中心議題：

• 阻性觸摸屏的經典方法
• 阻性屏幕兩點觸摸的基本模型
• 手勢識別技術

解決方案：

• 用阻性觸摸屏控製器檢測最常見的雙指手勢

對於各種消費、醫療
、汽qi車che和he工gong業ye設she備bei，增zeng強qiang的de低di成cheng本ben觸chu控kong式shi用yong戶hu界jie麵mian是shi一yi個ge極ji具ju價jia值zhi的de特te性xing。在zai許xu多duo消xiao費fei電dian子zi應ying用yong中zhong，設she計ji師shi偏pian向xiang使shi用yong容rong性xing觸chu摸mo屏ping，而er不bu願yuan使shi用yong阻zu性xing觸chu摸mo技ji術shu，原yuan因yin是shi前qian者zhe可ke以yi跟gen蹤zong手shou指zhi，似si乎hu能neng夠gou提ti供gong更geng友you好hao的de用yong戶hu交jiao互hu體ti驗yan。目mu前qian
，低di成cheng本ben阻zu性xing技ji術shu的de應ying用yong市shi場chang包bao括kuo：隻需要單點觸控、至關重要的極其精確的空間分辨率、利用觸控筆來實現特定功能（如亞洲語言符號識別等），或者用戶必須戴手套的場合。 雖然阻性技術傳統上是用來檢測屏幕上“單點觸摸”的位置

，但本文提出了一個創新的“兩點觸摸”概念

，它利用阻性觸摸屏控製器 AD7879 在廉價的阻性觸摸屏上檢測最常見的雙指手勢（縮放、捏合和旋轉）。

阻性觸摸屏的經典方法

典型的阻性觸摸屏包括兩個平行的氧化銦錫(ITO)導電層，中間的間隙將兩層分開（圖 1）。上層(Y)的邊緣電極相對於下層(X)的邊緣電極旋轉 90°。當對屏幕的一個小區域施加壓力，使這兩層發生電氣接觸時
，就發生了“觸摸”現xian象xiang。如ru果guo在zai上shang層ceng的de兩liang個ge電dian極ji之zhi間jian施shi加jia一yi個ge直zhi流liu電dian壓ya
，而er下xia層ceng懸xuan空kong，則ze觸chu摸mo將jiang使shi下xia層ceng獲huo得de與yu觸chu摸mo點dian相xiang同tong的de電dian壓ya。判pan斷duan上shang層ceng方fang向xiang觸chu摸mo坐zuo標biao的de方fang法fa是shi測ce量liang下xia層ceng的de電dian壓ya，以yi便bian確que定ding觸chu摸mo點dian處chu的de電dian阻zu占zhan總zong電dian阻zu的de比bi值zhi。然ran後hou交jiao換huan兩liang層ceng的de電dian氣qi連lian接jie，獲huo得de觸chu摸mo點dian在zai另ling一yi個ge軸zhou上shang的de坐zuo標biao。

連接直流電壓的層稱為“有源”層，電流與其阻抗成反比。測量電壓的層稱為“無源”層(ceng)，無(wu)相(xiang)關(guan)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)該(gai)層(ceng)。發(fa)生(sheng)單(dan)點(dian)觸(chu)摸(mo)時(shi)
，在(zai)有(you)源(yuan)層(ceng)中(zhong)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)分(fen)壓(ya)器(qi)，無(wu)源(yuan)層(ceng)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)讀(du)取(qu)與(yu)觸(chu)摸(mo)點(dian)和(he)負(fu)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)成(cheng)比(bi)例(li)的(de)電(dian)壓(ya)1.

由於成本低廉
，傳統的 4 線xian阻zu性xing觸chu摸mo屏ping深shen受shou單dan點dian觸chu控kong應ying用yong的de歡huan迎ying。實shi現xian阻zu性xing多duo點dian觸chu控kong的de技ji術shu有you多duo種zhong
，其qi中zhong總zong是shi會hui用yong到dao一yi個ge矩ju陣zhen布bu局ju屏ping幕mu，但dan屏ping幕mu製zhi造zao成cheng本ben高gao得de嚇xia人ren。此ci外wai

，控kong製zhi器qi需xu要yao許xu多duo輸shu入ru和he輸shu出chu來lai測ce量liang和he驅qu動dong各ge個ge屏ping幕mu帶dai
，導dao致zhi控kong製zhi器qi成cheng本ben和he測ce量liang時shi間jian增zeng加jia。

圖 1. (a) 阻性觸摸屏的結構；(b) 用戶觸摸屏幕時的電氣接觸

超越單點觸控

suiranruci，dantongguolijiebingmonigaiguochengbeihoudewuliyuanli，womenkeyicongzuxingchumopingtiqugengduoxinxi。dangfashengliangdianchumoshi，wuyuanpingmuzhongdeyiduandianzujiashangchudiandedianzuyuyouyuanpingmudedaodianduanbinglian

，yincidianyuandefuzaizukangjianxiao


，dianliuzengda。zuxingkongzhiqidejingdianfangfashijiasheyouyuancengzhongdedianliuhengdingbubian，wuyuancengweidengdianwei。liangdianchumoshi，zhexiejiashebuzaichengli，weiletiqusuoxudexinxi，xuyaojinxinggengduoceliang。

阻性屏幕中的兩點觸摸檢測模型如圖 2 所示。Rtouch為層間的接觸電阻
；在現有的大多數屏幕中，其數量級一般與兩層的電阻相同。如果有一個恒定的電流I流經有源層的兩端，則有源層上的電壓為：

圖 2. 阻性屏幕兩點觸摸的基本模型

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手勢識別

以“捏合”(pinch)作(zuo)為(wei)範(fan)例(li)可(ke)以(yi)更(geng)好(hao)地(di)描(miao)述(shu)手(shou)勢(shi)識(shi)別(bie)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)。捏(nie)合(he)手(shou)勢(shi)從(cong)兩(liang)根(gen)分(fen)開(kai)較(jiao)遠(yuan)的(de)手(shou)指(zhi)觸(chu)摸(mo)開(kai)始(shi)，產(chan)生(sheng)雙(shuang)重(zhong)接(jie)觸(chu)
，使(shi)得(de)屏(ping)幕(mu)的(de)阻(zu)抗(kang)降(jiang)低(di)，有(you)源(yuan)層(ceng)兩(liang)根(gen)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)差(cha)因(yin)此(ci)減(jian)小(xiao)。隨(sui)著(zhe)兩(liang)根(gen)手(shou)指(zhi)越(yue)來(lai)越(yue)接(jie)近(jin)，並(bing)聯(lian)麵(mian)積(ji)減(jian)小(xiao)，因(yin)而(er)屏(ping)幕(mu)的(de)阻(zu)抗(kang)提(ti)高(gao)，有(you)源(yuan)層(ceng)兩(liang)根(gen)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)差(cha)相(xiang)應(ying)地(di)增(zeng)大(da)。

緊密捏合後，並聯電阻趨於 0，Ru + Rd提高到總電阻，因此電壓增大到：

圖 3 顯示了一個沿著垂直(Y)軸zhou捏nie合he的de例li子zi。當dang手shou勢shi開kai始shi時shi，其qi中zhong一yi層ceng的de兩liang根gen電dian極ji之zhi間jian的de電dian壓ya恒heng定ding不bu變bian
，另ling一yi層ceng則ze表biao現xian出chu階jie躍yue性xing降jiang低di，然ran後hou隨sui著zhe手shou指zhi相xiang互hu靠kao近jin而er提ti高gao。

圖 3. 垂直捏合時的電壓測量

圖 4 顯示傾斜捏合時的電壓測量結果。這種情況下
，兩個電壓均表現出階躍性降低，然後緩慢恢複。兩個恢複速率（利用各層的電阻歸一化）的比值可以用來檢測手勢的角度。

圖 4. 傾斜捏合時的電壓測量

如果手勢為縮放（手指分開），其行為可以從上述討論推導出來。圖 5 顯示了沿各軸及沿傾斜方向縮放時測得的兩個有源層電壓趨勢。

圖 5. 沿不同方向縮放時的電壓趨勢

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利用 AD7879檢測手勢

AD7879 觸摸屏控製器設計用於與 4 線式阻性觸摸屏接口。除了檢測觸摸動作外，它還能測量溫度和輔助輸入端的電壓。所有四種觸摸測量加上溫度、電池
、輔助電壓測量
，均可以通過編程寫入其片內序列器。

AD7879 結合一對低成本運算放大器，可以執行上述捏合和縮放手勢測量
，如圖 6所示。

下麵的步驟說明了手勢識別的過程：
在前半周期中，將一個直流電壓施加於上層（有源層）
，並測量X+引腳的電壓（對應於VY+ – VY–），以提供與Y方向上的運動（接近還是分開）相關的信息。
在後半周期中，將一個直流電壓施加於下層（有源層）

，並測量Y+引腳的電壓（對應於VX+ – VX–），以提供與X方向上的運動（接近還是分開）相關的信息。

圖 6 所示的電路需要為差分放大器提供保護，防止短接到 VDD。在前半周期中，下方放大器的輸出短接到VDD。在後半周期中，上方放大器的輸出短接到VDD。為避免這種現象， AD7879的GPIO可以控製兩個外部模擬開關，如圖 7所示。

圖 6. 基本手勢檢測應用圖

圖 7. 避免放大器輸出短接到VDD的應用圖

這種情況下，AD7879 設置為從機轉換模式，並且僅測量半個周期。當 AD7879 完成轉換時，產生一個中斷，主處理器重新設置 AD7879 以測量第二個半周期
，並且改變 AD7879 GPIO 的值。第二轉換結束時，兩層的測量結果均存儲在器件中。
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旋轉可以通過一個方向上的同時縮放和一個傾斜捏合來模擬
，因此檢測旋轉並不困難。挑戰在於區別旋轉是順時針 (CW)還是逆時針(CCW)
，這無法通過上述過程來實現。為了檢測旋轉及其方向
，需要在兩層（有源層和無源層）上進行測量，如圖 8 所示。圖 7 中的電路無法滿足之一要求

，圖 9 提出了一種新的拓撲結構。

圖 8. 順時針和逆時針旋轉時的電壓測量

圖 9所示的拓撲結構實現了如下功能：
半周期 1：電壓施加於Y層
，同時測量(VY+ – VY–)、VX–和 VX+。每完成一個測量，AD7879 就會產生一個中斷，以便處理器改變GPIO配置。
半周期 2：電壓施加於X層，同時測量(VX+ – VX–)、VY–和VY+。

圖 9 中的電路可以測量所有需要的電壓來實現全部性能，包括：a)單點觸摸位置；b)縮放、捏合
、旋轉手勢檢測和量化； c)區別順時針與逆時針旋轉。用兩點觸摸手勢來完成單點觸摸操作時，可以估計手勢的中心位置。

圖 9. 單點觸摸位置和手勢檢測的應用圖

實用提示

輕柔手勢產生的電壓變化相當微細。通過放大這種變化，可以提高係統的魯棒性。例如，可以在屏幕的電極與 AD7879 的引腳之間增加一個小電阻
，這將能提高有源層的壓降
，但單點觸摸定位精度會有所下降。

另一種方法是僅在低端連接上增加一個電阻
，當 X 層或 Y 層為有源層時
，僅檢測 X–或 Y–電極。這樣就可以應用一定的增益
，因為直流值相當低。
ADI公司有許多放大器和多路複用器可以滿足圖 6、圖 7 和圖 9 所示應用的需求。測試電路使用AD8506 雙通道運算放大器和ADG16xx 係列模擬多路複用器；多路複用器的導通電阻很低，采用 3.3 V單電源供電。

結束語

利用 AD7879 控製器和極少的輔助電路，可以檢測縮放
、捏合和旋轉。隻需在有源層上進行測量
，就能識別這些手勢。在主處理器的控製下，利用兩個 GPIO 測量無源層的電壓，可以區別旋轉方向。在該處理器中執行相當簡單的算法，就能識別縮放
、捏合和旋轉，估計其範圍
、角度和方向。