点触控和手势功能。用户可以使用裸露的手指、手套或有源手写笔。该架构能够承受极端环境，精度高，但易受电磁干扰。

要更深入地了解这个概念，请查看 Robert Keim 的电容式触摸感应简介。

触觉反馈

触觉反馈是人与计算机之间双向通信的另一种方式，包括感官反馈以增强用户体验。触摸、视觉和声音将增强用户界面，并让用户确信和确认触摸屏按钮被按下。在军用战斗机等飞行员需要持续目视周围环境的情况下，物理反馈对于可靠性至关重要。

振动触觉

一种让用户确信他们正在触摸的按钮实际上会激活所需响应的方法是使用触觉。触觉效果可以通过驻波发生器和压力传感器叠加在传统的触摸屏上；当触摸时，会产生声波，让用户感觉按下按钮并在传统键盘上收到正反馈。这在军用战斗机中尤其重要，可以增强航天器系统。

图 3。 触摸屏中振动触觉系统的基本架构。图片由 Catelani、Ciani、Barile 和 Liberatori 通过 IEEE Xplore 提供

在下一篇文章中，我们将讨论这些技术如何从 PalmPilot 应用到 F-18 超级大黄蜂的显示器上，马修·多米尼克在摩尔的大厅一集中讨论了这一点。