图解触摸屏工程应用技巧：系统设计

1.触摸屏系统设计中需要注意的问题

所谓设计，就是要解决以上列举的问题，设计适应手指触摸的界面，并发挥触摸屏操作的优点，在已有基础上挖掘和创新操作方式。通过增大控件之间的高度和间距，可以增加其可点击区域，提升触摸的精确度，与此同时还要注意以下问题：

1）减少点击次数。手指的抬起和按下比鼠标点击费力。

2）减少手指位移。手指移动不能像指针那样调整平移的速度。

3）充分利用已有控件。如用两个控件去完成同一操作和闲置某一控件是对有限屏幕的浪费，触摸屏的界面操作应更为巧妙。

4）尽量保证操作的可见性。可对操作进行分级处理，但不可像鼠标右键那样隐藏操作，避免用户去查找。

5）保证初级用户的使用，提升高级用户的快捷操作。如用户为初级用户，使用点击和平移这样的基础手势就能完成所有操作，在此之后，将多种操作手势作为快捷操作，以提升操作效率。

6）发挥手势操作的优势。如果应用特别的手势能提高操作效率和更好的操作体验，应注意引导用户学习操作。将手势限定在点击和平移，并不意味着将界面的操作按手机操作系统那样去做，平移手势也能变成输入方式、功能选择和界面间灵活切换等。

2.触摸屏系统设计中的噪声、功耗和校准性能

在触摸屏系统设计中，首先要先确定应用的范围以及需求，包括触摸屏的尺寸以及分辨率等。根据要求选择用电容式、红外式、表面声波式还是电阻式触摸屏，然后就要达到一定的信噪比和线性度来保证最后触摸屏的性能。其中，噪声、功耗和校准是必须重视的3项性能。

（1）功耗

尽管目前电池技术的体积容量比越来越高，寿命指标也得到提高，但是保持触摸屏系统的功耗尽可能低是至关重要的，之所以重要是因为触摸屏系统的复杂性急剧增长。此外，终端用户正期待着每一次电池充电之后，电子设备能够被使用更长的时间。

触摸屏系统由触摸板、触摸屏控制器和主处理器等部分组成，触摸板和触摸屏控制器之间的模拟接口对触摸屏系统功耗的影响最大。影响这种模拟接口的主要因素是系统电源（V_DD）、面板电阻和面板的开关时间比。如果没有稳定时间，一般来说，降低面板和模拟接口功耗的方法就是采用具有较高电阻的触摸屏并保持应用的开关时间比为低，从而降低系统的功耗。如果电路中增加一个抑制噪声的电容网络，随着时间的推移，电阻较低的触摸板将消耗较低的总功率。

影响触摸屏控制器和主处理器数字接口功耗的主要因素是高数字流量引起的串行总线的功耗，对数字转换结果进行平均处理，可以降低触摸屏控制器对主处理器的影响以及数字接口的功耗。如果触摸屏控制器在数据被传输到主处理器之前过滤坐标数据，触摸屏控制器与主处理器之间的数字接口的功耗就不是最大。当面板处于打开状态时，触摸屏将通过模拟接口消耗大量的功率。

如果低功耗是设计要控制的目标，应特别注意模拟电源的关闭策略、巧妙实现A-D转换器/处理器的数字接口并优化触摸屏的控制算法。

（2）噪声

噪声是电子设备不可避免的问题之一，在触摸屏系统中，噪声主要来自LCD背光电路。另外，作为一种人机接口，由于操作者和操作环境可能引入静电和电磁脉冲，这也是潜在的噪声来源。

通常，这些噪声是通过触摸屏控制器，从模拟输入电路进入系统的。因此，在输入电路采取措施可以有效降低噪声，这些方法包括：

1）优化PCB布线，互连线应该尽可能短，投射电容式触摸屏的电源应该采用高阶逐次逼近寄存器（SAR）类型的A-D转换器，并采用适当的滤波处理。

2）在电源和地之间放置旁路电容，且应尽可能地靠近投射电容式触摸屏。平均或过滤每一个触摸屏坐标中的多重取样率。具体实施位置有两个：主控软件的主处理器和投射电容式触摸屏硬件，而后者效果更好一些，并在降低数字接口通信量和主处理器开销方面具有优势。(www.xing528.com)

（3）校准

实际上，传统的鼠标是一种相对定位系统，只与前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一种绝对坐标系统，要选哪里就直接点哪里，与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，不管在什么情况下，触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技术原理的原因，并不能保证同一点触摸每一次采样数据都是相同的，不能保证绝对坐标定位，也就是“点不准”，这就是触摸屏的漂移问题。对于性能质量好的触摸屏来说，漂移的情况出现得并不是很严重。

因此，触摸屏产品通常需要在加电时校准，以典型4线电阻式触摸屏系统为例，其触摸屏传感器位于系统LCD显示屏表层。对触摸屏施压后，触摸屏控制器会感应到压力，并对X轴与Y轴坐标进行测量。很多误差源会影响该测量结果的准确性与可靠性，其中大多数误差都是由于电子噪声、比例系数以及机械不同轴性等问题造成的。其中，比例系数与机械不同轴性源于触摸屏与显示屏的部件装配，通常系统中的触摸屏控制器与显示屏具有不同的分辨率，因此需要通过比例系数将彼此坐标进行匹配。实际的比例系数会随部件的不同而有所差异，需要通过校准来减少乃至消除不匹配的情况。

触摸屏的校准需要将触摸屏控制器报告的坐标转换为准确反映该点与图形在显示屏与LCD上所处位置的坐标。通过一系列比例系数来获得校准结果，纠正由于机械不同轴性引起的移动与转动误差。

3.触摸屏外观设计

实际上，如果产品上有一个LCD或键盘，设计中可能需要考虑如何才能设计出一个利用触摸屏技术的产品。但在设计触摸屏系统时，有许多种不同的解决方式，有各式各样的性能，当然也需要各种不同的设计考虑。故现在是需要深入理解该技术，并对产品系列进行评估。只有这样，才能成为市场上的领先者，而良好的外观设计是设计的出发点。

搞清设计所需触摸屏产品的特性，触摸屏供应链上的许多提供商通常提供许多不同的组件，而更多的是一些提供商联合起来为终端用户提供一个价值链。图3-6中给出了触摸屏生态系统的构成图，无论是在最新的笔记本电脑，或者最新的触摸屏手机中，该生态系统都是一样的。

图3-6 触摸屏生态系统的构成图

4.触摸屏画面的设计

触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，可靠性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。

触摸屏画面由ProTool（西门子）、CX-Designer（欧姆龙）等专用软件进行设计，先通过编程PC仿真调试，认为正确后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互切换。

1）主画面的设计。一般情况下，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些主要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了解。

2）控制画面的设计。该画面主要用来控制被控设备的启停及显示PLC内部的参数，也可将PLC参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占得最多，其具体画面数量由实际被控设备决定。

3）参数设置页面的设计。该画面主要是对PLC的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况。实际制作时还应考虑加密问题，限制闲散人员随意改动参数，对生产造成不必要的损失。

4）实时趋势页面的设计。该画面主要是以曲线记录的形式来显示被控值、PLC模拟量的主要工作参数（如输出变频器频率、温度曲线值）等的实时状态。

5）信息记录页面的设计。该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障信息。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。

6）节能画面的设计。该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其他的节电测量作比较。

7）运行状态画面的设计。该画面主要是各种设备运行状态的集中显示情况。