软件开发工具革新电容式触摸界面设计

闹钟、电脑、电视和微波炉上的机械式按键都是日常生活常见的设备操作界面。虽然这些按键对我们来说是那么的理所当然。然而，当它们损坏、脱落、卡住或无法工作时，无疑会使人懊恼。既然如此，用户为何还要容忍机械式按键的种种缺陷？原因是是：人们不知道还有别的选择。

近年来，电容式触摸传感技术已足够成熟，可靠性和耐用性都比以前更高，而且使用感觉比机械式按键更好。触摸按钮已在各种应用中广获采用，从家用电器、消费电子产品、工业设备，到医疗设备都可看见它的踪影。随着世界各地的人们(以及许多设备厂家)对这种操作界面的舒适体验越来越深，对其可靠性的信心越来越足，这种技术也在不断地完善。这种舒适性之所以得到提高，其实是源于电容式触摸传感技术的进步，它减少过去产品设计人员所面对的技术难题，并可满足新的市场需求：

* 电容式触摸界面设计的复杂性 – 从一个知根知底的解决方案转向某种未经证实，至少是未在你的产品、市场领域或具体设计中获证实的方案是有风险的。过去常用的纯机械方案容易掌握，不涉及电气设计，基本上是一种上手就可用的方案。虽说如果我们没有“第一个吃螃蟹”的精神，最终的效果显然就不会出彩。但试想一下，若设计一个电容式触摸界面的过程并不如吃螃蟹般那么痛苦费时，大概就会有很多人愿意尝试了。再进一步去想，假若调试、传感器布局，以及代码编写等设计工作能在短短一周内完成，设计人员应该会十分乐意采用电容式触摸技术。现在，通过经大幅改进触摸软件工具、传感器布局工具，以及丰富的产品资源 (包括面向特定应用的产品和完整的代码库)，设计人员就能在一周之内从头到尾完成一个用户界面设计。

* 缺乏对用户界面的兴趣– 通常，设计人员的重点都放在产品的核心功能，即机壳内的东西或产品的心脏之上。虽然核心功能的确绝对重要，但不可否认，用户如何与产品交互也会影响其对产品的感受。这样的例子比比皆是， 如iPod的点击式转盘 (click-wheel)，以及几乎所有新型智能手机的触摸屏。这些都是电容式感应用户界面的例子。用户界面的设计对新产品的成败影响越来越大，而电容式感应技术使产品操作界面顺畅轻松，使产品使用起来更加自然、直观和有趣。

* 缺少触觉反馈 – 万物都遵守牛顿的三大定律：

1. 运动物体会保持其运动状态，直至有外力作用;

2. 物体受力大小等于物体质量乘以加速度 (F = ma);

3. 有作用力就有大小相同、但方向相反的反作用力。

因此，当我们按上某个东西却感觉不到来自它的任何响应(反作用力)，就会觉得不自然。我们过去习惯了机械按钮的工作方式，因而接受了当按钮一动，就有了触碰的感觉。所以当面对电容式感应时便会问，我怎么知道我按下了“按钮”？这是目前人们对电容式感应技术最常抱怨的。当我按下机顶盒上优雅圆滑的操作面板来播放电影时，我注意到机顶盒开始工作了。但我怎么知道它接受了我的请求？过去曾采用LED亮灯或发声的方法，但若用户需要有“按压”的感觉又该如何？触觉技术可以让我们“感觉”到电容感应事件，而且还有可能提供各种不同的触觉，且可从触觉效果库中选择你所需的一种适合的效果。

* 产品差异化需求不强 – 消费电子是变化最快的产业之一，竞争与日剧增，因此，厂家一直都在不断寻求能使其产品有别于竞争产品的途径；总想搞点什么不同的东西来显露自己。采用电容式感应技术就是一大途径：

o 圆滑时尚的设计 – 没人喜欢外观笨拙的设备按钮。比如说，微波炉、电视或机顶盒上的按钮。想象一下，这些电器设备都有完全光滑的外型，在你不需使用时你甚至看不到按钮，而是只有光滑，反光的玻璃或黑色表面。而当你想要调节炉温，开大电视音量，或暂停节目时，操作按钮会变魔术似地出现。这种效果可通过电容式接近传感器和电容感应按钮、滑块式控制钮(slider)或转盘来实现。这不仅仅是实现操作界面差异化的手段，而且是实现整个产品差异化的手段。

o 多功能传感器 – 机械按钮所表达的是一种彻头彻尾的二元效果，即按钮要么被按下，要么没被按下。如果能在你手指只放到按钮上(但并没有按下去)就可启动某一功能，而在实际按下时又可启动另一功能，这岂不更好?这样，若结合采用机械和电容按钮，就能在相同的板卡空间内让一个按钮实际上变成两个按钮。

o 定制化的感觉 – 若想依据用户触及的是按键、滑动式控制钮，还是转盘，而给予用户不同的反馈，这是否可行？如对第一个按钮，不要求反馈，对第二个，给一个轻度的1秒响应，对第三个，给一个中度的5秒响应，对最后一个，给一个强度的15秒响应。 若用机械开关，就不可能根据所按下的按钮作出不同的响应。而若用一个驱动电容感应和控制马达的MCU，就有众多种触感效果可用，而且可为不同的按钮设置完全不同的反馈效果。

o 节能 – 随着“绿色运动”的到来，人人都在努力降低功耗，都在努力提高电子设备的效率，以延长电池寿命，而且还不能牺牲其功能性。如无线鼠标，当不使用它时，它需要进入睡眠模式来省电。而当要用它时，你又想不需晃动就能唤醒它。这是电容式接近感应技术改变市场法则的一个很好的例子。当你的手靠近一个具有处于睡眠模式的电容式接近感应鼠标时，这个鼠标就能感测到靠近的手并从睡眠中苏醒，这样当你真正拿到鼠标时，它已准备就绪任你使唤了。增加电容式接近感应器不但可节电，而且还可改进标准设计的功能性。

* 机械式人机界面的缺点 – 如前所述，机械按钮有缺点。按定义，机械按钮得有移动部件和间隙，因此，难免会磨损。RIM公司黑莓手机最常见的故障就是轨迹球(trackball)。小孩将果汁和小吃洒在汽车中控台上，电动车窗就可能再也动不了。车库的室外开门按钮会因雨淋而锈蚀。而所有这些问题都可用电容感应按钮来解决，因为这种按钮没有移动部件，也没有空气间隙，因而是防水的。

有了这些新解决方案，就能降低从古老的机械按钮转向更现代的电容按钮的风险；而有了所有这些实现产品差异化的新手段，设计人员会想搞出什么更多的新花样呢？爱特梅尔公司也在问同样的问题，因为它拥有一流的微控制器来驱动这种触摸感应技术。爱特梅尔的接近感应技术的感应距离大于6英寸，有超过100种以标准库格式提供的触觉效果供选择，而且借助Atmel的QTouch Studio软件工具能够方便地进行设计。

为何软件如此重要？由于许多设计人员还不熟悉触摸技术，他们得依赖厂家的软件开发工具来完成设计和满足设备需求。设计人员希望有易用、可靠的软件，以及灵活的构件模块，以便利用它们来评测和开发自己的触摸应用。这些构件模块主要由一个触摸传感设备和实现高质量用户界面所必须的一些算法构成。目前，最强大和灵活的构件模块都采用通用微控制器来实现；这些微控制器能够运行实现用户界面功能和其它系统功能的软件。而开发这些软件的工具显然是产品的设计效率和成败的关键。

软件设计人员的任务就是在软件中定义用户界面的行为，并让其微控制器来执行。触摸功能是通过微控制器的感应来实现；这些感应包含各种触摸通道并处理电容数据，进而确定是否有手指存在，是否有触摸事件发生，和(或)是否有手指在触摸界面(如滑块式控制钮、转盘、触摸板和触摸屏)上运动等。软件开发工具是设计人员的生命线，他们不仅要依赖它来实现设计功能，而且要利用它来确保质量和可靠性。开发工具有如下一些功能可让设计人员实现这些目标：

1. 直观的软件生成功能：软件库支持触摸功能和其它功能代码的自动生成

2. 微调功能：自动微调传感器

3. 调试功能：Quality Analyzer工具可为设计人员提供有关性能的信息，如信噪比、电容量、噪声和参考电平，以及漂移。Validation Wizard工具识别边缘性和提供有关如何解决问题的具体反馈信息。

设计人员能否在最短时间内设计出最好的产品，在很大程度上取决于所用开发工具能否很好地支持所需实现的功能。目前可用的一个简单易用的开发工具典范是爱特梅尔公司的 QTouch Studio 4.3(参见图1)。

QTouch Studio 4.3目前已经开始供应，它包括一个质量分析工具Touch Quality Analyzer，一个验证工具Touch Validation Wizard，自动选择微调参数，图形化实时微调，数据记录，初始化软件自动生成，以及其它许多能使设计人员更轻松地将触摸功能集成到微控制器设计中的抢眼的功能。

这些触摸设计的进步将能够加速触摸界面在许多领域的应用，并在改变人们对人机界面的观念。

图1：QTouch Studio 4.3可让设计人员轻松实现各种应用中的触摸按钮，滑块式控制钮和转盘。