高分辨率觸摸功能的人機(jī)界面在小家電上的應(yīng)用

我們現(xiàn)在看到支持多點(diǎn)觸控的互動(dòng)式人機(jī)界面(HMI)，在現(xiàn)代各種行業(yè)領(lǐng)域電子硬件中采用的比例越來(lái)越大。技術(shù)的更新帶來(lái)一種更為方便而廣泛的控制方法，相較于過(guò)去較為笨重的機(jī)電HMI(如小鍵盤(pán))，支持多點(diǎn)觸控的互動(dòng)式人機(jī)界面(HMI)接口將更吸引人且更簡(jiǎn)便操作。通過(guò)這個(gè)技術(shù)，HMI設(shè)計(jì)者可以意識(shí)到，保持產(chǎn)品的一致性，以及整體的美觀，將大幅提升使用者的觀感。下面的文章將介紹如何創(chuàng)建一個(gè)更有效的電容式觸摸人機(jī)界面，以充分滿(mǎn)足當(dāng)前工程團(tuán)隊(duì)所面臨的許多觀念與技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

電容式觸摸屏的多點(diǎn)觸控功能已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在消費(fèi)電子和計(jì)算機(jī)市場(chǎng)。現(xiàn)在并開(kāi)始拓展到更多不同的領(lǐng)域。其中之一是高利潤(rùn)的家電市場(chǎng)。雖然觸摸屏相對(duì)還是比較新的互動(dòng)技術(shù)，但在近期，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在如冰箱，電飯煲，洗衣機(jī)等商品上。

電容式觸摸可以在同一時(shí)間感測(cè)多個(gè)觸摸點(diǎn)，因此能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出各種復(fù)雜的用戶(hù)手勢(shì)。除了對(duì)多點(diǎn)觸控操作的支持，電容式觸摸還比傳統(tǒng)電阻式觸摸屏更加穩(wěn)定，因?yàn)椴恍柚苯釉谄聊簧鲜┘訅毫?需要時(shí)可外加防護(hù)玻璃)，所以相較于電阻式觸摸屏，電容屏更適合需要苛刻的工作環(huán)境于家用電器。

圖1：使用EVE技術(shù)的多點(diǎn)觸控洗衣機(jī)的HMI示意圖

在圖1的示意圖描述了洗衣機(jī)在顯示屏模塊的原理圖，用戶(hù)可以通過(guò)多點(diǎn)觸控對(duì)高分辨率的HMI進(jìn)行各種操作，并支持各種手勢(shì)的控制，比如雙指觸碰丶翻頁(yè)丶頁(yè)面復(fù)制粘貼丶調(diào)整大小和長(zhǎng)按功能等。主控部分是FT900微控制器(MCU)為核心的MM900A1A模塊，透過(guò)其IO端口連結(jié)至FTDI最新的嵌入式視頻引擎(EVE)FT813圖形控制器來(lái)做屏幕顯示。

除了圖形控制器，該FT813演示板采用了WVGA分辨率的液晶顯示器， 24位RGB并行接口，和一個(gè)I2C串行接口的FocalTech觸摸控制器。另外此MM900A1A模塊的主控制器是FT900高性能MCU，其SD卡可存儲(chǔ)圖像內(nèi)容，另外使用一個(gè)QSPI接口連到FT813用于HMI控制并把所有的圖像數(shù)據(jù)傳送至LCD顯示。相反FT900抓取所有的觸摸數(shù)據(jù)并通過(guò)用戶(hù)的觸摸輸入，控制人機(jī)界面，并它們連接到相關(guān)的菜單如主菜單丶子菜單丶設(shè)置和洗滌進(jìn)展菜單。在主菜單中有滾動(dòng)的選項(xiàng)，洗滌類(lèi)型的屬性，選擇設(shè)置丶洗滌丶鍵盤(pán)鎖等的設(shè)置菜單中并允許用戶(hù)調(diào)整亮度和音量，以滿(mǎn)足他們的特定偏好。洗滌菜單包括進(jìn)度條來(lái)指示在洗滌循環(huán)(洗滌，漂洗，旋轉(zhuǎn)等)的不同階段。所有相關(guān)的圖像內(nèi)容存儲(chǔ)在MM900A1A的SD卡上，并隨后下載到FT813過(guò)QSPI接口。

FT813具有同時(shí)跟蹤多達(dá)5個(gè)觸摸點(diǎn)和區(qū)分總共255不同的對(duì)象的能力。與EVE系列的設(shè)備一樣，F(xiàn)T813通過(guò)其創(chuàng)新的面向?qū)ο蟮募軜?gòu)，來(lái)簡(jiǎn)化人機(jī)界面的架構(gòu)。其將所有音頻(音調(diào)丶蜂鳴聲等)和影像(重疊丶字體，圖像，模板等)輸出作為簡(jiǎn)單對(duì)象。這樣做的結(jié)果是，圖像內(nèi)容可以以逐線顯示方式呈現(xiàn)(以1/16像素的分辨率)，而不是需要大量?jī)?nèi)存的幀緩存，可以節(jié)省下大量的幀緩沖器所需的成本。此外，相對(duì)于32位的MCU而言，更便宜的8位或16位MCU已經(jīng)足夠使用，另外IC之間通信也從傳統(tǒng)的寬并行總線也變成更簡(jiǎn)單的SPI架構(gòu)。

以上詳述的HMI系統(tǒng)的零件數(shù)量將遠(yuǎn)比一般預(yù)期更小，不僅節(jié)省PCB成本，并由于開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，將有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。因此，相比較于傳統(tǒng)的多點(diǎn)觸控人機(jī)界面，此方案不僅節(jié)省成本并能有效節(jié)省所需的空間。另一個(gè)重要特點(diǎn)是面向?qū)ο蟮膱D形架構(gòu)，因?yàn)樗酗@示的圖像被視為對(duì)象，動(dòng)畫(huà)相對(duì)容易地僅通過(guò)更新的對(duì)象的坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單個(gè)對(duì)象，也可以重復(fù)顯示在多個(gè)位置，而無(wú)需另外創(chuàng)建。

圖2：用于HMI實(shí)現(xiàn)的硬件-包括MM900A1A模塊和FT813演示板

FT813是FTDI在新一代EVE中的其中一項(xiàng)產(chǎn)品。跟上一代相比，它具有更高的分辨率，支持之前的512×512像素到第二代800×600像素。這意味著它能提供像家用電器所用的主流的顯示格式(7吋以上)，此外新一代產(chǎn)品的存儲(chǔ)器已從256kB擴(kuò)大到1MB.FT813為緊湊的56引腳VQFN封裝。

多點(diǎn)觸摸的技術(shù)能夠讓人以更直觀的方式來(lái)操作，市場(chǎng)上也出現(xiàn)越來(lái)越大的相關(guān)需求。在這篇文章中所述的應(yīng)用范例將一個(gè)高度復(fù)雜的HMI系統(tǒng)，用符合成本效益，又簡(jiǎn)單使用的方式，來(lái)可造出各種酷炫的UI的解決方案。使用EVE的HMI架構(gòu)，不但可用于各種不同應(yīng)用的MCU上，又可顯著減少電路板空間及組件成本。