觸摸技術在洗衣機中的應用

童懷俊，陳 功，任 飛

（合肥榮事達三洋電器股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

1970年代，美國軍方首次將觸摸屏（TouchPanel）技術應用于軍事用途，此后，該項技術逐漸向民用移轉，并且隨著網絡技術的發展和互聯網應用的普及，新一代觸摸技術和產品相繼出現，其堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點得到大眾的認同。2007年蘋果發布了采用了觸摸屏的最高端手機產品iPhone。隨著iPhone 的流行，觸摸屏技術在手機中普及開來，即便是低端手機型號也都增加觸摸按鍵、滑動條和旋轉輪的使用。由于觸摸屏技術在手機中的成功普及，觸摸技術迅速應用在包括PDA、PC、GPS 系統和家用電器等眾多領域。

就電子產品，特別是消費類產品而言，如何將用戶復雜的控制動作轉變為直觀、便捷且可生產的體驗，是用戶界面設計面臨的終極挑戰。因此作為消費類產品的洗衣機對于新技術的采用，無疑是順應了市場潮流。針對市場的調研，在洗衣機的人機界面中應用觸摸按鍵技術成為當前的主流設計。

1 觸摸按鍵的技術原理

工作原理不同，觸摸式按鍵可分為兩大類： 電阻式觸摸按鍵與電容式感應按鍵，即滑動式按鍵和點觸式按鍵。

1.1 電阻式按鍵

電阻式的觸摸按鍵原理非常類似于觸摸屏技術，需要由多塊導電薄膜上面按照按鍵的位置印制成的，因此這種按鍵需要在設備表面貼一張觸摸薄膜。電阻式觸摸屏一直由于其低廉的價格而深受廠商的喜愛，但是由于導電薄膜的耐用性較低，并且也會降低透光性，因此已經被越來越多的廠家所拋棄。

1.2 電容式按鍵

電容式觸摸按鍵主要是為了克服電阻屏的耐用性所提出的，電容式觸摸按鍵的結構與電阻式的相似，但是其采用電容量為判斷標準。簡單來說，就是一個IC 控制的電路，該電路包括一個能放置在任何介質面板后的簡單阻性環形電極組件，因此，按鍵的操作界面可以是一整塊普通絕緣體（如有機玻璃一般材料都可），不需要在界面上挖孔，按鍵在介質下面，人手接近界面和下面的電極片形成電容，靠偵測電容量的變化來感應。如圖1 所示。

溫度，靜電，水，灰塵等外界因素一般不會影響，界面沒有太多要求，可以加上背光，音效等，靠人手感應，整個界面沒有按鍵的存在，便于清潔，讓產品在外觀上更加高檔美觀，由于按鍵沒有接點，使用壽命也是非常的長久，一般來說是半永久性。

圖1 工作原理圖Fig.1 Principle of the touch work

2 硬件設計

根據項目的總體要求，預實現10 個觸摸按鍵，1 個輕觸按鍵，一個64 段LCD 顯示屏的驅動。本項目采用CYPRESS CY8C21534 芯片實現按鍵的觸摸功能以及常用按鍵的掃描，采用具有LCD 驅動功能的單片機實現驅動顯示，兩個芯片之間采用I2C 總線進行通訊，實現按鍵顯示的總體方案。CY8C21534 芯片封裝如圖2 所示。

CY8C21534 芯片有28 個引腳，25 個既可以定義為I/O 口，又可以當做A/D 口，可以作為觸摸輸入口，可以定義2個速度為400K I2C 通訊口。8K 的FLASH ROM支持50000 次的擦除/燒寫周期，512K SDRAM。4 個8bit 可編程定時/計數器，可以定義8bit 到32bit 的可編程定時/計數器。可以定義2 個A/D 輸入口，2 個D/A 輸出口。內置時鐘電路。軟件采用圖形化界面，支持C 語言，匯編語言，庫函數非常豐富。軟件的開發工作容易上手。其采用的FLASH ROM 可以反復擦寫有效地降低了開發成本。基于上述特點，采用該芯片簡化了電路設計，而且程序的編寫也相當的方便，靈活。芯片有10 個觸摸按鍵和1個輕觸按鍵。

P17，P15 作為I2C 通訊口，P02 作為CYPRESS 的應對環境變化SHIELD 濾波方式輸入口。原理如圖3 所示。

圖2 CY8C21534 引腳配置Fig.2 CY8C21534 Pin Assignment

圖3 硬件原理圖Fig.3 Principle of the hardware

根據電容式觸摸鍵的原理和洗衣機在防水上的要求，在PCB 設計要注意以下方面問題： ①PCB 板材為PF4，FPC，板材厚度為0.5，1.2，1.6mm；②PCB 布線時，線寬6～8mil，走線應該盡量的短，布線時不要與電源線，通訊線平行，不要在傳感器下方走線，不要在傳感器所在層布傳感器連接線，傳感器連接過孔放在焊盤邊緣，地線應該為20%～40%的網格狀，最好正面鋪地，反面不鋪地。PCB 覆蓋物的厚度，一般來說按鍵小于3mm，固體小于1mm，觸摸鍵小于0.5mm。非塑料覆蓋物的厚度應該為推薦覆蓋物的厚度與非塑料覆蓋物介電常數的乘積除以2.5 的商。

另外觸摸鍵對外觀工藝方面有一些特別的要求： ①操作面板上不能有金屬件或者帶有金屬效果的噴漆，以免影響按鍵的靈敏度；②按鍵必須做的足夠的寬大，做小了很容易產生誤操作。因為它不像機械式的按鍵，只要避免聯動就可以了，它只要感應到了就產生動作。另外還要考慮到長時間按住時以及操作面板上有水時的按鍵響應問題，需要相應的方案解決；③觸摸按鍵與操作面板的安裝工藝，在按鍵的結構上還要考慮感應PCB 的貼裝方式對感應的影響，以及在生產時操作的方便性，定位的準確性等工藝問題。

3 軟件設計

CYPRESS CY8C21534芯片在系統中主要負責鍵掃描，把得到的鍵信號通過I2C 通訊送至主控芯片處理。軟件流程圖如圖4所示。

圖4 軟件結構圖Fig4 Software structure

4 總結

本文簡述了觸摸技術的發展，觸摸按鍵的技術原理。在此基礎之上采用CYPRESS CY8C21534 芯片設計出觸摸鍵的應用方案。該方案在洗衣機的上的應用，豐富了人機操作界面，方便了用戶使用，提供好良好的市場形象。同時也為進一步讓觸摸技術在洗衣機以及家電領域的應用打下了堅實的基礎。

[1] CYPRESS 芯片用戶手冊.