Получение поддержки технологии Force-Sensing
Анализ материалов Quantum Tunneling Composite касает сенсорного набора от Peratech.
За последние десять лет развитие человеко-машинных интерфейсов (HMI) прошло долгий путь. Далекая память о торжественной торговле классической клавиатурой Blackberry для емкостного сенсорного смартфона является единственным отзывом этого революционного пользовательского интерфейса. Последовало несколько основных итераций пользовательского опыта. Мы были поражены, используя стандартные жесты, чтобы манипулировать фотографиями. Вездесущность и простота пользовательского интерфейса сенсорного экрана изменили общество: малыши теперь пытаются ущипнуть и прорисовывать изображения в журнале и удивляться, почему ничего не происходит. Наши дети ссылаются на неисправные устройства как на глючные, а не на сломанные - как если бы обновление программного обеспечения могло волшебным образом заменить лампочку.
Поскольку мы укоренили сенсорные интерфейсы в нашей повседневной жизни, мы предъявляли к ним все возрастающие требования, чтобы продвигать то, как мы взаимодействуем с нашим аналоговым миром. В попытке включить более функциональный контроль с многоцелевыми механическими переключателями мы закончили тем, что пользовательский интерфейс был довольно неуклюжим. Кроме того, в нашем стремлении сделать пользовательский опыт еще более творческим и интуитивным, мы столкнулись с проблемой прикосновения: он плоский, и он фактически не измеряет физический контакт. Так началось наше разочарование емкостными сенсорными решениями, чтобы быть интеллектуальным интерфейсом между нами и приятным аналоговым миром.
Мы вернулись к клавиатурам и попытались объединить физические взаимодействия и хаптики в интерфейсы, чтобы вернуть людям этот тактильный сенсорный опыт, которого они не хватали. Мы боролись. Технологии, имеющиеся в нашем распоряжении, находятся в их соответствующих пределах. Мы сделали славные попытки на интерфейсах следующего поколения, многие из которых потерпели неудачу, потому что мы не смогли преодолеть неестественное ощущение емкостного восприятия. Нам нужно было найти способ преодолеть эту плоскость емкостного прикосновения, сохранив при этом свою простую элегантность. Нам также нужен был способ создания прототипов с новыми технологиями, которые не собирались брать слишком много жизненных циклов продуктов и банк, полный наличных денег.
Квантовый туннельный композит (QTC®)
Материал Quantum Tunneling Composite (QTC®), разработанный компанией Peratech, способен измерять степень приложенной силы, в дополнение к традиционному зондированию 2D X, Y. Наиболее примечательным является тот факт, что такой датчик может быть создан с использованием печатаемых на экране чернил, полученных из полупроводниковых наночастиц, смешанных с полимерным связующим.
QTC - это изолятор, пока вы не нажмете на него - чем больше давления вы применяете, тем более проводящим оно становится, что делает его идеальным для измерения силы. В отличие от задействованных технологий, используемых для изготовления сенсорных панелей и трекпадов сегодня, создание датчика на основе QTC является относительно простым процессом. Тесты показывают, что датчики работают даже при экстремальных температурах и в условиях повышенной влажности.
Датчики QTC могут быть созданы за множеством различных поверхностей - плоских, изогнутых или гибких, таких как металл, пластик, тонкое стекло и даже деревянные шпоны. Это подчеркивает еще одно преимущество датчика QTC: чувствительная поверхность находится за внешней поверхностью устройства, поэтому изделия не требуют отверстия, которое может привести к попаданию воды и пыли. По сравнению с традиционными стеклянными сенсорными экранами, использование датчика QTC может уменьшить необходимые слои ITO и улучшить прозрачность и передачу света с дисплея.
Рисунок 1. Одноточечный датчик Peratech SP200-10
Peratech предлагает ряд стандартных одно- и мультитач-сенсоров для использования в самых разных приложениях. Примером сенсора с одним касанием является SP200 - см. Рисунок 1. Это имеет рабочую силу в диапазоне от 0, 1 до 20 Н и долговечность, превышающую 1 миллион циклов, и может работать в широком диапазоне температур от -40 до + 100 ° C.
Рисунок 2. Конструкция датчика SP200-10
На рисунке 2 показана конструкция датчика с разнесенным компонентом. Что касается электрических характеристик, то датчик моделируется как переменный резистор, а на рисунке 3 показан график изменения сопротивления одноточечного датчика QTC с приложенным давлением.
Рисунок 3. Сопротивление против наложенной кривой давления одноточечного датчика SP200
Взаимодействие одного из этих датчиков с встроенной конструкцией микроконтроллера очень просто, используя датчик как часть простой цепи делителя напряжения, подаваемой в аналого-цифровой порт MCU - см. Рисунок 4. Обратите внимание, что когда к датчику не прилагается сила делитель напряжения - это нормально разомкнутая цепь, обеспечивающая минимальное энергопотребление и способствующий достижению конструкции сверхнизкой мощности.
Рисунок 4. Включение одноточечного датчика QTC в MCU
Встроенное приложение, обычно работающее на MCU, будет считывать АЦП (аналого-цифровой преобразователь), вычислять прилагаемую силу из модели характеристик сопротивления / силы и передавать эту информацию в приложение HMI.
Рисунок 5. Датчик 3D-матрицы QTC
Также доступен матричный сенсор QTC, который может обнаруживать и сообщать о нескольких 3D-касаниях. Построенный как серия электродов из ряда и столбцов, каждое пересечение или «соединение» матрицы имеет площадь чернил QTC, нанесенных на один слой электродной матрицы. Пример 3D-матричного датчика показан на рисунке 5.
Рисунок 6. Датчик 3D-матрицы QTC
На рисунке 6 показано, как матрица может сканироваться последовательно с помощью MCU хоста, сначала беря каждую линию высоко, а остальные низкие и считывая значение в АЦП. Строки матрицы предоставляют цифровому приводу и столбцам аналоговый смысл. Повторение этого процесса до полной проверки матрицы даст полный кадр матричных данных, который затем может обрабатываться приложением HMI. Размер матрицы и степень разрешения, требуемые для конечного приложения, будут определять требования к вводу / выводу MCU и обработке.
Рисунок 7. Содержание набора для разработки Touch Touch от Peratech
Для разработчиков, желающих узнать больше о технологиях чувствительности к QTC, доступен комплект для оценки. Комплект Touch Development Kit (TDK) - см. Рис. 7 - содержит одноточечные датчики 5 мм и 10 мм и непрозрачный многожильный матричный датчик QTC. Все они могут подключаться к контроллеру MCU хоста (на базе STMicro MCU), называемому сенсорным процессором.
Данные датчиков можно визуализировать в 2 и 3 измерениях с помощью программного обеспечения PTSuite от компании Peratech, работающего на компьютере под управлением Microsoft Windows. Программное обеспечение PTSuite доступно для загрузки с веб-сайта Peratech, используя имя пользователя и пароль, предоставленные в TDK.
Рисунок 8. Сенсорная обработка
Образец изображения из PTSuite можно увидеть на фиг. 9. В этом примере правая рука для взрослых нажата с умеренным давлением на матричном датчике с цветами, указывающими количество давления. Шаблон давления распространяется вокруг непосредственных контактов. Давление пальца и пальца и площадь контактного давления примерно одинаковы для всех.
Рисунок 9. QTC-матрица, измеряющая умеренное давление со всех пяти пальцев
На рис. 10 показан тяжелый пресс большого пальца, а на рисунке 11 показан результат нажатия вниз, сильно используя только гвоздь указательного пальца.
Рисунок 10. Шаблон чувствительной панели матрицы QTC с большим пальцем, сильно нажав вниз
Рисунок 11. QTC-матрица, определяющая одноконтактную точку ногтя указательного пальца
Вывод
В этой статье рассмотрено небольшое количество возможностей, предлагаемых технологией QTC Force-Sensing. Диапазон потенциальных приложений столь же широк, как и рынки, которые они могут охватить. Например, пользовательский напечатанный QTC-датчик может быть напечатан в ручке электрической дрели / отвертки с переменной скоростью. Больше не будет необходимости в пружинном линейном потенциометре со всеми связанными проблемами надежности и потенциалом проникновения пыли или влаги.
По мере увеличения давления руки вокруг рукоятки, так же как и скорость сверления. Оглядываясь на пример смартфона в начале этой статьи, возможно, датчики давления, напечатанные на внутреннем краю корпуса, можно использовать вместо регулятора громкости +/-, снова удалив два переключающих датчика, которые потенциально могут стать точкой входа для пыли и влаги.
Для получения дополнительной информации посетите сайт www.peratech.com.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.