試論基于RISC架構的HMI系統中觸摸屏

廣東雅達電子股份有限公司　黃　海

試論基于RISC架構的HMI系統中觸摸屏

廣東雅達電子股份有限公司黃海

本文針對基于RISC架構的HMI系統中觸摸屏模塊，簡要闡述其工作原理，并從觸摸屏的檢測部件設計方案和控制器設計方案兩方面簡要介紹HMI系統中觸摸屏模塊的整體設計方案。

人機界面；HMI；觸摸屏

1.引言

HMI（Human Machine Interface）即人機界面，作為人機交互終端，在自動化領域擁有廣闊的市場發展前景和應用領域。人機界面實現其交互性的基礎是建立在輸入單元上的，輸入單元的可靠性和穩定性直接影響到人機界面的交互，所以輸入單元在整個人機界面系統中起著關鍵性的作用。觸摸屏作為設備的輸入單元，憑借著其操作簡單、顯示直觀、圖形清晰、反應速度快、交流方便、節省空間、穩定可靠、堅固耐用等特點被廣泛應用于大部分人機界面系統中，也大大方便了非專業領域人員的操作使用［1］。隨著目前智能化設備的飛速發展，觸摸屏的使用比例仍然呈增長趨勢，甚至可能發展成為未來各種信息產品的主流技術之一。因此，對人機界面系統中觸摸屏的研究具有重要的現實意義。

2.觸摸屏概述

觸摸屏的使用，大大簡化了繁瑣的鼠標和鍵盤操作步驟，使用者只需要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的文字或圖形就能夠快速地實現對主機的實時操作，使得人機交互變得更加方便、快捷。觸摸屏作為最簡單的人機交互輸入設備，它賦予了人機界面以嶄新的面貌和發展前景，是極具吸引力的全新人機界面交互設備。

觸摸屏本質上是一個小型的傳感器，整個觸摸屏模塊主要包括觸摸檢測部件裝置和觸摸屏控制器兩部分。其工作原理是：當用戶輕觸觸摸屏時，安裝在顯示器屏幕前面的觸摸檢測部件裝置可以檢測到用戶觸摸的位置，并將檢測到的信號傳送給觸摸屏控制器，觸摸屏控制器負責接收觸摸點檢測裝置上傳送過來的觸摸信息，并將該觸摸信息轉換成觸摸點坐標發送給電腦主機CPU，最后接收并執行CPU返回的信號指令，從而實現人機界面系統上的人機交互［2］。

3.HMI系統中觸摸屏模塊的整體方案

人機界面系統中的觸摸屏模塊主要由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成，因此其整體設計方案包括觸摸屏檢測部件設計方案和觸摸屏控制器設計方案。

3.1觸摸屏檢測部件設計方案

觸摸屏檢測部件就是我們常說的觸摸屏，從觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質上來區分，觸摸屏大致分為四種類型：紅外線技術觸摸屏、表面聲波技術觸摸屏、電容技術觸摸屏、電阻技術觸摸屏［3］。目前電阻技術觸摸屏在嵌入式系統中得到了廣泛的應用。下面將對這四種觸摸屏進行對比分析，選擇出一種適合基于RISC架構的人機界面系統的觸摸屏：

（1）紅外線技術觸摸屏：價格相對適中，使用壽命將近3年左右，每年都需要進行一次維護，防爆性能好，穩定性一般，具有很好的透明度，只能截面觸摸，輸出分辨率為977×737，抗強光干擾性能力差，響應速度小于20ms，跟蹤速度較快，但容易出現漂移現象，防水性一般，防電磁干擾能力較好，主要用于外接，比較適合室內使用。

（2）表面聲波技術觸摸屏：價格相對適中，使用壽命較長，將近5年左右，需要每年進行一次維護工作，防爆性能好，穩定性較高，透明度很好，只能用手指和軟膠觸摸，輸出分辨率為4096× 4096，抗強光干擾性好，響應速度小于10ms，但跟蹤速度一般，對傳感器的損傷影響也很大，污染也比較嚴重，較少出現漂移現象，防水性和防電磁干擾能力一般，安裝時內置或外接均可，室內、室外均可使用。

（3）電容技術觸摸屏：價格相對較高，使用壽命2年左右，不需要安裝后的維護工作，防爆性能好，穩定性和透明度一般，可用手指觸摸，輸出分辨率為4096×4096，抗強光干擾性差，響應速度小于15ms，傳感器損傷影響和污染物的影響較小，但容易出現漂移現象，純平和曲面顯示器均可使用，防水性能好，防電磁干擾能力一般，主要用于內置安裝，室內、室外安裝均可。

（4）電阻式觸摸屏：價格相對最低，使用壽命3年左右，不需要進行維修工作，防爆性能一般，穩定性很高，透明度好，任何物體都能進行觸摸，輸出分辨率為4096×4096，抗強光干擾性好，響應速度小于15ms，傳感器損傷影響和污染物的影響較小，且不會出現漂移現象，防水性能和防電磁干擾能力好，可內置或外掛安裝，室內或室外安裝均可。

通過對各種觸摸屏的特征分析發現：紅外線技術觸摸屏價格適中、方便安裝，但其外框易碎，很容易產生光干擾，曲面情況下也容易失真；表面聲波技術觸摸屏性能較好，但由于無法封裝，容易受到污漬、水分的干擾，導致屏幕不工作，因此需要經常進行維護，其最初的設計也主要是針對小尺寸熒屏的；電容技術觸摸屏設計理論好，但其反光嚴重，復合材料和各種波長透光率的不均勻容易導致色彩、圖像失真等現象。電阻式觸摸屏定位準確，具有防潮、防塵的功能，成本低廉，技術水平相對也比較成熟，性價比比較高，因此在很多領域得到了廣泛的應用。

3.2 觸摸屏控制器設計方案

通過對人機界面系統的功能和技術要求的總體考慮，本文的觸摸屏控制器設計將采用模塊化的設計方案。觸摸屏模塊，作為人機界面系統的輸入單元，具有很強的獨立性，為其模塊化的是實現提供了可能。將觸摸屏設計成一個獨立的、易于更換的通用模塊，不僅方便與其他功能模塊的連接，同時也便于維修和使用，整體上提高了系統的工作效率，節省了資金的投入。

具體設計方案是：將觸摸屏模塊從主板上獨立出來，采用觸摸屏控制芯片來進行觸點的觸摸信號的采集，微控制器對觸摸屏控制芯片進行控制，觸摸點信號采樣結束之后，通過串行口向CPU傳送數據，實現通訊，以此完成觸點的觸摸信號的采集以及與CPU的通信。該方案利用觸摸屏模塊內部實現了觸摸信號的采樣以及數據的發送，不需要消耗CPU的資源，大大減輕了CPU的工負荷。此外模塊化的設計方便了產品的更新換代，使產品具有很強的通用性，也在一定程度上降低了開發難度和開發成本。

4.結語

觸摸屏的使用實現了人機界面的良好交互，人機界面功能的不斷完善和價格的不斷降低將會推動人機界面市場蓬勃發展，觸摸屏作為人機界面系統的重要組成部分，其技術水平也將在人機界面市場的帶動下不斷地取得進步和發展。

［1］韓亞國，桑毅峰.電氣自動化設備觸摸屏損壞應急解決辦法的探討［J］.電子世界，2014（16）：282-282.