在工業(yè)自動化領(lǐng)域，人機界面（HMI）正快速向觸摸屏過渡。然而，工廠對于觸摸屏有著特殊要求，觸摸屏必須達到這些要求才能獲得出色（能夠安全讀?。┑牟僮黧w驗，同時提高生產(chǎn)力和產(chǎn)量。其中包括防水性、抗擾性和先進的觸控功能（如手套觸控和/或接近感應(yīng)）三項要求。

IMSResearch市場研究報告稱，隨著越來越多的國家希望通過制造業(yè)來推動經(jīng)濟增長，工業(yè)自動化市場規(guī)模預(yù)計將從2012年的1590億美元擴大到2015年的2000億美元。

近十年來，工業(yè)自動化市場經(jīng)歷了一場關(guān)于用戶界面的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在，人們與自動化設(shè)備之間的互動（現(xiàn)在稱為“人機界面”）通過3.5-10英寸觸摸屏完成，而非開關(guān)和杠桿。

弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）預(yù)計，將來工廠中的很多操作控制都將通過與機器無線連接的手持設(shè)備來完成。隨著觸控方式在用戶界面上的快速采用，為手持設(shè)備配備觸摸屏已經(jīng)成為必然。另外，考慮到性能要求，觸摸屏將使用投射電容技術(shù)而不是電阻技術(shù)。

現(xiàn)在，各個工廠越來越關(guān)注用戶界面的質(zhì)量。如今的人機界面已經(jīng)不再是后臺控制界面，而是機器和流程的象征。設(shè)計不良的人機界面會導(dǎo)致輸入錯誤和延遲，從而造成流程錯誤以及設(shè)備或產(chǎn)品損壞，甚至對操作人員造成人身傷害。在最壞的情況下，觸摸屏實施不當會困擾操作人員。與之相反，穩(wěn)定的人機界面可提高生產(chǎn)力、增加產(chǎn)量，從而帶來更高利潤。

工廠環(huán)境會給人機界面和觸摸屏的設(shè)計帶來獨特挑戰(zhàn)。其中三大挑戰(zhàn)包括：

1)防水性：防止因水、手指穿過水滴或濕手指而引起的意外觸控。

2)抗擾性：提供無縫觸控體驗，防止在極端干擾脈沖下出現(xiàn)誤觸。

3)先進的觸摸技術(shù)：允許佩戴手套進行操作，且能夠檢測到靠近屏幕的手指。

1.防水性

防水性經(jīng)常被忽略，但對于實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的用戶界面來說非常重要。很多生產(chǎn)環(huán)境的濕度都很大，操作人員可能需要在手指或屏幕沾水的情況下進行操作。觸摸屏必須工作順暢且不會因此發(fā)生誤觸。

對于觸摸屏的防水性，已有多項國際標準做出詳細規(guī)定。比如，國際電工委員會（IEC）的IEC-60529標準就對防護等級(IP等級)進行了界定。其中，一件產(chǎn)品可達到的最高級別為IP-67，也就是說，它可以在存在大量灰塵（灰塵等級為6）的環(huán)境下工作，且可以浸入水中1米（防水等級為7）而不會發(fā)生損壞。在多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，防水性都是必要條件。

從觸摸屏控制器的角度來說，“防水性”（適用于屏幕上各種形式的液體或?qū)щ娏Ｗ樱┛蛇M一步細分為兩個要求：防水和濕手指追蹤功能。

1)防水：

a.防止觸摸屏對液體的存在做出意外反應(yīng)。

b.將液體從屏幕擦除后可繼續(xù)流暢操作。

2)濕手指追蹤：

a.當屏幕上存在液體時也能準確感知手指的觸控。適用于因潮濕造成的液膜、濺出的液體或多處液滴。

b.用汗?jié)窕蛴湍伒氖种赣|碰屏幕。

投射電容會在導(dǎo)體從金屬（通常為氧化銦錫（ITO））導(dǎo)線網(wǎng)格偷走電荷時感知電容的變化，這些網(wǎng)格相互獨立，會在有電流通過時起到傳感器的作用。這些金屬線被排列為Tx（發(fā)射電流位置）和Rx（接收電流位置），Tx導(dǎo)線與Rx導(dǎo)線之間會形成電容。

投射電容存在兩種形式。

（1）自電容感應(yīng)：檢測傳感器網(wǎng)格行和列（X+Y）上的電荷變化。特定行的電荷變化可歸因于多個列的電荷變化，自電容感應(yīng)適用于單點觸控式應(yīng)用。

（2）互電容感應(yīng)：檢測網(wǎng)格每個交互點的電荷變化（X*Y）。因此，它可以精確感應(yīng)多點觸控。

手指觸控動作在自電容和互電容感應(yīng)模式下的表現(xiàn)形式截然不同。在自電容模式下，單次觸控會在電荷轉(zhuǎn)移到地面后表現(xiàn)為電流的增加；而互電容模式下，觸控的檢測結(jié)果是交叉點上兩個傳感器之間的整體互電容降低。

水作為導(dǎo)體會增強臨近傳感器之間的邊際電場，并使電容增大。這可能會造成觸摸屏將水識別為自電容模式下的輕手指觸控。這可以通過感應(yīng)臨近傳感器中的復(fù)制電場來解決，從而有效消除臨近傳感器之間產(chǎn)生的邊際電場。然而，自電容不支持多點觸控。

在互電容網(wǎng)格中，水的表現(xiàn)形式相同，但會被感知為電荷的增加，并與手指觸碰效果的極性相反。這樣，當擦拭屏幕上的水時可能會被傳感器記錄為一次手指誤觸。

自電容感應(yīng)與互電容感應(yīng)的結(jié)合（如賽普拉斯TrueTouch控制器中所實施的那樣）可提供穩(wěn)定可靠的防水解決方案。能夠在Tx和Rx線之間進行切換以準確掌握水滴輪廓也非常重要。

當屏幕上覆蓋一層水膜或大水滴時，其產(chǎn)生的效果可能與拇指或手掌等大物體（取決于水滴/薄膜的大?。╊愃?。需要以特殊算法精準確定水體的位置并追蹤手指的移動。

2.抗擾性

對于觸摸屏來說，一般存在兩種干擾源：

1)直接耦合干擾：這種干擾來自鄰近的機器、高壓交流電以及節(jié)能燈的電子鎮(zhèn)流器。這些干擾都存在于制造工廠，可以耦合到人體中并通過手指觸控注入到系統(tǒng)中。

2)共模干擾：這種干擾來自于觸摸屏設(shè)備內(nèi)部（如電源、質(zhì)量不好的充電器）并通過手指釋放到地面。

干擾包括寬帶與窄帶噪聲，通常振幅較高。我們看到，共模干擾的頻率最高可達500kHz，振幅可達40Vpp。

在兩種情況下，用戶都會看到誤觸的情況；包括報告誤觸坐標或造成觸摸傳感器過載（觸控會顯示為沿Rx傳感器伸展的長線條）。這會導(dǎo)致流水線收到錯誤指令并造成延遲。在很多情況下，干擾脈沖會充滿接收電容器，從而遺漏本應(yīng)記錄在該交叉點上的觸控信號并影響整體觸控體驗。良好的信噪比（SNR）是觸摸屏控制器抵抗各種干擾的必要條件之一。

可通過多種方式抵抗干擾。

a)提高Tx電壓：提高SNR的最有效方式之一就是增大信號電壓。這是一種簡單有效的SNR改善方式。有些賽普拉斯半導(dǎo)體觸摸屏控制器會提供內(nèi)置10VTx，用以提高SNR同時避免增加額外的物料成本。

b)跳頻：Rx通道可動態(tài)改變頻率以回避干擾波及其諧波。在干擾強烈的環(huán)境下，必須啟用跳頻，且觸摸屏控制器必須內(nèi)置特殊算法以便不斷跳過干擾頻率。

除上述方式外，還存在很多抑制干擾技術(shù)。其中有些新方法可以有效防止頻道飽和，同時利用片上DSP實現(xiàn)的開窗法來有效恢復(fù)信號。

3.先進的觸控技術(shù)：手套以及近接感應(yīng)

對于手機來說，市場上已存在用于檢測觸控的傳導(dǎo)手套。而在工廠中，這種解決方案并非有效，因為操作人員在操作其它機器時可能需要佩戴特殊手套。而要求操作人員脫掉手套再來操作觸摸屏?xí)懿环奖恪?/p>

對于主機CPU來說，佩戴手套觸摸和用手指輕輕觸摸并無分別。因此，可以提高觸摸屏控制器的靈敏度，降低手指觸摸的記錄閥值。然而，這樣可能會帶來以下問題：

a)懸空的手指可能會被檢測為一次觸控，而這并非使用者的意圖。

b)共模干擾可能會觸發(fā)誤觸。

c)手套的厚度不同，其性能也會有所不同。

除手套觸控外，觸摸屏控制器可能需要在24-30毫米距離內(nèi)感知正在接近的手指。這需要觸發(fā)液晶顯示屏（LCD）啟動事件以獲得最佳用戶體驗。

我們可以使用不同的感應(yīng)方式、特殊算法、觸摸屏微調(diào)或綜合使用這幾種方式來實現(xiàn)各種先進的觸控功能。

隨著觸摸屏在人機界面中的廣泛使用，對觸摸屏控制器的要求也要具體針對該市場進行不斷變化。工業(yè)用戶希望他們的觸摸屏能夠在各種干擾條件以及水、手套等導(dǎo)電材料的情況下工作。能滿足這些要求的觸摸屏設(shè)計可以確保提供良好的用戶體驗，并提高工人的生產(chǎn)力，從而增加工廠的總體產(chǎn)量。