Utilizarea tehnologiei tactile capacitive în aparatura electrocasnică
Tehnologia tactilă capacitivă, în principal pentru butoane tactile și cursoare, a fost deja adoptată pe scară largă în aplicațiile pentru bunuri albe pentru a înlocui butoanele mecanice.
Figura 1. Butoanele și glisoarele cu ecran tactil (a) sunt deja populare pe aparatele electrocasnice, iar un frigider (b) cu un display mare pentru interfațarea cu internetul oferă un aspect curat și atractiv utilizând tehnologia ecranului tactil. ▶
Pe lângă reducerea costurilor de sistem, tehnologia tactilă capacitivă oferă îmbunătățiri în materie de fiabilitate, deoarece butoanele mecanice se distrug mai repede în timp sau se blochează atunci când intră în contact cu apa, grăsimea sau alte substanțe întâlnite de obicei în bucătării și spălătorii. De asemenea, senzorii tactili situați sub sau în spatele unei suprafețe de sticlă sau plastic oferă o modalitate ușoară de curățare a suprafeței și permit o varietate de opțiuni elegante în materie de design. (vezi figura 1.)
Aceleași avantaje oferite de butoanele și glisoarele tactile se aplică ecranelor tactile capacitive HMI care permit utilizatorului să comunice cu aparatul, precum și cu internetul. În plus, electrocasnicele IoT conectate la internet oferă avantaje esențiale pentru producătorii de bunuri albe, care includ:
- Întreținerea de la distanță
- Extragerea datelor de către furnizor pentru a cunoaște obiceiurile utilizatorului
- Managementul puterii − sincronizarea aparatelor cu consum mare de curent pentru a evita vârfurile de tensiune pe linia electrică
- Actualizări de firmware pentru remedierea de la distanță a erorilor și îmbunătățirea produselor
În același timp, conectivitatea IoT aduce și alte avantaje consumatorului, în afară de cele pe care producătorul le promovează atunci când vinde un echipament electrocasnic cu ecran tactil:
- Instrucțiuni de gătit pentru anumite produse, rețete și descărcări privind cele mai bune practici
- Instrucțiuni privind utilizarea mașinii de spălat, programarea acesteia, chiar și în funcție de tipul de detergent sau de lichid de spălat și remedierea eventualelor defecțiuni
- Actualizări de firmware pentru a adăuga noi funcții și a îmbunătăți performanțele
- Actualizări ale informațiilor despre vreme, știri etc.
În ciuda tuturor acestor beneficii pentru furnizori și utilizatori, există însă câteva probleme de proiectare care trebuie abordate.
Abordarea problemelor legate de aplicațiile pentru bunurile albe
La fel ca în cazul telefoanelor inteligente și al automobilelor moderne (dar în grade diferite de importanță), trei dintre cele mai frecvente probleme de aplicare în cazul HMI-urilor cu ecran tactil pentru electrocasnice sunt imunitatea la zgomot și la umiditate și recunoașterea comenzilor tactile atunci când utilizatorul poartă mânuși. Măsura în care un controler pentru ecran tactil sau un circuit integrat rezolvă aceste probleme îl diferențiază față de alte soluții.
Figura 2. În spatele ecranului tactil, o matrice de electrozi de comandă, electrozi de recepție și circuitele din dispozitivul integrat tactil detectează cu fidelitate atingerea utilizatorului.
În ceea ce privește imunitatea la zgomot, o tehnologie brevetată permite controlerului să fie mai imun la zgomotul provenit de pe liniile de alimentare. Acest lucru este deosebit de important pentru regiunile din afara SUA care au linii electrice extrem de zgomotoase, generate din cauza lipsei legăturii la pământ sau a unor conexiuni defectuoase de împământare. Acel zgomot ajunge în sursa de alimentare prin cablul de alimentare și este direcționat către circuitul integrat al controlerului tactil.
Controlerul tactil este o componentă extrem de sensibilă care măsoară sarcini de nanocoulombi. Extragerea unei cantități infime de sarcină de pe ecranul tactil, prin simpla atingere a acestuia cu un deget, trebuie să fie interpretată în mod constant și corect. Zgomotul poate injecta o cantitate semnificativă de sarcină în senzor pentru a deruta controlerul, în special pentru unul fără o imunitate suficientă la zgomot.
În cazul unui eveniment de atingere falsă, sau atingere fantomă, butoanele încep să se activeze la întâmplare. Într-un cuptor, acest lucru ar putea fi destul de periculos. De exemplu, un eveniment de atingere falsă ar putea iniția ciclul de autocurățare fără intenția utilizatorului, iar elementele stocate ar putea crea o problemă de siguranță și o situație periculoasă pentru utilizator. Aceasta este o problemă pentru fiecare controler tactil capacitiv, dar tehnologia brevetată ocolește zgomotul indus și aduce problema sub control.
Pentru a rezolva problema zgomotului, controlerul filtrează zgomotul de mod comun și evită problemele de zgomot printr-o schemă de salt de frecvență. Abordarea patentată utilizează scanarea tactilă autocapacitivă, precum și cea capacitivă reciprocă și implică detectarea tactilă diferențială. În loc să trateze fiecare linie de detecție ca element individual, circuitul integrat măsoară diferențele dintre perechile de linii de detecție; în acest fel, orice zgomot comun ambelor linii este eliminat. Dacă același zgomot apare dintr-o regiune similară a ecranului, acel zgomot va fi anulat, astfel încât rămâne doar semnalul valid. Această detecție tactilă diferențială oferă un nivel foarte eficient de anulare/rejectare a zgomotului.
În cadrul electrocasnicelor, motoarele din mașinile de spălat sau compresoarele frigiderelor, precum și arzătoarele unei plite cu inducție, radiază zgomot care se află în banda de frecvență de anulare a zgomotului pentru a oferi performanțe fiabile și robuste pentru ecranele tactile de pe aceste dispozitive. Ca urmare, sunt evitate evenimentele de atingere false. Cu toate acestea, este important, de asemenea, ca o atingere legitimă să fie detectată și raportată controlerului gazdă pentru a evita un eveniment tactil ratat din cauza zgomotului, când nu se întâmplă nimic exact atunci când utilizatorul se așteaptă să se întâmple ceva.
Figura 3. În plus față de circuitul integrat tactil, furnizorul de circuite integrate tactile îndeplinește multe funcții în spatele scenei pentru a aduce pe piață un ecran tactil de succes.
Imunitatea la umiditate este necesară deoarece apa și alte lichide sunt frecvente în bucătărie și în spălătorie. De exemplu, dacă o oală de pe plită fierbe și conținutul ei se scurge pe ecranul tactil, nu ar trebui să apară un eveniment tactil fals. Cu toate acestea, aburul sau picăturile ar putea, de asemenea, cauza probleme. Prin urmare, abilitatea de a detecta eventualele atingeri cauzate de umezeală sau apă ar trebui să fie o cerință cheie a fiecărui proiectant care lucrează la o interfață cu ecran tactil pentru electrocasnice.
Dacă pe display se află un strat fin de abur sau o picătură de apă, operarea multitouch ar trebui să fie asigurată. În timp ce două atingeri sunt tipice în aplicația pentru electrocasnice, suportul pentru zece sau mai multe atingeri este disponibil pentru proiectanții de electrocasnice cu ecrane mai mari, astfel încât mai mulți utilizatori să le atingă în același timp. În cazul în care apa se adună în momentul în care utilizatorul atinge ecranul sau dacă o picătură mai mare cade pe un display orizontal, atingerile false induse de apă ar trebui să fie suprimate, iar operarea normală cu un singur deget să fie acceptată. Proiectanții ar trebui să prevadă evitarea evenimentelor de atingere false cauzate de lichide foarte conductive, cum ar fi apa sărată și chiar soluțiile de curățare, precum înălbitorul. Figura 2 oferă o scurtă privire asupra a ceea ce se întâmplă în spatele ecranului.
Un alt aspect al tehnologiei HMI cu ecran tactil este acceptarea mânușilor. În bucătărie, se poartă în mod obișnuit mânuși subțiri și groase. Există o serie de capabilități oferite de circuitele integrate pentru ecrane tactile din electrocasnicele livrate în prezent, care, adesea, sunt trecute cu vederea și nu sunt utilizate atunci când ar putea oferi o valoare semnificativă utilizatorului final.
Atunci când este activată și ajustată în timpul dezvoltării, caracteristica opțională de suport pentru mânuși din controler oferă posibilitatea de atingere multiplă (până la 10 atingeri) pentru mânușile utilizate în mod obișnuit în bucătării (cu o grosime de aproximativ 1,5 mm). Utilizarea mânușilor ar putea apărea atunci când cineva care poartă mânuși la chiuveta din bucătărie trebuie să se conecteze la ecranul tactil al frigiderului sau al plitei electrice.
Mai frecvent, în cazul utilizării cuptorului pentru gătit, unde se folosesc mânuși groase (până la 5 mm) sau mânuși de bucătărie, fabricate din cauciuc siliconic, grație funcției care acceptă mânușile, controlerul poate oferi în continuare o intrare precisă către HMI. Acest lucru se poate întâmpla în mod automat, fără a fi nevoie să se intre într-un mod separat și să se revină la nivelul normal de detectare atunci când nu se utilizează o mânușă − în cazul în care sistemul nu este foarte sensibil pentru a evita evenimentele de atingere false. În schimb, unele controlere solicită utilizatorilor să selecteze între moduri precum umezeală, deget descoperit, creion și mânușă, în loc să detecteze și să ajusteze automat setările, pentru a asigura interacțiuni naturale și intuitive cu utilizatorul în toate mediile.
În aceste aplicații, interfața cu utilizatorul tinde să fie mai simplă, cu butoane mai mari și trebuie să fie luată în considerare la proiectarea ecranului tactil în cazul electrocasnicelor compatibile cu utilizarea mânușilor.
Alegerea controlerului/senzorului/ecranului tactil potrivit
Pentru electrocasnicele pentru bucătărie și spălătorie, se vor utiliza diferite dimensiuni pentru ecran, în funcție de mărimea dispozitivului. De exemplu, dimensiunile ecranelor variază de la display-uri de 3 inch pentru cafetiere la 5 inch la cuptoare cu microunde, plite electrice și mașini de spălat, până la 22 inch și mai mari pentru frigidere și congelatoare.
Tabelul 1. Pe lângă dimensiunea ecranului, alți parametri pot avea un impact în alegerea controlerului preferat, cu precădere în cazul în care există o suprapunere a dimensiunilor ecranului.
În lanțul de aprovizionare a bunurilor albe, furnizorul de cipuri asigură cipul și proiectarea senzorului în parteneriat cu un furnizor de senzori. Împreună, aceștia realizează integrarea sistemului și, de obicei, un producător de module/display-uri integrează sistemul, inclusiv senzorul tactil și interfața tactilă care este apoi furnizată producătorului de aparatură electrocasnică. (vezi figura 3.) Acesta este un exemplu al modului în care furnizorul de semiconductori de astăzi oferă mai mult decât cipul, respectiv un serviciu de ajustare și finalizare a sistemului pentru a facilita utilizarea cipului în întregul lanț de aprovizionare.
Operând în intervalul de temperaturi industriale de la -40 la 85°C, circuitul integrat standard este livrat cu firmware standard și poate răspunde unei varietăți de dimensiuni de afișaje și diferitelor cerințe ale producătorilor de electrocasnice. Cu o gamă potrivită de opțiuni de dimensiuni ale ecranului în familia de controlere pentru ecrane tactile dedicată aplicațiilor electrocasnice, modelele de ecrane tactile pentru aceste bunuri sunt foarte scalabile, fapt care, în cele din urmă, scurtează timpul de proiectare și reduce costurile de sistem și de dezvoltare. Tabelul 1 prezintă o parte din parametrii de proiectare pentru display-urile destinate echipamentelor de nivel industrial.
Un ultim aspect de luat în considerare este compatibilitatea electromagnetică (EMC). Evident, proiectarea trebuie să respecte compatibilitatea electromagnetică. Apoi, testarea trebuie să verifice dacă se obțin rezultatele dorite atât pentru emisiile conduse, cât și pentru cele radiate.
Figura 4. Kitul de evaluare ATEVK-MXT2952T2 de la Microchip conține un senzor dedicat cu un conector flexibil și o placă electronică de control.
Abordarea aspectelor legate de proiectare
Dacă doriți o implicare cât mai rapidă și o mai bună cunoaștere a capabilităților ecranului tactil, există un kit de evaluare desemnat pentru fiecare familie de controlere pentru ecrane tactile adresate acestor tipuri de echipamente. Kitul include o placă de circuit imprimat (PCB) cu un controler de ecran tactil însoțit de un circuit imprimat flexibil pasiv (FPC) care conectează circuitul integrat tactil la un senzor tactil amplasat pe o lentilă din sticlă/plastic. Kitul se conectează la PC-ul gazdă prin USB și include toate cablurile, software-ul și documentația necesare.
Utilizat cu platforma de dezvoltare integrată (IDP) maXTouch Studio Development System, un mediu de dezvoltare software complet (care poate fi descărcat gratuit de pe internet), kitul de evaluare permite proiectanților să dezvolte și să depaneze controlere tactile pentru aplicații electrocasnice. Figura 4 ilustrează la ce se pot aștepta să găsească producătorii de bunuri de consum în kitul de evaluare.
‘Atingeri’ finale
Producătorii de electrocasnice vor să profite de avantajele oferite de IoT. În acest scop, trebuie să existe un dispozitiv de vizualizare și o modalitate de introducere a informațiilor, de aceea un ecran tactil asigură o soluție ideală. Pentru o tranziție reușită de la abordarea actuală la tehnologia avansată a ecranului tactil, producătorii de electrocasnice trebuie să colaboreze cu un furnizor de circuite integrate sau cu un furnizor de ecrane tactile sau de module care colaborează cu un furnizor de circuite integrate care dispune de controlere tactile proiectate special pentru aplicații electrocasnice. Cu controlerul tactil potrivit, aceste echipamente pot avea conectivitate la internet, precum și imunitate la zgomot, la umiditate și suport pentru mânuși.
Autori: Stephan Thaler și Chad Solomon
Microchip Technology | https://www.microchip.com
Resurse
www.microchip.com/maXTouch