李旭輝

（萬利達(dá)集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

目前，平板電腦已經(jīng)被運用于各個領(lǐng)域的日常辦公業(yè)務(wù)中，而且逐漸成為居家辦公、學(xué)習(xí)以及人際溝通中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)施。與臺式電腦的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，具有小巧性與便攜性的平板電腦更方便隨時進(jìn)行辦公業(yè)務(wù)的處理，充分保證了人際溝通中信息傳遞的實時性。在該基礎(chǔ)上，設(shè)計平板電腦內(nèi)部的模組電路系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)重點完善距離傳感器的線路布局設(shè)計，結(jié)合平板電腦的距離傳感特征以及系統(tǒng)光感特征，靈活選擇設(shè)計系統(tǒng)模組電路的方案。

1 平板電腦的發(fā)展史與現(xiàn)狀

Tablet Computers 也可稱為個人計算機或者平板電腦，屬于便攜式的小型個人手提電腦。平板電腦的雛形最早誕生于20 世紀(jì)60 年代，起源于筆記本電腦與輸入信息功能相結(jié)合的全新系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想（艾倫·凱首創(chuàng)）。經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思的不斷演變，在20 世紀(jì)90 年代，GRID 公司成功上市了商用型的首臺平板電腦。但是在最初的誕生階段，平板電腦系統(tǒng)信息錄入識別程度較差，尤其是對于手寫信息來說更是如此。同時，上市后的平板電腦具有系統(tǒng)體積較大與市價較高等缺點，因此亟待改進(jìn)MS-DOS 的原始平板電腦運行與顯示系統(tǒng)。

現(xiàn)如今，平板電腦與Windows 運行系統(tǒng)的結(jié)合程度越來越高，有效增強了平板電腦在處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時的實效性。在該基礎(chǔ)上，研發(fā)技術(shù)人員重新設(shè)定了Windows 運行系統(tǒng)支撐下的平板電腦含義，并且將其確定為紙筆體驗全面集成的新型便攜式電腦系統(tǒng)，簡稱為Tablet PC 的小型智能處理系統(tǒng)。例如對于近些年來研發(fā)成功的iPad 平板電腦來說，該類平板電腦具有集成各類數(shù)據(jù)運行與處理的基本系統(tǒng)功能，創(chuàng)新了設(shè)計平板電腦的技術(shù)思路。在IOS 的系統(tǒng)模式下，各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以被集成處理，并且縮小了平板電腦的體積。目前受到青年消費者群體青睞的華為、三星以及小米平板電腦系列產(chǎn)品已經(jīng)迅速得到推廣。具體來講，市場上現(xiàn)有的平板電腦主要包含3 類核心處理系統(tǒng)。

1.1 iOS的平板電腦操作系統(tǒng)

作為閉源操作的典型平板電腦系統(tǒng)種類來說，iOS 系列產(chǎn)品的系統(tǒng)操作界面非常美觀、簡潔，有助于應(yīng)用程序品質(zhì)的提升，豐富了用戶的使用體驗。目前，iPhone 以及iPad 的多數(shù)產(chǎn)品都來自于蘋果公司，贏得較多用戶群體的青睞。

1.2 Windows類型的平板電腦系統(tǒng)

誕生于微軟公司的Windows 類型平板電腦系統(tǒng)包含多種不同的平板電腦型號，其中典型的是Surface 類型的平板電腦。從系統(tǒng)運行模式的角度來講，Windows 類型的PC 操作系統(tǒng)以及平板電腦具有十分相似的系統(tǒng)功能，因此多數(shù)用戶對此感覺到非常熟悉，而且可以做到快速熟練平板電腦的主要運行模式，有助于消除平板電腦用戶在面對全新電子產(chǎn)品時的陌生感。

1.3 Android平板電腦系統(tǒng)

Android 系統(tǒng)可以用于開源操作系統(tǒng)，該類平板電腦目前已經(jīng)被推廣到各類企事業(yè)單位以及個人用戶的日常業(yè)務(wù)操作領(lǐng)域，體現(xiàn)了較好的電腦系統(tǒng)運行實效，加快了業(yè)務(wù)處理的速率。在Android 平板電腦的主體系統(tǒng)中，系統(tǒng)硬件產(chǎn)品具備優(yōu)良的硬件安全性能，可以達(dá)到較長的硬件運行年限。例如對于小米以及三星公司主營的平板電腦類型產(chǎn)品來說，上述產(chǎn)品都是由Android 核心系統(tǒng)組成的。

2 硬件系統(tǒng)的工作原理與相關(guān)設(shè)計

從系統(tǒng)硬件構(gòu)成的角度來說，平板電腦系統(tǒng)主要包括應(yīng)用處理器、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示屏組件、系統(tǒng)觸控模塊、Wi-Fi&BT 模塊、無線定位模塊、系統(tǒng)音頻模塊、系統(tǒng)電池以及充電控制模塊等。除此以外，平板電腦還包括輸入設(shè)備與傳感器，例如光感部件、攝像頭與距離感應(yīng)裝置等。具體來說，現(xiàn)階段的平板電腦系統(tǒng)主要包含3 個系統(tǒng)硬件設(shè)計要點。

2.1 傳感器的基本工作原理

距離傳感器以及環(huán)境光的傳感器都是平板電腦傳感器系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分，平板電腦可以借助傳感器來實現(xiàn)對背景光線的感知功能，結(jié)合空間光線強度來自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，帶給平板電腦用戶全新的光感體驗。具體在對背光亮度進(jìn)行調(diào)整的環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)必須借助LCD 的自動調(diào)控芯片，該芯片可以明顯減少平板電腦功耗，達(dá)到產(chǎn)品節(jié)能效果。

技術(shù)人員對于位移傳感器可以運用于實現(xiàn)距離傳感的功能，并且對于外界的各種物理變化量也能做到自動進(jìn)行感知與處理。在系統(tǒng)檢測元件的輔助下，經(jīng)過換算處理，可以得到精準(zhǔn)程度較高的距離變化幅度數(shù)據(jù)，借助傳感器來判斷物體位移以及物體間隔距離。在設(shè)計傳感器模組的過程中，主要涉及距離傳感器與環(huán)境光傳感器的集成處理。經(jīng)過全面的系統(tǒng)封裝操作后，能夠形成傳感器的完整系統(tǒng)模組，使傳感器模組能隨時感知周邊物體遮擋光線的角度以及距離[1]。例如CAPELLA 公司的CM36771 光電傳感器，CM36771 集成了一個高靈敏度的長距離接近傳感器（PS）、環(huán)境光傳感器（ALS）和940 nm 的紅外LED 到一個小的封裝。16 位高分辨率ALS 提供了優(yōu)秀的傳感能力，無論是黑暗或高透明度的鏡頭設(shè)計，足以滿足大多數(shù)應(yīng)用。CM36771提供獨立可編程的高和低閾值中斷功能，優(yōu)化微控制器資源，體現(xiàn)了傳感系統(tǒng)元件的節(jié)能優(yōu)勢。

2.2 硬件方案與物理設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計的側(cè)重點在于合理布置平板電腦的內(nèi)部運行線路，系統(tǒng)設(shè)計人員必須結(jié)合物理設(shè)計的基本要點。在選擇與確定電路運行模式的過程中，關(guān)鍵就是要結(jié)合現(xiàn)有的硬件布置方案，確保平板電腦的內(nèi)部線路滿足安全運行的目標(biāo)。為了實現(xiàn)用戶體驗全面優(yōu)化的目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計人員就必須對系統(tǒng)物理設(shè)計模式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，豐富用戶的感官體驗以及視覺體驗，增強用戶針對平板電腦系列產(chǎn)品的滿意程度。

具體針對產(chǎn)品物理設(shè)計來講，基本要點應(yīng)當(dāng)包括面板部位的開孔體積、噴涂觸控面板表層油漆的深度與顏色，此外還要重視傳感器的繞射光線遮擋。通常來講，對油墨層進(jìn)行噴涂處理的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合面板邊框的尺寸體積來進(jìn)行靈活選擇，運用一體化的系統(tǒng)設(shè)計思路來美化平板電腦的整體外觀。因此，設(shè)計人員不一定要選擇深色油墨，而是應(yīng)當(dāng)在確保平板電腦良好運行功能的前提下，靈活確定油墨噴涂層的厚度與油墨顏色的搭配。

平板電腦的傳感器元件會吸收外界的光線，因此必須通過設(shè)計面板部位的透光小孔來阻隔過多的外界光線射入，防止過多的光線影響傳感器元件的正常運行。在安裝平板電腦的整機過程中，通常會產(chǎn)生特定的安裝操作誤差，因此應(yīng)當(dāng)合理選擇開孔的部位，并且還要確保對準(zhǔn)傳感器。經(jīng)過綜合的設(shè)計考慮，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)避開系統(tǒng)設(shè)計中的死區(qū)，靈活確定開孔光線接收以及光線發(fā)射角度。

圖1 為隔離光線的硅膠套

2.3 實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計

平板電腦的系列產(chǎn)品組件在出廠環(huán)節(jié)中，只有經(jīng)過了完整的系統(tǒng)電路運行調(diào)試，才能保證實現(xiàn)最佳的產(chǎn)品安全運行功能。因此在實現(xiàn)平板電腦產(chǎn)品功能的過程中，重點在于全面調(diào)試系統(tǒng)模組電路，確保模組電路具有優(yōu)良的電路運行功能。

系統(tǒng)設(shè)計人員在對電路物理結(jié)構(gòu)在進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計時，關(guān)鍵就是要牢固焊接系統(tǒng)主板的部件，然后經(jīng)過配套測試才能保證模組電路達(dá)到最大化的電路安全運行功能。系統(tǒng)設(shè)計人員在完成模組實物主板搭接處理的基礎(chǔ)上，硅膠套應(yīng)當(dāng)添加在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)部位，優(yōu)化系統(tǒng)建模的實施思路，如圖1 所示。

在某些特殊情況下，傳感器部件容易表現(xiàn)出內(nèi)部運行數(shù)據(jù)增多的現(xiàn)象，該現(xiàn)象的產(chǎn)生根源在于傳感接收裝置進(jìn)入了反射的紅外光，因此能夠表明外界物體已經(jīng)靠近了電腦運行系統(tǒng)，因此系統(tǒng)CPU 對于反射光線的距離數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精確計算，然后完成信息反饋的相關(guān)處理。實際上，紅外反射光能夠透過機械空隙以及面板的觸控玻璃層，這樣將會產(chǎn)生數(shù)據(jù)接收環(huán)節(jié)中的某些誤差，進(jìn)而形成了光線繞射的現(xiàn)象。

為了保證平板電腦系統(tǒng)以及外界物體的間隔距離能夠被精確計算，系統(tǒng)設(shè)計人員必須運用合理的方式來隔離玻璃層以及傳感器元件的空隙部位，避免上述2 個部位的反射紅外光線產(chǎn)生相互干擾。例如，系統(tǒng)設(shè)計人員可以選擇將硅膠套覆蓋在玻璃面板的附近區(qū)域，從而達(dá)到阻隔外界光線的效果。通過運用上述的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方式，就可以充分保證模組傳感線路具備最佳的外界光源感知效果。

3 結(jié)語

經(jīng)過分析可見，平板電腦系統(tǒng)不能缺少模組電路。技術(shù)人員通過對電腦內(nèi)部的模組電路進(jìn)行合理的線路運行設(shè)計，可以實現(xiàn)平板電腦的距離傳感功能以及環(huán)境光感功能，增強系統(tǒng)運行的安全支撐與保障，不斷完善平板電腦用戶的系統(tǒng)功能體驗。