家電觸摸屏設(shè)計縮短設(shè)計時間，降低系統(tǒng)和開發(fā)成本

多年前，廚房和洗衣電器上的觸摸屏是CES上展示的概念，以吸引與會者并展示公司的遠(yuǎn)見卓識。今天，帶有觸摸屏的白色家電已成為現(xiàn)實，至少對于一些高端家電來說是這樣。隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，未來的視野是觸摸屏擴(kuò)展到更多、更低成本的電器。在互聯(lián)網(wǎng)連接和為用戶提供應(yīng)用程序功能的推動下，觸摸屏人機(jī)界面 （HMI） 解決了多個操作環(huán)境問題，并提供了美觀的選擇。

在家電中使用電容式觸摸技術(shù)

電容式觸摸技術(shù)主要用于觸摸按鈕、滑塊和滾輪，已經(jīng)在白色家電應(yīng)用中被廣泛采用，以取代機(jī)械按鈕和旋鈕。除了降低系統(tǒng)成本外，電容式觸摸技術(shù)還提高了可靠性，因為機(jī)械按鈕或旋鈕隨著時間的推移更容易斷裂，或者在遇到水、油脂或脂肪時會粘住，這些都是廚房和洗衣房中常見的物質(zhì)。此外，位于玻璃或塑料表面下方或后面的觸摸傳感器提供了一種簡單的清潔表面的方法，并可實現(xiàn)各種時尚的設(shè)計選項。

觸摸屏按鈕和滑塊 已經(jīng)在電器上很受歡迎，但帶有用于連接互聯(lián)網(wǎng)的大顯示屏的冰箱使用觸摸屏技術(shù)提供了干凈、有吸引力的外觀。

觸摸按鈕和滑塊的這些優(yōu)點(diǎn)同樣適用于電容式觸摸HMI觸摸屏，使用戶能夠與設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。此外，連接到互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為家電制造商提供了關(guān)鍵優(yōu)勢，包括：

1. 遠(yuǎn)程維護(hù)

2.提供者的數(shù)據(jù)挖掘以了解用戶的模式

3.電源管理 - 同步大電流設(shè)備以避免電源線

上的尖峰

4.用于遠(yuǎn)程錯誤修復(fù)和產(chǎn)品增強(qiáng)功能的固件更新

同時，物聯(lián)網(wǎng)連接為用戶提供了好處，制造商可以推廣這些好處來銷售支持觸摸屏的電器，包括：

1. 某些產(chǎn)品的烹飪說明、食譜和最佳實踐下載

2.洗衣機(jī)粉末和用途，洗衣機(jī)編程，甚至根據(jù)觀察粉末或液體的類型并處理故障

3.固件更新以添加新功能并提高性能

4.天氣、新聞和股票更新

然而，盡管對供應(yīng)商和用戶有所有這些好處，但有一些設(shè)計問題必須解決。

解決白色家電應(yīng)用問題

與現(xiàn)代智能手機(jī)和汽車類似（但意義不同），觸摸屏HMI最常見的三個白色家電應(yīng)用問題是抗噪性，防潮性和在用戶戴手套時識別觸摸命令。觸摸屏控制器或IC如何解決這些問題，使它們與眾不同。

在抗噪性方面，專利技術(shù)使控制器對來自電源線的噪聲更具免疫力。這對于美國以外的地區(qū)尤其重要，這些地區(qū)由于缺乏接地或接地連接不良而產(chǎn)生極其嘈雜的電力線。該噪聲通過電源線傳導(dǎo)到電源，并路由到觸摸控制器IC。

觸摸控制器是一種極其敏感的組件，可測量納米庫侖的電荷。只需用手指觸摸觸摸屏即可從屏幕上抽出少量電荷，需要始終正確解釋。噪聲會向傳感器注入大量電荷，使控制器迷惑，尤其是沒有足夠抗噪能力的控制器。

通過虛假觸摸事件或幽靈觸摸，隨機(jī)按鈕開始自行按下。在烤箱中，這可能是非常危險的。例如，虛假觸摸事件可能會在用戶無意的情況下啟動自我清潔循環(huán)，并且存儲的項目可能會給用戶帶來安全問題和危險情況。這對每個電容式觸摸控制器來說都是一個問題，但專利技術(shù)規(guī)避了傳導(dǎo)噪聲并控制了問題。

為了解決噪聲問題，控制器通過跳頻方案過濾共模噪聲并避免噪聲問題。該專利方法利用自電容式觸摸以及互電容式觸摸掃描，并涉及差分觸摸感應(yīng)。IC不是將每條檢測線視為其自己的單獨(dú)元件，而是測量檢測線對之間的差異;這樣就可以消除兩條線路共有的任何噪聲。如果顯示器的類似區(qū)域出現(xiàn)相同的噪聲，則該噪聲將被消除，因此僅保留有效信號。這種差分觸摸感應(yīng)提供了非常有效的噪聲消除/抑制水平。

在電器內(nèi)，洗衣機(jī)或冰箱壓縮機(jī)中的電機(jī)以及感應(yīng)灶具爐上的燃燒器會輻射降噪頻段內(nèi)的噪聲，從而為這些電器上的觸摸屏顯示器提供可靠、強(qiáng)大的性能。因此，避免了錯誤觸摸事件。但是，檢測合法觸摸并將其報告給主控制器也很重要，以避免噪音導(dǎo)致錯過觸摸事件，當(dāng)用戶期望發(fā)生某些事情時，不會發(fā)生任何事情。

需要防潮，因為水和其他液體在廚房和洗衣房中很常見。例如，如果爐子上的鍋沸騰并且其內(nèi)容物滴到觸摸屏上，則不應(yīng)發(fā)生錯誤觸摸事件。但是，霧或液滴也可能導(dǎo)致問題。因此，檢測水分或水接觸的能力應(yīng)該是每個從事電器觸摸屏HMI工作的設(shè)計師的關(guān)鍵要求。

屏幕上有薄霧或小液滴時，應(yīng)支持多點(diǎn)觸控操作。雖然設(shè)備應(yīng)用程序中通常有兩個觸摸，但設(shè)備設(shè)計人員可以在較大的顯示器上支持十個或更多觸摸，以便多個用戶可以同時觸摸。如果用戶觸摸屏幕時積水，或者較大的水滴落到水平屏幕上，則應(yīng)抑制由水引起的錯誤觸摸，并支持正常的單指操作。設(shè)計人員應(yīng)避免鹽水等高導(dǎo)電液體甚至漂白劑等清潔溶液的誤觸事件。

觸摸屏HMI技術(shù)的另一個方面是手套支持。在廚房里，通常戴著薄而厚的手套。在當(dāng)今出貨的電器中，有幾種功能沒有用于觸摸屏IC，這些功能經(jīng)常被忽視，并且在它們可以為最終用戶提供重要價值時不使用。

在開發(fā)過程中打開和調(diào)整時，控制器中的可選手套支撐功能可為廚房（約 10.1 毫米厚）中常用的手套提供多點(diǎn)觸控（最多 5 次觸控）。當(dāng)在廚房水槽處戴手套的人需要與冰箱或爐灶觸摸屏接口時，可能會使用手套。

更常見的是，對于烹飪，使用厚手套（最大5毫米）或通常由硅膠制成的烤箱手套，并且在手套支撐下，控制器仍然可以為HMI提供準(zhǔn)確的輸入。這可以自動發(fā)生，無需進(jìn)入單獨(dú)的模式，并在不使用手套時返回到正常的感應(yīng)水平，因此系統(tǒng)不會過于敏感以避免誤觸事件。相比之下，一些控制器要求用戶在濕氣、裸指、手寫筆和手套等模式之間進(jìn)行選擇，而不是自動檢測和調(diào)整設(shè)置，以便在所有環(huán)境中進(jìn)行自然、直觀的用戶交互。

在這些應(yīng)用中，使用較大的按鈕時，用戶界面往往更簡單，并且在設(shè)計利用手套支撐的電器的觸摸屏?xí)r需要考慮這一點(diǎn)。

選擇合適的觸摸控制器/傳感器/屏幕

對于廚房和洗衣房電器，將根據(jù)電器的尺寸使用各種屏幕尺寸。例如，屏幕尺寸范圍從咖啡機(jī)的 3 英寸顯示器到微波爐、爐灶和洗衣機(jī)的 5 英寸顯示器，再到 22 英寸或更大的冰箱和冰柜。

在家電供應(yīng)鏈中，芯片供應(yīng)商與傳感器供應(yīng)商合作提供芯片和傳感器設(shè)計。它們一起執(zhí)行系統(tǒng)集成，通常由模塊/顯示器制造商集成系統(tǒng)，包括觸摸傳感器和觸摸接口，然后提供給電器制造商。這是當(dāng)今半導(dǎo)體供應(yīng)商如何不僅提供芯片，還提供調(diào)整和完善系統(tǒng)的服務(wù)，使芯片更易于在整個供應(yīng)鏈中使用的示例。

表 1.除了屏幕尺寸之外，其他參數(shù)也會影響所選控制器的選擇，尤其是在屏幕尺寸重疊的情況下。

最后一個考慮因素是電磁兼容性 （EMC）。顯然，設(shè)計必須支持 EMC。然后，測試必須驗證它是否達(dá)到了傳導(dǎo)和輻射發(fā)射的預(yù)期結(jié)果。

涉及設(shè)計導(dǎo)入方面

為了盡早參與并提高對觸摸屏功能的認(rèn)識，為設(shè)備觸摸屏系列中的每個控制器都提供了指定的評估套件。該套件包括一個印刷電路板 （PCB），帶有一個帶無源柔性印刷電路 （FPC） 尾部的觸摸屏控制器，用于將觸摸 IC 連接到玻璃/塑料鏡頭上的觸摸傳感器。該套件通過 USB 連接到主機(jī) PC，包括所有必要的電纜、軟件和文檔。

與 maXTouch Studio 開發(fā)系統(tǒng)集成開發(fā)平臺 （IDP）（一個完整的軟件開發(fā)環(huán)境（可從 Web 免費(fèi)下載）一起使用，評估套件使設(shè)備設(shè)計人員能夠開發(fā)和調(diào)試設(shè)備觸摸控制器。

該標(biāo)準(zhǔn)IC在-40至85°C工業(yè)級溫度范圍內(nèi)工作，隨附標(biāo)準(zhǔn)固件，能夠滿足各種顯示器尺寸和不同的電器制造商要求。借助家電觸摸屏控制器系列中合適的屏幕尺寸選項，家電觸摸屏設(shè)計更具可擴(kuò)展性，最終縮短設(shè)計時間，降低系統(tǒng)和開發(fā)成本。表1顯示了工業(yè)級家電顯示器的一些設(shè)計參數(shù)。

圖3.Microchip的ATEVK-MXT2952T2評估套件包含一個帶柔性連接器和電子控制板的專用傳感器。

最后的潤色

家電制造商計劃利用物聯(lián)網(wǎng)。為此，必須有要閱讀的內(nèi)容和輸入信息的方法，因此觸摸屏顯示器提供了理想的解決方案。為了從當(dāng)今的方法成功過渡到先進(jìn)的觸摸屏技術(shù)，家電制造商需要與IC供應(yīng)商或與IC供應(yīng)商合作的觸摸屏或模塊供應(yīng)商合作，使用專為家電應(yīng)用設(shè)計的觸摸控制器。使用正確的觸摸控制器，電器可以提供互聯(lián)網(wǎng)連接，并具有抗噪性、防潮性和手套支持。

審核編輯：郭婷