触摸屏与按钮界面设计：电容式和电阻式触摸屏和触觉

机械按钮/键盘接口

这种类型的遗留用户界面向用户提供可以是机械响应形式的触觉响应。这些类型的键盘更适合戴手套的用户。物理键盘往往更准确，因为与大多数触摸屏相比，按键之间的隔离度更高；这有助于消除激活相邻键时的错误。

机械键盘系统比触摸屏便宜，而且通常更轻（通常只有几克），因为与触摸屏相比，显示器中需要的技术更少。

触摸屏技术

触摸屏可以提供一种创造的机械感，在按下时会发光或发出声音，但在连续键入或按下这些键的过程中，用户可能会比机械键盘更容易意外触摸到相邻的键。触摸屏通常是平面的，没有像机械键盘那样分隔相邻键的真正障碍。

与机械键盘相比，它们的优势在于它们在肮脏或恶劣的环境中具有更高的可靠性。一些机械键盘确实有一种柔性薄膜结构来保护按键，这将通过防止灰尘和碎屑进入来防止这种可靠性问题。

他们的主要缺点是他们更耗电；这在电池供电系统中是有害的。此外，他们在直接照明下可能会出现视觉问题。

两种的触摸屏类型是电阻式和电容式。 

电阻式触摸屏

这种架构需要两个由绝缘点隔开的透明导电层（玻璃或丙烯酸基板和聚酯顶板）。当手指触摸顶层时，会导致两层之间发生接触。通过首先沿 X 轴和 Y 轴顺序向各层施加电压梯度（将相对层用作电压探针）来跟踪触摸。控制器根据从探测层的电压电平确定触点的 X 和 Y 位置。

图 1. 电阻式触摸屏结构。图片由 威尔逊赫德提供

这种设计成本低，功耗低。它不受液体影响。它可能需要偶尔校准，并且更容易损坏和磨损。

电容式触摸屏

将上面的电阻式触摸屏概念与电容式触摸屏进行比较。在这个设计中，电压被施加到屏幕的角落。屏幕边缘周围的电极在导电表面上产生电场，通过测量手指的导电表面吸收电流引起的电容变化，可以在屏幕上跟踪手指。

图 2. 电容式触摸屏结构。图片由 威尔逊赫德提供

此类设计采用坚固的玻璃面板，光学性能优异，无机械运动，续航能力强，具备多点触控和手势功能。用户可以使用裸露的手指、手套或有源手写笔。该架构能够承受极端环境，高度准确，但易受 EMI 影响。

要更深入地了解这个概念，请查看 Robert Keim 的电容式触摸感应简介。

触觉反馈

触觉反馈是人机双向通信的另一种方式，包括感官反馈以增强用户体验。触摸、视觉和声音将增强用户界面，并向用户提供信心并确认触摸屏按钮已被按下。物理反馈对于可靠性至关重要，例如在军用战斗机中，飞行员需要连续目视扫描周围环境。

振动触觉

让用户相信他们正在触摸的按钮实际上激活了所需的响应的一种方法是使用触觉。触觉效果可以通过驻波发生器和压力传感器叠加在传统触摸屏上；当有触摸时，会产生声波，让用户有一种按下按钮的感觉，并在传统键盘上收到积极的反馈。这在军用战斗机中尤为重要，可以增强航天器系统。

图 3.触摸屏振动触觉系统的基本架构。图片由IEEE Xplore的 Catelani、Ciani、Barile 和 Liberatori 友情提供

在下一篇文章中，我们将讨论如何将这些技术从 PalmPilot 应用到 F-18 超级大黄蜂的显示器上，Matthew Dominick 在摩尔的大厅一集中讨论了这一点。