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低成本阻性触摸屏上实现手势识别

—— 创新的“两点触摸”概念

导读: 虽然阻性技术传统上是用来检测屏幕上“单点触摸”的位置,但本文提出了一个创新的“两点触摸”概念,它利用阻性触摸屏控制器 AD7879 在廉价的阻性触摸屏上检测最常见 的双指手势(缩放、捏合和旋转)。

  对于各种消费、医疗、汽车和工业设备,增强的低成本触控 式用户界面是一个极具价值的特性。在许多消费电子应用 中,设计师偏向使用容性触摸屏,而不愿使用阻性触摸技 术,原因是前者可以跟踪手指,似乎能够提供更友好的用户 交互体验。目前,低成本阻性技术的应用市场包括:只需要 单点触控、至关重要的极其精确的空间分辨率、利用触控笔 来实现特定功能(如亚洲语言符号识别等),或者用户必须 戴手套的场合。 虽然阻性技术传统上是用来检测屏幕上“单点触摸”的位 置,但本文提出了一个创新的“两点触摸”概念,它利用阻 性触摸屏控制器 AD7879 在廉价的阻性触摸屏上检测最常见 的双指手势(缩放、捏合和旋转)。

 

  阻性触摸屏的经典方法

 

  典型的阻性触摸屏包括两个平行的氧化铟锡(ITO)导电层,中 间的间隙将两层分开(图 1)。上层(Y)的边缘电极相对于下 层(X)的边缘电极旋转 90°。当对屏幕的一个小区域施加压 力,使这两层发生电气接触时,就发生了“触摸”现象。如 果在上层的两个电极之间施加一个直流电压,而下层悬空, 则触摸将使下层获得与触摸点相同的电压。判断上层方向触 摸坐标的方法是测量下层的电压,以便确定触摸点处的电阻 占总电阻的比值。然后交换两层的电气连接,获得触摸点在 另一个轴上的坐标。

  连接直流电压的层称为“有源”层,电流与其阻抗成反比。 测量电压的层称为“无源”层,无相关电流流经该层。发生 单点触摸时,在有源层中形成一个分压器,无源层电压测量 通过一个模数转换器读取与触摸点和负电极之间的距离成比 例的电压1.

  由于成本低廉,传统的 4 线阻性触摸屏深受单点触控应用的 欢迎。实现阻性多点触控的技术有多种,其中总是会用到一 个矩阵布局屏幕,但屏幕制造成本高得吓人。此外,控制器 需要许多输入和输出来测量和驱动各个屏幕带,导致控制器 成本和测量时间增加。

 

  

  图 1. (a) 阻性触摸屏的结构;(b) 用户触摸屏幕时的电气接触

 

  超越单点触控

 

  虽然如此,但通过理解并模拟该过程背后的物理原理,我们 可以从阻性触摸屏提取更多信息。当发生两点触摸时,无源 屏幕中的一段电阻加上触点的电阻与有源屏幕的导电段并 联,因此电源的负载阻抗减小,电流增大。阻性控制器的经 典方法是假设有源层中的电流恒定不变,无源层为等电位。 两点触摸时,这些假设不再成立,为了提取所需的信息,需 要进行更多测量。

  阻性屏幕中的两点触摸检测模型如图 2 所示。Rtouch为层间的 接触电阻;在现有的大多数屏幕中,其数量级一般与两层的 电阻相同。如果有一个恒定的电流I流经有源层的两端,则有 源层上的电压为:

 

  

  

  图 2. 阻性屏幕两点触摸的基本模型

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