電容感應(yīng)基本原理及在汽車中的應(yīng)用

科幻影片中的圖像往往突破現(xiàn)實(shí)的限制，如電影Minority Report.中，湯姆·克魯斯使用多點(diǎn)觸摸屏瀏覽信息。電容感應(yīng)技術(shù)改變了我們與設(shè)備的交互方式。我們不再使用簡(jiǎn)單的按鈕或開關(guān)。我們可以在觸摸屏上觸摸，滑動(dòng)或者縮放數(shù)據(jù)本身，與其進(jìn)行交互?？苹秒娪爸锌此七b遠(yuǎn)的界面已經(jīng)不再是虛幻的了。事實(shí)上，他們已經(jīng)存在并設(shè)計(jì)到了各種應(yīng)用中，包括汽車。

多點(diǎn)觸摸感應(yīng)是電容感應(yīng)的延伸，電容感應(yīng)使得觸控技術(shù)變得更加直觀，可以同時(shí)檢測(cè)到多個(gè)手指并能識(shí)別手勢(shì)。本文中將介紹電容感應(yīng)基本原理以及電容感應(yīng)技術(shù)在汽車應(yīng)用中的改進(jìn)。在介紹了多點(diǎn)觸摸屏/軌跡板的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部操作之后將會(huì)探討多點(diǎn)觸摸感應(yīng)給人機(jī)界面（HMI）所帶來(lái)的改變。

多點(diǎn)觸摸感應(yīng)

多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)的核心是一對(duì)相鄰電極組成的電容感應(yīng)。當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體如手指接近這些電極時(shí)，兩個(gè)電極之間的電容就會(huì)增加（見圖1），可以通過(guò)微控制器檢測(cè)到。另外，電容感應(yīng)還可用于接近感應(yīng)，傳感器和用戶身體并不需要接觸到。這可以通過(guò)提高傳感器的靈敏度來(lái)達(dá)到。

圖1:電容感應(yīng)原理

電容感應(yīng)越來(lái)越多的用來(lái)取代機(jī)械按鈕，旋鈕，汽車系統(tǒng)中，觸摸按鈕和滑條（見圖2）可以用于車載娛樂(lè)、開關(guān)后備箱、采暖通風(fēng)空調(diào)控制（HVAC），以及被動(dòng)式無(wú)鑰匙進(jìn)入傳感器（PKE）。機(jī)械部件和凹槽（需要更復(fù)雜的模具，容易進(jìn)入灰塵等等） 的數(shù)量減少了，提高了可靠性并降低了系統(tǒng)成本。

圖2

觸摸屏軌跡板：

觸摸屏使得用戶直接觸摸設(shè)備的應(yīng)用功能，從而減少對(duì)外部按鈕的依賴。同樣的，在軌跡板上，用戶也可以使用本能動(dòng)作與系統(tǒng)進(jìn)行交互，例如觸摸、輕擊、縮放、拖曳。觸摸屏主要有三種形式：?jiǎn)吸c(diǎn)觸摸，多點(diǎn)觸摸識(shí)別手勢(shì)，多點(diǎn)接觸識(shí)別位置（見圖3）。

單點(diǎn)觸摸觸摸屏主要是電阻式觸摸屏，在同一區(qū)域定位屏和按鈕。電阻式單點(diǎn)觸摸屏的局限是一次只能檢測(cè)屏幕上的一個(gè)手指，手勢(shì)識(shí)別能力有限，傳感器容易磨損，性能較差。

這些限制帶來(lái)了投射式電容技術(shù)的發(fā)展，多點(diǎn)觸摸手勢(shì)觸摸屏就是基于這個(gè)原理。多點(diǎn)觸摸手勢(shì)觸摸屏不依賴于壓力來(lái)檢測(cè)用戶交互。他們也能夠支持同時(shí)多點(diǎn)觸摸手勢(shì)識(shí)別和跟蹤，方便機(jī)器屏幕和瀏覽網(wǎng)頁(yè)。

多點(diǎn)接觸識(shí)別位置指的是觸摸感應(yīng)表面（軌跡板/觸摸屏）能夠同時(shí)識(shí)別接觸表面上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)。用戶雙手有十個(gè)手指，車上有多個(gè)乘客時(shí)數(shù)量會(huì)增加。音樂(lè)瀏覽，地圖操縱，身體的電子控制如座椅位置這些都是汽車應(yīng)用的例子，這些都是觸摸屏很好的應(yīng)用。

汽車上的軌跡板方便駕駛員操作系統(tǒng)，如導(dǎo)航和音頻子系統(tǒng)，無(wú)需伸到中心控制臺(tái)。軌跡板可以識(shí)別字符，不再需要字母數(shù)字鍵。

圖3:觸摸屏類型

觸摸屏的覆蓋物有玻璃和塑料，下面是兩層透明的導(dǎo)體比如銦錫氧化物（ITO），他們由絕緣材料分離（見圖4）。ITO層的制式形成了電容柵格。ITO層透明度極高，有助于觸摸屏更明亮、更容易閱讀。由于不需要壓力來(lái)檢測(cè)觸摸，所以屏幕更耐用。

在軌跡板中，也有類似的電容式傳感器結(jié)構(gòu)，只不過(guò)系統(tǒng)有一個(gè)不透明的保護(hù)層，簡(jiǎn)單的銅層就是傳感器。

圖4 :觸摸屏分層

掃描觸摸屏傳感器，可以檢測(cè)傳感器電容的任何變化，從而檢測(cè)到手指觸摸。分析這些數(shù)據(jù)可以識(shí)別手勢(shì)，手指范圍，手指運(yùn)動(dòng)方向。系統(tǒng)還可以驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備如LED,或著控制電機(jī)。

支持十個(gè)手指的電容式觸摸屏和軌跡版越來(lái)越多的用在汽車上，被各種各樣的汽車系統(tǒng)用作綜合界面。多點(diǎn)觸摸識(shí)別位置感應(yīng)系統(tǒng)還允許車內(nèi)的多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)觸摸屏。此外，汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如CAN/LIN,可以集成分布式機(jī)電系統(tǒng)到中央控制臺(tái)。這使得人機(jī)界面設(shè)計(jì)者可以在控制臺(tái)協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的運(yùn)行，用統(tǒng)一風(fēng)格的用戶界面來(lái)創(chuàng)建人機(jī)界面，增加了靈活性，同時(shí)開發(fā)人員可以在外觀和感覺(jué)方面有更大的設(shè)計(jì)空間。

多點(diǎn)觸摸識(shí)別位置感應(yīng)可以創(chuàng)建直觀的，美觀的顯示界面，更有競(jìng)爭(zhēng)力。隨著尺寸的增加和處理能力的增強(qiáng)，觸摸屏和軌跡板越來(lái)越深入人心，他們最終成為汽車界面的選擇。