HMI: apa yang penting dalam mereka bentuk antaramuka sentuh sensitif kapasitif

Pointing to the future of UI | John Underkoffler (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Berikut adalah beberapa tip reka bentuk untuk mewujudkan antara muka sentuhan untuk peralatan rumah, automasi bangunan, dan gizmos pengguna

OLEH YIDING LUO, Aplikasi Sistem Jurutera
Texas Instruments Inc.
www.ti.com
IOT terus mempengaruhi dan memodenkan produk untuk automasi rumah dan bangunan. Walaupun pasaran ini dijangka bertambah dengan ketara, potensinya bergantung pada bagaimana pengguna mengadopsi produk ini, jadi pengeluar memfokus pada mereka bentuk produk mereka dengan lebih banyak antarmuka pengguna yang lebih elegan untuk menarik lebih banyak pengguna.
Antara muka manusia-mesin (HMI) adalah ciri umum yang terdapat di hampir setiap sistem elektronik untuk produk seperti kawalan rumah pintar, panel akses keselamatan, peralatan, dan peranti audio. HMI adalah subsistem intuitif dan interaktif yang benar-benar boleh membezakan produk dengan meningkatkan pengalaman pengguna dan dengan itu menawan perhatian pengguna. Mengintegrasikan sensitif sentuhan kapasitif merupakan cara baru untuk meningkatkan ciri-ciri HMI dan kekal berdaya saing di pasaran.
Teknologi pengesan sentuhan kapasitif membantu menghasilkan lebih banyak sentuhan sentuhan elegan berbanding dengan butang mekanikal tradisional. Walau bagaimanapun, persekitaran operasi, kerumitan sistem, fleksibiliti reka bentuk, dan penggunaan kuasa meletakkan tekanan pada pereka produk. Artikel ini menerangkan bagaimana untuk membolehkan reka bentuk HMI elegan semasa ia menghuraikan cabaran kritikal serta penyelesaian sistem yang berkaitan dengan teknologi sensitif sentuh sensitif.
Sentuh persekitaran operasi
Produk yang boleh dipercayai harus mempunyai antara muka pengguna yang berfungsi dalam semua persekitaran yang dijangkakan. Kadang-kadang sensor sentuhan kapasitif dan pengawal boleh terjejas dengan ketara oleh persekitaran yang keras, suhu melampau, kelembapan, dan penambahan kelembapan.
Butang mekanikal menggunakan pergerakan fizikal untuk mencetuskan peristiwa sentuhan, tetapi sentuhan kapasitif pada asasnya berbeza kerana ia mengesan perubahan dalam medan elektrik dan kapasitans dari masa ke masa. Prinsip operasi ini menjadikan sentuhan kapasitif lebih terdedah kepada pengaruh kelembapan. Untuk aplikasi luaran dan dapur, toleransi kelembapan adalah penting kerana produk ini dijangka akan berfungsi di sekitar kehadiran air.
Untuk mengendalikan suhu prosesor dan kelembapan hanyut, sistem anda perlu dapat mengesan baseline sensor kapasitif 'persekitaran sekitar. Ia boleh dicapai dengan menggunakan algoritma perisian, yang mengira purata jangka panjang, dan mekanisme penapisan untuk nilai rujukan. Ini, seterusnya, memastikan bahawa antara muka sentuhan kapasitif menyediakan pengalaman pengguna yang konsisten.
Reka bentuk sentuh kapasitif keypad 12-butang adalah satu kes di titik; ia melepasi ujian fungsi sentuhan penuh di bawah keadaan ujian air ingress IPX5. Reka bentuk ini menggunakan topologi pengukuran kapasitif bersama dengan perisai yang didorong secara aktif untuk menghadkan crosstalk antara sensor, dengan itu mengurangkan kesan gandingan tanah. Sebagai tambahan kepada reka bentuk sensor, firmware toleransi kelembapan yang berjalan pada mikrokontroler (MCU) juga membantu meningkatkan kebolehpercayaan.
Reka bentuk antara muka sensitif sentuh
Perkembangan perkakasan dan perisian reka bentuk antaramuka sentuhan kapasitif boleh menjadi lebih kompleks daripada reka bentuk dengan butang mekanikal konvensional. Untuk perkakasan, anda perlu mempertimbangkan penghalaan papan litar bercetak (PCB) dengan susun atur elektrod sensor serta struktur mekanikal. Untuk perisian, firmware tambahan diperlukan untuk mengimbas sensor dan data pengukuran proses.
Untuk membantu memendekkan masa ke pasaran, pembekal cip menyediakan alat untuk mempercepat proses reka bentuk dan prototaip. TI, misalnya, menawarkan panduan reka bentuk sensitif sentuhan kapasitif yang membantu menangani cabaran peringkat sistem dan memberikan penyelesaian serta amalan terbaik untuk menghasilkan. Penjual cip juga telah membangunkan alat reka bentuk yang boleh menghasilkan kod firmware berdasarkan konfigurasi sistem anda.

Rajah 1: Blok bangunan utama rantaian nilai reka bentuk sentuh kapasitif.
Reka bentuk perindustrian menjadi faktor penting dalam kejayaan produk IoT, terutama di pasaran rumah pintar dan elektronik pengguna, dan beralih dari butang mekanikal ke sentuhan kapasitif membolehkan pereka produk untuk menyampaikan reka bentuk perindustrian yang lebih inovatif. Pemenang jelas jika pengguna terpaksa memilih antara kunci pintu yang besar dengan papan kekunci butang mekanikal dan kunci pintar pintar moden dengan keypad papan sentuh kapasitif anggun dan lampu belakang LED.
Sensor sentuhan kapasitif boleh direka bentuk dalam pelbagai bentuk, saiz, konfigurasi, dan bahan-bahan untuk memenuhi pelbagai lampiran produk dan fungsi antara muka yang berbeza. Kelenturan mereka juga memudahkan perhimpunan mekanikal dan menghapuskan bahagian yang bergerak, akhirnya mengurangkan kos pengeluaran. Walau bagaimanapun, hanya mempunyai ide inovatif tidak mencukupi; anda juga memerlukan pengendali fleksibel - alias MCU - untuk membantu membuka kunci semua kemungkinan reka bentuk. Rajah 2 menunjukkan beberapa contoh susun atur sensor.

Rajah 2: Contoh susunatur sensor dalam reka bentuk sentuhan kapasitif.
Penggunaan kuasa
Kuasa ultra-rendah adalah keperluan kritikal untuk penyelesaian antara muka sentuhan dalam produk rumah pintar yang dikendalikan bateri dan peranti elektronik pengguna seperti kunci pintu elektronik, pengawal cahaya tanpa wayar, dan fon kepala Bluetooth.
Tidak seperti butang mekanikal konvensional, yang menjaga sistem tidur sehingga pengesanan peristiwa sentuhan, alat pengawal sentuh kapasitif perlu secara berkala bangun untuk mengimbas sensor untuk mengesan interaksi pengguna yang mewakili peristiwa sentuhan. Rajah 3 menunjukkan aliran proses tipikal pengawal sentuhan kapasitif.

Rajah 3: Paparan aliran imbasan pengawal sentuh tipikal.
Untuk mencapai penggunaan kuasa yang rendah, anda dapat mengoptimumkan kadar imbasan, yang mana kerap pengawal mengejar untuk mengesan sensor. Semakin rendah kadar imbasan, semakin rendah penggunaan kuasa - tetapi dengan masa tindak balas masa tindak balas. Kadar imbasan biasa untuk antara muka sentuhan kapasitif dalam elektronik pengguna berada dalam lingkungan 8 Hz hingga 100 Hz.
Penggunaan kuasa tempoh aktif adalah penyumbang kritikal terhadap penggunaan kuasa secara keseluruhan. Terdapat banyak penyelesaian sentuhan kapasitif di pasaran, tetapi kebanyakan pengawal memerlukan pemproses utama dalam tempoh aktif untuk mengimbas sensor dan memproses data pengukuran. Pendekatan ini tidak dapat dielakkan menghasilkan penggunaan kuasa sistem yang lebih tinggi. Sebagai contoh, anda boleh menghidupkan dan mematikan pembesar suara Bluetooth anda dan melaraskan kelantangan 10 kali sehari. Tetapi walaupun anda tidak berinteraksi dengan produk, pemproses utama masih perlu aktif dan memproses data sensor.
Walau bagaimanapun, kuasa yang rendah adalah satu keperluan penting, jadi sesetengah pengeluar IC kini menggabungkan mesin negara digital dalam pengawal sentuhan kapasitif mereka untuk mengimbas data pengukuran sensor dan pemprosesan semasa tempoh aktif. Dengan pendekatan ini, pemproses utama, yang menggunakan kebanyakan kuasa, tidak perlu bangun sama sekali sehingga pengesanan acara sentuhan.
Jadi jika penggunaan kuasa adalah apa yang menahan anda dari beralih ke sentuhan kapasitif, pastikan anda memilih MCU yang melaksanakan teknik pengimbasan automatik berasaskan mesin negeri.
Kesimpulannya
Oleh kerana pengalaman pengguna menjadi lebih kritikal dalam reka bentuk produk moden, pendengaran sentuh kapasitif semakin menjadi teknologi yang popular untuk mereka bentuk antara muka pengguna yang kreatif, canggih dan kos efektif. Seterusnya, permintaan untuk pengawal sentuhan kapasitif yang teguh mendorong para pembuat chip untuk terus membuat inovasi penyelesaian IC mereka dan membantu menangani cabaran sistem seperti penggunaan kuasa, fleksibiliti reka bentuk, kerumitan sistem, dan penentangan daripada pengaruh alam sekitar.
Nota Editor: Ini adalah artikel kedua dalam siri mengenai reka bentuk HMI. Artikel pertama yang bertajuk " Apa yang perlu anda ingat ketika merancang HMI untuk automasi kilang, " diterbitkan dalam edisi Produk Elektronik Februari 2018.