HMI: tas ir svarīgi, veidojot kapacitatīvās skārienjutīgās saskarnes

IoT EcoStruxure™ at Blackstone Ensures Sustainability (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Šeit ir daži dizaina padomi, kā veidot sadzīves tehnikas, ēku automatizācijas un patērētāju gizmos pieskārienu saskarnes

BY YIDING LUO, sistēmas lietojumprogrammu inženieris
Texas Instruments Inc.
www.ti.com
IoT turpina ietekmēt un modernizēt produktus mājās un ēku automatizācijā. Lai gan šis tirgus sagaidāms, ka tas ievērojami pieaugs, tā potenciāls ir atkarīgs no tā, kā lietotāji pieņem šos produktus, tāpēc ražotāji koncentrējas uz to, lai izstrādātu savus produktus ar vairāk elegantu lietotāja saskarni, lai vilinātu vairāk lietotāju.
Cilvēka un mašīnas saskarne (HMI) ir raksturīga iezīme gandrīz visās elektroniskajās sistēmās tādiem produktiem kā viedtālrunis, drošības piekļuves paneļi, ierīces un audio ierīces. HMI ir intuitīva un interaktīva apakšsistēma, kas patiesi var atšķirt produktu, uzlabojot lietotāju pieredzi un tādējādi piesaistot lietotāju uzmanību. Integrētais capacitive touch sensing ir jauns veids, kā uzlabot HMI funkcijas un saglabāt konkurētspēju tirgū.
Kapacitatīvā skārienjūtīgā tehnoloģija palīdz radīt vairāk elegantu pieskārienu saskarni salīdzinājumā ar tradicionālajām mehāniskajām pogām. Tomēr darbības vide, sistēmas sarežģītība, dizaina elastība un enerģijas patēriņš rada spiedienu uz produktu izstrādātājiem. Šajā rakstā paskaidrots, kā iespējot elegantu HMI dizainu, vienlaikus izstrādājot kritiskās problēmas, kā arī sistēmas risinājumus, kas saistīti ar kapacitatīvo sensoru sensoru tehnoloģiju.
Pieskarieties darbības videi
Uzticamam produktam ir jābūt lietotāja saskarnei, kas darbojas visās paredzētās vidēs. Dažreiz kapacitātes sensoru sensorus un kontrolieri var būtiski ietekmēt skarbā vide, ekstremālās temperatūras, mitrums un mitruma palielināšanās.
Mehāniskās pogas izmanto fizisku kustību, lai aktivizētu pieskārienu notikumu, bet kapacitatīvs pieskāriens būtībā ir citāds, jo laika gaitā tiek noteiktas sensoru elektriskā lauka un kapacitātes izmaiņas. Šis darbības princips padara kapacitatīvo pieskārienu neaizsargātāku pret mitruma ietekmi. Attiecībā uz āra un virtuves pielietojumiem mitruma izturība ir izšķiroša, jo paredzams, ka šie produkti apstāsies ar ūdens klātbūtni.
Lai apstrādātu procesora temperatūru un gaisa mitrumu, jūsu sistēmai jāspēj izsekot apkārtējās vides kapacitatīvo sensoru sensoru bāzlīnijai. To var panākt, izmantojot programmatūras algoritmu, kas aprēķina ilgtermiņa vidējo vērtību un atsauces vērtības filtrēšanas mehānismu. Tas, savukārt, nodrošina, ka ietilpīgi pieskāriena saskarne nodrošina konsekventu lietotāja pieredzi.
12-taustiņu tastatūras kapacitatīvā pieskāriena dizains ir tāds gadījums; tā caur IPX5 ūdens iesūkšanās testa stāvokli iztur pilnu pieskāriena funkciju testēšanu. Šajā projektā tiek izmantota savstarpēja kapacitātes mērīšanas topoloģija ar aktīvi darbināmu vairogu, lai ierobežotu šķērsruna sensoru starpā, tādējādi samazinot zemes sakabes efektu. Papildus sensora dizainam mitruma tolerances programmaparatūra, kas darbojas uz mikrokontrolleru (MCU), arī palīdz palielināt uzticamību.
Touch-sensing interfeisa dizains
Spēcīgas skārienjutīgās saskarnes konstrukcijas aparatūras un programmatūras izstrāde var būt sarežģītāka nekā dizains ar parastajām mehāniskām pogām. Attiecībā uz aparatūru, jums jāapsver iespiedshēmas plates (PCB) maršrutēšana ar sensoru elektrodu izkārtojumu, kā arī mehānisko struktūru. Programmatūrai ir nepieciešama papildu programmaparatūra sensoru skenēšanai un mērījumu datu apstrādei.
Lai palīdzētu saīsināt laiku tirgū, mikroshēmu piegādātāji piedāvā rīkus, lai paātrinātu dizaina un prototipa procesu. TI, piemēram, piedāvā capacitive touch-sensing dizaina rokasgrāmatu, kas palīdz risināt sistēmas līmeņa problēmas, kā arī piedāvā risinājumus, kā arī labāko praktiskumu. Mikroshēmu pārdevējs ir izstrādājis arī dizaina rīku, kas var ģenerēt programmaparatūras kodu, pamatojoties uz jūsu sistēmas konfigurāciju.

1. attēls: kapacitatīvā skārienjutīgā dizaina vērtību ķēdes galvenie elementi.
Industriālie dizainparaugi kļūst par nozīmīgu IoT produktu veiksmes faktoru, jo īpaši viedajos māju un plaša patēriņa elektronikas tirgos, un, pārejot no mehāniskām pogām uz kapacitīvu pieskārienu, produktu izstrādātāji var piedāvāt novatoriskus dizainparaugus. Uzvarētājs ir acīmredzams, ja patērētājiem ir jāizvēlas starp lielgabarīta durvju slēdzeni ar mehānisko pogas tastatūru un mūsdienīgu, gudru durvju atslēgu ar gludu kapacitīvu skārienpaneļa tastatūru un LED apgaismojumu.
Iebūvējamie sensoru sensori var tikt veidoti dažādās formās, izmēros, konfigurācijās un materiālos, lai tie atbilstu dažādiem izstrādājumu korpusiem un dažādām saskarnes funkcijām. To elastība arī vienkāršo mehānisko savienojumu un novērš kustīgās daļas, galu galā samazinot ražošanas izmaksas. Tomēr vienkārši nav novatorisku ideju; jums būs nepieciešams arī elastīgs kontrolieris, piemēram, MCU, lai palīdzētu apgūt visas dizaina iespējas. 2. attēlā parādīti daži sensora izkārtojuma piemēri.

2. attēls: sensoru izkārtojuma piemēri kapacitatīvā pieskāriena dizainā.
Elektrības patēriņš
Ultra-zemā jauda ir kritiska prasība touch interfeisa risinājumam bateriju darbināmos viedajos mājas produktos un plaša patēriņa elektronikas ierīcēs, piemēram, elektroniskās durvju slēdzenes, bezvadu gaismas kontrolieri un Bluetooth austiņas.
Atšķirībā no tradicionālajām mehāniskajām pogām, kas saglabā sistēmu miega režīmā līdz brīdim, kad tiek konstatēts pieskāriens, spiediena kontrolierīcei periodiski jāiet klajā sensoru skenēšana, lai noteiktu lietotāju mijiedarbību, kas atspoguļo sazināties ar notikumiem. 3. attēlā parādīta kapacitatīvā pieskāriena kontrollera tipiskā procesa plūsma.

3. attēls: tipiska skārienvadības skenēšanas plūsma.
Lai panāktu mazu enerģijas patēriņu, varat optimizēt skenēšanas ātrumu, proti, cik bieži regulators atskan sensoru skenēšanai. Jo zemāka ir skenēšanas ātrums, jo mazāks ir enerģijas patēriņš, bet ar atbildes laika kompromisu. Parastā skenēšanas ātruma jaudas pieskāriena saskarne plaša patēriņa elektronikas jomā ir robežās no 8 Hz līdz 100 Hz.
Aktīvais enerģijas patēriņš ir būtisks kopējā enerģijas patēriņa faktors. Tirgū ir daudz kondensatora pieskāriena risinājumu, bet lielākajai daļai kontrolieru ir nepieciešams galvenais procesors aktīvajā periodā, lai skenētu sensorus un apstrādātu mērījumu datus. Šī pieeja neizbēgami palielina sistēmas enerģijas patēriņu. Piemēram, jūs varat ieslēgt vai izslēgt Bluetooth skaļruni un regulēt skaļumu 10 reizes dienā. Bet pat tad, ja jūs neesat mijiedarbojies ar produktu, galvenais procesors joprojām ir aktīvs un apstrādājiet sensora datus.
Tomēr mazā jauda ir tik būtiska prasība, tādēļ daži IC ražotāji tagad savā digitālajā stāvokļa mašīnā ir aprīkoti ar capacitive touch controllers sensoru skenēšanai un mērījumu datu apstrādei aktīvajos periodos. Izmantojot šo pieeju, galvenais procesors, kas patērē lielāko daļu jaudas, vispār nav jāiet miega režīmā, līdz tiek konstatēts pieskāriens.
Tātad, ja enerģijas patēriņš aiztur jūs no pārejas uz kapacitatīvo pieskārienu, pārliecinieties, ka esat izvēlējies MCU, kas ievieš automātisko automātisko skenēšanas sistēmu ar valsts iekārtu.
Secinājums
Tā kā lietotāju pieredze kļūst kritiska mūsdienu produktu dizainā, capacitive touch sensing arvien vairāk kļūst par populāru tehnoloģiju radošu, izsmalcinātu un rentablu lietotāja interfeisu projektēšanai. Pēc tam pieprasījums pēc stingriem kapacitatīvā skārienjutīgā kontrolieriem motivē čipmakers turpināt inovēt IC risinājumus un palīdzēt risināt sistēmas problēmas, piemēram, enerģijas patēriņu, dizaina elastīgumu, sistēmas sarežģītību un vides ietekmes pretestību.
Redaktora piezīme. Šis ir otrais raksts sērijā par HMI dizainu. Pirmais raksts ar nosaukumu " Kas jums jāņem vērā, izstrādājot HMI rūpnīcas automatizācijai " tika publicēts 2018. gada februāra elektronisko produktu izdošanā.