在工業(yè)環(huán)境中提供更多計(jì)算能力，人機(jī)界面有更多選擇。用于觸摸傳感器和觸摸屏的多種傳感器技術(shù)正變得越來越流行，而電容式觸摸輪和接近傳感器等其他技術(shù)的應(yīng)用越來越多。

越來越多的工業(yè)設(shè)備需要更復(fù)雜的界面，按鈕和開關(guān)被滑桿，控制輪和觸摸屏取代。提供堅(jiān)固的接口，可以輕松集成到更復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，并且仍然可以在車間快速使用，這對于各種設(shè)備至關(guān)重要。

有多種不同的觸摸屏控制器可供選擇，對于工業(yè)應(yīng)用而言，功耗并不一定與便攜式消費(fèi)類設(shè)備一樣重要。但是，保持低功耗可以降低溫度，提高可靠性，并可能降低運(yùn)行成本。工廠車間也使用各種便攜式設(shè)備，特別是在測試中，功耗非常關(guān)鍵。類似地，設(shè)備的電磁性能對于消費(fèi)者設(shè)備可能不是問題，但在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中是至關(guān)重要的。降低EMI敏感性和最小化界面發(fā)射的技術(shù)都是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。

隨著Apple iPod控制輪的出現(xiàn)，電容控制器變得越來越受歡迎，其中一些基于賽普拉斯半導(dǎo)體的技術(shù)。由于可以覆蓋傳感器，因此電容技術(shù)有助于工業(yè)環(huán)境。該技術(shù)通過檢測由諸如手指的另一場的存在引起的電場變化來起作用。然而，這些傳感器可能會(huì)戴著戴手套的手指，因此在這些情況下，電阻式觸點(diǎn)可能會(huì)有所幫助。觸摸屏繼續(xù)這種區(qū)別。電容屏幕通常可達(dá)10英寸，但電阻屏幕可以處理更大的屏幕尺寸甚至手套。

簡單線性或旋轉(zhuǎn)滑塊中的接近式電容式觸摸傳感器為工業(yè)界面提供了顯著優(yōu)勢。由于沒有可移動(dòng)部件磨損且易于密封以提供對惡劣環(huán)境的保護(hù)，因此它們更可靠，更節(jié)能，并且更容易集成以創(chuàng)建智能系統(tǒng)。

飛思卡爾的MPR031接近電容式觸摸傳感器控制器是一款基于CMOS的狀態(tài)機(jī)，可簡化多種觸摸應(yīng)用的設(shè)計(jì)。它可用于替換最多三個(gè)觸摸板和開關(guān)更換，并通過I2C總線進(jìn)行通信。它經(jīng)過優(yōu)化，可以管理具有中斷功能的兩個(gè)電極，或者中斷禁用的三個(gè)電極，并且由于靈敏度提高和專用功能集，可以適應(yīng)各種實(shí)現(xiàn)。

STMicroelectronics的STMPE16M31QTR觸摸傳感器是電容式觸摸鍵控制器，可在單個(gè)芯片中提供高度通用和靈活的電容式感應(yīng)功能（圖1）。這些器件集成了多達(dá)24個(gè)電容式傳感通道，具有高靈敏度和高噪聲容限。兩個(gè)單元的硬連線比率引擎可以實(shí)現(xiàn)滑塊/滾輪而無需外部計(jì)算。 8個(gè)獨(dú)立的PWM控制器可控制多達(dá)16個(gè)LED，具有亮度控制，斜坡和閃爍功能。 I2C接口支持與系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行高達(dá)400 kHz的通信。非常寬的動(dòng)態(tài)范圍允許大多數(shù)應(yīng)用程序無需硬件調(diào)整即可工作。

圖1：ST的電容式觸摸鍵控制器。 IDT的PureTouch技術(shù)用于LDS6000系列設(shè)備，支持一系列傳感器輸入來控制按鈕和滑塊。這是一種可編程電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器（CDC），設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)基于觸摸的輸入控制的電容傳感器陣列，包括滑塊，滾輪和按鈕。 LDS6000具有15個(gè)傳感器輸入，可通過單個(gè)控制器靈活地實(shí)現(xiàn)多個(gè)觸摸輸入。

電容式傳感器輸入通過集成開關(guān)矩陣導(dǎo)向500 kHz sigma-delta CDC，可檢測外部傳感器陣列的變化。當(dāng)發(fā)生足夠大的電容變化時(shí)，記錄傳感器激活并通知主處理器。

片上校準(zhǔn)邏輯可持續(xù)監(jiān)控環(huán)境并自動(dòng)調(diào)整開關(guān)閾值電平，以防止錯(cuò)誤的傳感器激活。 LDS6000提供SPI兼容和I2C兼容接口（由I/F選擇引腳選擇的有源接口），具有通用輸入/輸出（GPIO）和中斷輸出，用于與主處理器進(jìn)行額外通信（圖.2）。

圖2：IDT的PureTouch LDS6000。

Atmel的Qtouch技術(shù)是一種數(shù)字突發(fā)模式電荷轉(zhuǎn)移（因此為QT）電容式傳感器驅(qū)動(dòng)器，適用于任何觸摸按鍵應(yīng)用。這些按鍵可以構(gòu)造成不同的形狀和尺寸，以滿足接口設(shè)計(jì)的要求，并且該設(shè)備包含在各種變化條件下穩(wěn)定感應(yīng)所需的所有信號處理，并具有完全去抖動(dòng)的輸出。

抗噪聲 - 電磁干擾是關(guān)鍵問題的工業(yè)環(huán)境中的一個(gè)重要因素 - 來自使用擴(kuò)頻協(xié)議調(diào)制的信號。這樣可以抵抗外部干擾，并最大限度地減少任何排放。

QT1110有兩種基本配置可以處理11個(gè)按鍵或7個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都有一個(gè)獨(dú)立的輸出。其中一個(gè)關(guān)鍵問題是將控制器調(diào)整到觸摸傳感器，這可能非常耗時(shí)。賽普拉斯半導(dǎo)體正在申請專利的SmartSense自動(dòng)調(diào)諧算法（圖3）通過自動(dòng)調(diào)諧十多個(gè)參數(shù)來消除對系統(tǒng)調(diào)諧的要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的觸摸感應(yīng)性能和最佳的用戶響應(yīng)。如果PCB技術(shù)或供應(yīng)商發(fā)生變化，這是有利的，因?yàn)椴恍枰匦抡{(diào)整，也不需要重疊材料或厚度。

圖3：賽普拉斯SmartSense技術(shù)。

PSoC 5系列，例如賽普拉斯的CY8C5247，已將CapSense和SmartSense技術(shù)與微控制器和一系列可配置外設(shè)集成，以支持傳感器設(shè)計(jì)。 CY8C52系列提供了一種現(xiàn)代的信號采集，信號處理和控制方法，具有高精度，高帶寬和高靈活性。模擬功能涵蓋從熱電偶（近直流電壓）到超聲波信號的范圍，可以處理每個(gè)GPIO引腳上的數(shù)十個(gè)數(shù)據(jù)采集通道和模擬輸入。

該系列還包括具有USB和多主機(jī)I2C等接口的部件。這使設(shè)計(jì)人員可以使用PSoC Creator（一種分層的原理圖設(shè)計(jì)輸入工具）通過預(yù)構(gòu)建組件庫和布爾基元輕松創(chuàng)建系統(tǒng)級設(shè)計(jì)（圖4）。

圖4：賽普拉斯CapSense控制器評估套件。

32位ARM Cortex-M3 CPU內(nèi)核運(yùn)行速度高達(dá)40 MHz，閃存程序內(nèi)存高達(dá)256 KB，寫入周期為100，000次，保留時(shí)間為20年，非常適合長壽命的工業(yè)設(shè)計(jì)。 I/O系統(tǒng)具有46至70個(gè)引腳（60個(gè)GPIO，8個(gè)SIO和2個(gè)USBIO），并且可以從任何GPIO路由到任何數(shù)字或模擬外設(shè)。 LCD顯示器可以直接從任何GPIO驅(qū)動(dòng)，最高可達(dá)46×16段，并且可以從任何GPIO獲得CapSense支持。該器件在多達(dá)四個(gè)域上具有1.2 V至5.5 V I/O接口電壓，可在任何引腳或端口以及施密特觸發(fā)晶體管 - 晶體管邏輯（TTL）輸入上支持可屏蔽的獨(dú)立IRQ中斷。

觸摸屏

觸摸輪和觸摸屏對機(jī)器控制很有用，有時(shí)需要更大的顯示屏。觸摸屏在過去幾年中得到了顯著發(fā)展，通過利用新的電阻和電容設(shè)計(jì)降低了成本。

3M的MicroTouch系統(tǒng)SCT3250EX旨在滿足5.7至32英寸顯示應(yīng)用的性能要求。作為全玻璃設(shè)計(jì)，SCT3250EX觸摸系統(tǒng)的透光率比典型的電阻式傳感器高出11.5％，比典型的表面電容式傳感器高出3.5％。它采用專有的硬涂層和防刮面漆，稱為ClearTek，以支持重用應(yīng)用（圖5）。

圖5：3M的MicroTouch屏幕。

3M擁有自己的專用定制ASIC控制器，具有專有固件和專利算法，可動(dòng)態(tài)適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境的變化，有助于在產(chǎn)品生命周期內(nèi)保持顯示器的初始視頻對齊。正是這種專用ASIC使觸摸系統(tǒng)的“最小觸摸持續(xù)時(shí)間”比典型的表面聲波和表面電容解決方案快50％。

為了便于集成，IRTouch的E-84-C電阻式觸摸屏（如圖6所示）可通過USB或PS/2接口供電，最大功率紋波為200 mV rms。標(biāo)準(zhǔn)系列支持6.4英寸到24英寸的屏幕，5.7英寸的自定義版本和4096 x 4096像素的分辨率。響應(yīng)速度小于16毫秒，可以與手指，戴手套的手或不透明物體一起使用。由于屏幕是電阻性的，因此不需要最小的觸摸激活力，并且表面耐久性是莫氏硬度等級為7的玻璃，以滿足工業(yè)要求。

圖6：IR Touch的觸摸屏可以通過USB端口供電。

結(jié)論

工業(yè)應(yīng)用中有多種可用于觸摸界面的技術(shù)。從電容式傳感到電阻式傳感，不同的格式可以以多種不同的方式使用，以提供適當(dāng)?shù)目刂扑?。平衡響?yīng)速度和調(diào)整傳感器的簡易性帶來了一系列設(shè)計(jì)選擇，并且不斷提高的集成度可以更靈活地控制軟件中的傳感器。新算法使傳感器調(diào)整過程更加容易，降低了開發(fā)設(shè)備的成本。此外，還提供了更多設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以幫助開發(fā)適用于工業(yè)環(huán)境的堅(jiān)固接口。