采用电容式触摸传感器检测触摸手势

本文是Senses of Sensors系列中五篇文章的最后一篇。然而，在所有五种类型的传感器中，消费者通常在操作智能手机和平板电脑时每天最连续地使用触摸传感器。触摸传感器只是对力压力或人体触摸敏感的传感器。结果医生Elographics的创始人Sam Hurst于1971年开发出第一款触摸传感器.20世纪90年代，智能手机和配备触摸屏技术的设备（包括ATM和销售点系统）的推出推动了触摸传感器的应用。这十年的技术进步包括Apple的Newton手写识别和IBM的Simon触摸屏界面。然而，随着iPhone推出多点触控缩放功能，触摸传感器的使用迅速增加，因此用户可以在屏幕上捏合和传播内容，以便于阅读。

本文将探讨电容式，电阻式，红外触摸和表面声波（SAW）触摸传感器。每种触摸传感器技术以不同方式检测触摸，并且一些可以在没有直接接触或没有触摸的情况下检测手势。

电容式触摸传感器

电容式传感基于电气干扰。电容式触摸传感器由玻璃板组成，玻璃板的一侧具有导电涂层，并且在观察区域的外侧周围具有印刷电路图案。印刷电路图案在表面上产生电荷，并且被用户用手指，手套，触控笔或任何其他物体触摸屏幕而受到干扰。

电容式传感器构建在玻璃上。接触不需要太大的压力，因此力是微不足道的。然而，电容式触摸传感器易受导电涂层的磨损。

电容技术是上面列出的三种触摸传感器技术中唯一能够实现多点触摸的技术，可以识别多个接触点。这允许用户捏和传播，这是由iPhone推广的。

工业，汽车，医疗和消费类应用中基于电容的传感器设计数量正在增长。设计人员对电容式传感器应用中的主要挑战进行了显着改进，包括解决厚模塑化合物，噪声环境，可靠性问题以及从传感器到IC的互连距离。

例如，ADI公司的AD7150电容数字转换器（见图1）为接近感应提供强大的信号处理能力。基于AD7150的高灵敏度，电容传感器可以深入嵌入厚模制件中，而不会影响规格。该器件支持低功耗，高速电容传感器系统。

图1：ADI7150电容数字转换器是一个强大的示例针对恶劣环境的解决方案。 （来源：ADI公司AD7150数据表）

ADI公司的AD7147（图2，图3）提高了触摸界面的性能，并显着改善了传感器响应，同时简化了传感器设计。该器件专门解决了从IC远程定位传感器的挑战，并屏蔽了某些目标应用中固有的噪声源，如手机，多媒体播放器，智能手持设备，电视，A/V，遥控器，游戏和数码相机相机。

图2：AD7147框图。 （来源：ADI公司AD7147数据手册）

图3：用于触控的电容数字转换器。 （来源：Analog Devices AD7147数据手册）

触摸板包含一个双层电极网格，连接到安装在焊盘反面的复杂的全定制混合信号集成电路。顶层具有垂直电极条，下层具有水平电极条。 IC测量从每个水平电极到每个垂直电极的互电容。在两个电极的交叉点附近的人手指改变它们之间的互电容，因为手指具有与空气不同的介电特性。当用户触摸屏幕时，一部分电荷被传送给用户并在屏幕上产生电位差。在面板控制器识别出触摸之后，控制器将X-Y轴信息发送到PC端口。

容量接近感应的另一个例子是恩智浦PCF8883 IC（图4），用于移动电话和便携式娱乐设备中的接近感应，医疗应用以及室内装潢，皮革，手柄，垫子和运输中的玻璃内部或下方的开关应用。该开关使用数字方法检测遥感板上的电容变化。使用连续自动校准自动补偿静态电容的变化。

图4：PCF8883框图。 （来源NXP PCF8883数据表）

电阻式触摸传感器

与电容式触摸传感器相比，电阻式触摸传感器由两层不相互接触但由薄空间隔开的层组成。当压力导致层接触时，传感器会响应。传感器由外部柔性层构成，内部涂有导体，云母或二氧化硅的非导电分离器，以及内部支撑玻璃层，玻璃也涂有导体。

电阻式传感器是最常见的触摸传感器形式，用于距离和压力应用。它们可以用手指触摸或机械手写笔操作。与电容式触摸替代方案不同，电阻式触摸屏不能支持多点触控技术。

在这种情况下，印刷电路图案位于观察区域的外侧。当外层压在内层上时，产生的电压可在多个方向上测量。当将这些电压与起始电压进行比较时，可以计算触摸发生的点。

电阻传感器简单且相对便宜。一个潜在的故障是由于将表面推到一起所需的弯曲。两层的存在也导致亮度损失在10％到20％之间。设计人员最近通过改进外层柔性玻璃来改善电阻传感器的耐磨性和耐化学性。

Interlink Electronics的FSR 400系列（图5）是单区力传感电阻系列的一部分。力感测电阻器（FSR）是坚固的聚合物厚膜（PTF）器件，其随着施加到传感器表面的力的增加而表现出电阻的降低。应用包括汽车电子，医疗系统，工业和机器人。

图5：标准400的直径为7.62 mm。 （来源：FSR 400数据表）

触摸传感器系统允许增强人机界面，可通过简单的手指触摸操作。它们易于设计，可降低制造成本。触摸传感器系统作为控制面板的使用在包括家用电器，AV设备，办公设备，游戏机，移动电话和便携式音乐播放器在内的广泛领域中迅速普及。消费者越来越多地要求采用触摸传感器系统和触摸板的产品，这些产品更紧凑，更具成本效益，功耗更低，性能更高，易于使用。为了满足日益增长的消费者需求，设计人员被迫使用结合触摸传感器IC来检测触摸事件的单芯片器件和用于接收检测数据并控制系统的MCU。

电阻式传感器可在设备必须承受污染物和液体的环境中提供经济高效，一致且耐用的性能，例如餐馆，工厂和医院。电阻传感器通常用于网络电话和手持式消费者应用。

红外和表面声波（SAW）触摸

红外触摸与LCD前面的玻璃面配合使用，可触摸和发射器以及传感器沿着凸起的挡板内置的所有四个观察区域。红外触摸传感器最常用于信息亭或游戏应用中。

当物体接触空间但未意识到用于打破光束的物体类型时，传感器会检测光束何时断裂或变化。

接触压力微不足道，LED发光器具有固有的长寿命。凸起的挡板组件增加了整体厚度并且必须保持暴露。

红外传感器，如夏普的IS471F，也可用于红外触摸应用，因为它几乎完全不受来自环境光源的红外光的影响。有关在LED触摸屏中使用IS471F的演示，请参阅参考资料列表。

SAW方法的工作原理是在玻璃层表面发送超声波脉冲并检测干扰。

玻璃层放置在LCD的正面，压电晶体粘合在玻璃上，产生一个穿过玻璃面的声脉冲。反射器将声音重新定向回晶体，声波被转换回电荷。

当手指触摸玻璃时，一些声音被吸收或重定向。单独的传感器会经历这种效果，因此可以计算触摸的位置。

与电阻式和电容式触摸传感器不同，SAW触摸传感器玻璃上没有涂层，亮度不受影响，柔性磨损也不成问题。但是，当在某些可能存在污染物的应用中使用时，密封件会变脏并且必须清洁或更换。

SAW触摸传感器用于ATM，游乐园，银行和金融应用，信息亭，基于计算机的培训和其他室内环境。