【doc】浅析触摸屏手机系统中的触觉反馈设计

【doc】浅析触摸屏手机系统中的触觉反馈设计 浅析触摸屏手机系统中的触觉反馈设计 第7卷第1期 2012年3月 贵阳学院(自然科学版)(季刊) JOURNALOFGUIYANGCOU压GE NaturalSciences(Quarterly) V01.7No.1 Mal".2011 浅析触摸屏手机系统中的触觉反馈设计 王硕 (漳州职业技术学院电子工程系,福建漳州363000) 摘要:随着触摸屏手机备受人们的青睐,触摸技术带来的问题也日益凸显.其中,触觉反馈技术成为触摸 屏设计的关键技术之一.如何提高触觉反馈技术成为难题.本文从三个方面介绍触觉响应的的设计,为提高 触觉反馈设计提供可能.同时也使得音频,视频及触觉一体化,可使用户体验触摸环境的乐趣. 关键词:触摸屏;触觉反馈;压电驱动 中图分类号:TN929.536文献标识码:A文章编号:1673-6125(2012)01-0030—04 AnalysisoftouchscreenmobilephonesystemintheHapticFeedbackDesign WANGShuo (Zhangzhouvocationaltechnicalcollege,DepartmentofElectronicEngineering,Zhangzho u363000,China) Abstract:Withthetouchscreenmobilephonegetsthefavourofpeople,Touchtechnologybrin gsthequestionhighlights daybyday.Inwhich,Tactilefeedbacktechnologyhasbecomethekeytechnologyinthedesign oftouchscreen.Howto improvethetactilefeedbacktechnologybecomesaproblem.Thispaperfromthreeaspectstoi ntroduceahapticresponse design,Inordertoimprovethedesignmayprovidetactilefeedback.Atthesametimealsomak estheaudio,videoand tactileintegration,Allowstheusertoexperiencetouchfunny. Keywords:Touchscreen;Tactilefeedback;Piezoelectricdrive 1前言 随着触摸屏技术的迅速发展,触摸屏手机正逐 渐成为手机市场的主流产品,因其具有操作简单方 便,坚固耐用,交流灵活等特点,正日益取代机械按 键方式.但这种触摸技术也存在一定的问题,其中 最为典型的弊端就是触觉反馈会出现延迟,响应速 度慢等.而实时响应是触摸屏手机最基本的需求, 这就引发了人们对触摸屏手机的触觉反馈速度的 质疑,进而增大机械触感带给用户终端的安全感. 近年来,要求良好的触觉反馈系统,成为触摸屏手 机设计的最为关键的技术之一.本文提出三种具 有实用性的触摸屏手机的触觉反馈技术的设计方 案,更好地改善了触摸屏手机的触觉反馈速度,减 少延迟时间,提高响应速度,实时性更为理想. 2触觉反馈工作原理 2.1触觉反馈的发展现状 目前,随着触觉反馈技术的不断更新,以往触 觉反馈技术的弊端日益凸显.这主要是由于触觉 反馈技术控制执行系统不完善,触摸屏材料选取不 合适等因素引起的.解决触摸屏手机触觉反馈问 题迫在眉睫,目前这类系统问题正在蔓延,由小面 积迅速扩展到大面积的触觉反馈.当然,这种触摸 屏手机触摸技术也有一定的优势,如在嘈杂的环境 下触觉反馈功能便捷,不仅有提高效率,降低误码 率及用户的量化效应;而且通过触摸所传输的信息 收稿日期:2012—01—11 作者简介:王硕(1977一),女,吉林农安县人,漳州职业技术学院讲师,硕士,主要从事 电子信息研究. 一 30— 量大大增加,更适合于动态,直接,私密等信息的确 认等.特别是将音频,视频和触觉响应结合到一起 时,触摸技术显得更为优越.同时,使用者对触觉 反馈实时性要求越来越高,需要更为理想的可控 性.所以本文提出三种不仅可满足使用者的 可控性的要求,而且还能提高触摸屏手机的触觉反 馈性能.… 2.2触觉反馈工作原理 当今,触觉反馈技术广泛应用于触摸屏手机, 主CPU 电脑和银行系统中.不管是哪类系统,尽管它们采 用的元器件不同,但基本结构是相同的.都是采用 触觉反馈技术控制一个或多个执行组织,使其高速 运转,而这个执行组织就是机械式电机.在触摸屏 手机中,执行组织就是微型的振动电机.即当使用 者触摸某个按键时,触觉反馈系统根据预存触觉响 应效果去激活执行组织.执行组织还可利用感应 移动,声效变换等来提高触觉反馈效果.下面就是 典型触觉反馈原理,如图1所示.[2J 主应用程序(映射)主应用程序(地址簿) MainApplication(ORM)MainAppHcation(WAB) lI ,, 触觉感应移zDJ(Tou~ModnO触觉感应 —_— ?编程接口(API)桥接软件 Il(TouchBridge 共享存储效果库Software) (SharedStorage)(EffectsLibrary) ll触觉感应 执行软件 触觉感应内核 CrouchExecution (TouchCo Software) l , 脉宽调制(PWM) 数字输出寄存器 触觉感应执行机构振动执; (DigitalOutputRegisters) 驱动电路OTibratic 球宽调制(M)(TouchExecutionInstitutiq rInstitution) 芋输出方f句gita1OutputDirection) 图1触觉反馈原理 Figure1Tactilefeedbackprinciple 根据上述触觉反馈系统原理图,不难看出,触 觉反馈技术包括四个方面,各个部分设计如下: 2.2.1执行组织 为了使触觉反馈效果良好,若改变电机达到这 个目的非常困难,所以通常需设计专用的执行器将 其触觉信号转换成特定图像形成的机械运动路线, 从而达到满足用户动态响应的需求.在触摸屏手 机中,小屏幕采用带有EMR(旋转电机)的线性执 行器,大屏幕的采用带触摸接口的大执行器.触摸 屏手机中的执行器的好坏直接影响到触觉反馈效 机构 Ex~ution ) 果. 2.2.2控制系统 控制系统包括触觉感应桥接软件和线性电路. 其功能利用相应的软件和RC线性电路对触摸屏 手机中的执行器进行适当控制,其中所选软件和 RC电路通过指令控制执行器的工作,同时也可处 理外界输入的触碰.另外,控制指令还可优化执行 技术及其图形图像,在不分散使用者的注意力的情 况下,能准确判断出用户输入.若想达到上述反馈 要求,只需配备合适的驱动器,冗余的处理器和适 一 31— 当的放大器即可,这就会使触觉反馈延时非常的 短.[. 2.2.3效果库 触觉效果库主要作用是帮助用户分清多种触 摸屏控制的感应.若想把繁多的功能区分开来,就 必须设计出多种多样的效果,这就要求触觉开发系 统为用户提供多功能接口,以便用户从效果库中选 择. 2.2.4主应用程序接口 编程接口利用API(编程接口)从主应用程序 接口部分调用触觉效果,以便进一步集成软件.目 前,新型的编程接口可提供良好触觉效果,但触觉 反馈还不太理想.所以现在最为关键的是如何改 善触觉响应,集成执行器.所以本文介绍几种可提 供触觉反馈的设计方案. 由此可见,触觉感应内部的效果库,通过效果 库里图形设置可提供给使用者机械按钮的触感效 果;触觉感应执行软件,利用程序控制触摸屏手机 菜单光脉冲感应或力感应的响应;这个软件可安插 在控制面板上或主处理器上;触觉感应执行组织, 这是触觉反馈系统硬件部分,触觉感应执行机构通 过驱动电路,控制振动幅度大小,速度快慢,音量大 小及光强度的强弱等参数;触觉效果编程接口M 与主应用程序匹配,触摸屏手机中的滚动屏幕通过 脉冲激励来显示其内部的每个菜单,其中起止菜单 通过特殊振动进行提示.这四个部分不能有任何 一 个出现错误,否则整个触觉反馈设计就无法实 现. 3触觉反馈设计方案 3.1建立触摸屏手机触觉系统模型 设计一个高度集成的触摸屏手机触觉系统模 型,就必须从使用者角度出发,设计的产品整体应 该操作简单方便,转换效果好,响应速度快,音频, 视频及触摸感觉结合完美.所以设计触觉系统时, 首先考虑系统确认反馈功能,即触碰时间的长短, 触碰的手指的姿势,都直接决定响应的速度快慢; 其次图形转换功能,包括图形转换效果,图形放大 和缩小等;再次,屏幕滚动的速度影响到用户的目 标定位,新窗口大小调整及起止信息碰撞等;最后, 触碰菜单进行滚动屏幕,打开文件,浏览翻页等快 速移动,触碰就会激励其内部动画效果,则触碰和 动画动作步调一致. 手指触碰触摸屏手机屏幕时,手机键盘系统内 置的电机在外压力的作用下产生振动,通过其执行 部件确定触碰位置,通过控制器和驱动电路迅速做 出响应,并利用响应的软件优化执行结果,以保障 触觉反馈的质量.具体模型如图2所示. 图2构造触摸屏手机触觉系统模块 Fig.2Tectonictouchscreenphone touchsystemmodule 3.2触觉反馈设计 3.2.1电流感应 本设计利用触摸屏幕与手机外壳之间设置特 殊薄膜,触碰瞬间通过特殊薄膜改变电场强度或变 动周期,从而满足使用者的触控感觉及响应速度. 这种特殊薄膜实际上通过手机触摸屏借助电流感 应,产生了力反馈.这种力反馈产生的响应就像触 静电和指尖滑过软软的沙纸一样.本设计很好地 解决了手机触碰屏幕拖拉控制难及响应速度慢等 问题.设计结构如图3所示. the蟪t^nfofSurfaceand 图3通过电流感应实现触感 Fig.3Throughthecurrentinductionrealizetexture 本方案是从触摸屏幕设计来改善反馈技术 的.但仅此还不够,还要对信息传输方式进行处 理.下面提供一种数字传输方式. 3.2.2数字触摸液晶显示 这种设计利用数字大小控制传感器电容,当 RC电路中电容改变时,其线路上的电阻也会随之 变化,从而间接调整RC电路延时线所引起的响应 速度.具体电路如图4所示. 三…0一_一" . /卜l ,口?6mCcu 上:广— ….= 霸--r-J埘oc?..'1 电场强度增强或减弱,进而引起压电体位移发生改 变,最终影响到压电体受到的作用力.压电体所受 的作用力的大小是决定触觉反馈快慢的主要因素 之一.而利用压电体构建触觉反馈系统时,采用单 层分立式设计成本低,电容负载不高,作用力好,响 应速度快.如图6所示. … 图4.数字触摸方案 Fig.4Digitaltouchscheme LCD(液晶显示)采用柔性PCB(触摸传感器) 作为其外显,ITO(氧化铟锡)作为垫片和引线敷在 触摸屏幕上,微控制器FMA1127叠放在主PCB下 方.此种布控方式可检测上述数字传输方式中RC 电路时延差,从而可消除时延,提高响应速度,减少 系统功耗,无需地层.其结构如图5所示. t,eLayerRole面板之周推荐 tohavehuntin~使用橡胶等鲍 蠊材料 Recomraenn口n?ber }ut口m咖嘲I$m FPCBendPCB FA1127 被放置在 这里) fMIcmC0n"0{ier F"A1127Bpathe 图5LCD(液晶)触摸传感器 Fig.5LCDtouchsensor 3.2.3压电驱动 上述两种设计分别从电流感应和触摸屏材料 选取等方面如何提高触觉反馈速度.而在实 际应用上仅有上述设计还远远不够,还要从外界进 行设置.其中压电式触觉反馈技术就较为先进,其 突出特点是提高响应速度.这种设计是利用压电 材料构成压电体实现较强的触觉反馈.其工作原 理是用一个电容模拟一个压电体,这个压电体内的 振动电机采用由LRC构成串联电路来实现c(主 介质电容)并联系统.用于压电体的电机驱动器 通常工作于谐振频率较低的位置.当有外加电 压作用时可改变压电体两端的结构,致使压电体极 板间距变化而引起电容的变换;电容变化直接引起 图6简化压电体模型 Fig.6Simplifythepiezoelectricbodymodel 4结束语 从上述设计方案可以看出,基于电流感应,数 字传输液晶显示及压力驱动等一体设计比较优越, 成本低,功耗小,触觉响应速度快,很好地解决了触 摸屏手机的触觉反馈存在的问题,同时又解决了拖 拉控制难等弊端.可见,本文提出的设计方案是合 理可行的.展望未来触摸屏手机触觉反馈技术趋 势,正向着复杂的压电体分立式结构发展,就像直 流马达直接引入手机外壳中一样,直接利用手机的 状态控制其外壳受挤压程度,从而为用户提供实时 反馈;还有德国黑默特发明的以虚拟生命在手机中 呼吸?,通过稳定的吸气呼气提供反馈.这都是 新型的触摸屏手机的反馈技术发展潮流,也是未来 触摸屏手机触觉反馈新技术. 参考文献: [I]赵建华.触摸屏技术的应用现状与发展前景[J].电脑, 1996(11). 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