帶有交互式圖形用戶接口(GUI) 功能的液晶顯示屏(LCD) 成為目前大部分家電中傳統“機械式” HMI 的高性價比替代方案。本白皮書介紹這些技術，以及Altera、Altia 和Echelon 為幾乎所有家電或者消費類產品的低成本、高性能HMI 提供的創新解決方案體系結構。

　　引言

　　傳統上，家電人機接口 (HMI) 由按鍵和旋鈕等機械器件以及顯示指示器組成，這些指示器包括發光二極管(LED) 和真空熒光顯示屏(VFD) 等。現在，家電和消費類產品市場發生了很大變化。隨著液晶顯示屏(LCD)技術在電視、計算機、汽車和移動設備上的廣泛應用，其成本不斷下降，帶有交互式圖形用戶接口(GUI)功能的LCD 成為目前大部分家電中傳統“機械式” HMI 的高性價比替代方案。

　　HMI 在家電中的作用

　　消費者總是希望有更簡單的方式實現和家庭中大量家電的交互，顯示屏，特別是數字顯示HMI，在這方面的作用越來越重要。最近， Apple iPhone 等產品進一步推動了向圖形交互產品的發展。iPhone 從根本上重新定義了消費者對大批量市場產品的預期，導致現在的消費者習慣于觸摸虛擬按鍵，在屏幕上滑動手指來調整設置，甚至使用手勢來代替復雜的HMI 動作。此外，消費者還希望產品是“智能”的，能夠輕松獲得豐富的信息，不出錯，在很多情況下，消費者都不用打開手冊尋找幫助。

　　在當今競爭激烈的消費類產品和家電市場上，生產商必須以最小的成本突出產品優勢，吸引消費者，從而提高市場份額。一項新技術一般總是首先應用在高端產品上，然后過渡到中端產品，最后幾乎成為所有產品的標準功能。最近新出現的技術包括電冰箱和網絡家電使用的集成HDTV，以及洗衣機和甩干機的智能電源方案等( 圖1)。

　　圖1. 具有能源監控新功能的洗衣機實例

　　這些功能都有一個共同點：它們需要更高級的顯示技術來實現人機交互。在很多情況下，通過觸摸屏來實現這一點。OEM 采用觸摸屏來實現對現代家電的平滑控制，突出自己的品牌優勢，滿足當前消費者的需求。使用數字顯示屏技術替代機械HMI 最終加速了開發，而且能夠重新利用體系結構，從長遠看，由于GUI 軟件和可編程邏輯器件(PLD) 技術的進步，設計成本會越來越低。家電觸摸屏是目前消費類產品的必然方向，不斷推動“數字生活方式”市場的發展。

　　觸摸屏技術

　　觸摸屏這種顯示設備能夠探測到顯示區域一定范圍內“觸點”的出現及其位置。這一般通過手指或者塑料觸摸筆來實現。最新的觸摸技術使用“多觸點”傳感技術，一個人使用兩個手指來操作一個目標，例如Apple iPhone，或者多人在一個屏幕上相互協作，進行交互，例如微軟的表面計算技術。

　　觸摸技術發明于上個世紀60 年代后期，最先應用于企業研究實驗室計算機輔助學習終端以及商用電話系統中。然而，這一技術并沒有得到廣泛的市場應用，直到最近某些產品的推出，這一技術才逐漸流行起來，主要應用在移動電話市場。消費者最先接觸這一技術是在個人數字助理(PDA) 上，例如Palm Pilot，而隨著Apple iPhone 的出現，對這一技術的需求越來越大。Apple iPhone 無縫結合了觸摸交互功能和引人注目的動態圖形技術。

　　觸摸屏主要由三種集成組件構成：傳感器、模塊和顯示屏。觸摸屏傳感器是產品的關鍵組成，它能夠找到手指或者觸摸筆的觸摸位置，然后與底層系統進行通信。觸摸屏模塊包括觸摸屏傳感器、控制器IC 和軟件。觸摸屏含有集成了顯示面板的模塊。

　　目前使用的觸摸屏傳感器有各種類型的，包括應變、光學成像、散射信號、聲脈沖、表面聲波、電容和電阻傳感器等。其中，電阻傳感器由于成本低，是目前應用最廣泛的，三分之二的觸摸屏元件生產商生產基于電阻傳感器的觸摸屏。電阻觸摸屏不受水、光或者灰塵等外部因素的影響，能夠實現分辨率較高的圖像， 支持精確的小目標移動。電阻觸摸屏使用銦錫氧化物(ITO) 玻璃或者顯示屏表面塑料薄膜上的控制器來產生觸摸連接。在激活觸摸屏時，手指或者觸摸筆按壓塑料薄膜和基底之間的氣隙，從而在ITO 薄膜和玻璃之間產生電壓差。 控制器IC 計算觸摸位置，確定用戶在傳感器上的實際位置，然后，底層應用軟件利用這一信息確定用戶意圖，完成相應的動作。