HMI : 커패시 티브 터치 감지 인터페이스 설계시 중요한 사항

tabletop 전자메뉴판,스마트메뉴,테이블오더링 (칠월 2019).

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Anonim

다음은 가전 제품, 건물 자동화 및 소비자 장치에 터치 인터페이스를 만들기위한 디자인 팁입니다.

YIDING LUO, 시스템 응용 엔지니어
Texas Instruments Inc.
www.ti.com
IoT는 가정과 빌딩 자동화를위한 제품에 계속 영향을 미치고 현대화하고 있습니다. 이 시장은 크게 성장할 것으로 예상되지만 잠재력은 사용자가 이러한 제품을 채택하는 방식에 따라 달라 지므로 제조업체는 더 많은 사용자 인터페이스를 사용하여 더 많은 사용자를 유인하기 위해 제품을 설계하는 데 주력하고 있습니다.
HMI (Human-Machine Interface)는 스마트 홈 컨트롤, 보안 액세스 패널, 가전 제품 및 오디오 장치와 같은 제품의 거의 모든 전자 시스템에 공통적으로 나타나는 기능입니다. HMI는 사용자 환경을 개선하여 제품을 진정으로 차별화 할 수있는 직관적 인 대화 형 하위 시스템으로 사용자의주의를 사로 잡습니다. 커패시 티브 터치 센싱 통합은 HMI 기능을 개선하고 시장에서 경쟁력을 유지하는 새로운 방법입니다.
커패시 티브 터치 센싱 기술은 기존의 기계식 버튼에 비해보다 우아한 터치 인터페이스를 생성하는 데 도움이됩니다. 그러나 운영 환경, 시스템 복잡성, 설계 유연성 및 전력 소비가 제품 설계자에게 압력을 가하고 있습니다. 이 기사에서는 정전 용량 방식 터치 감지 기술과 관련된 시스템 솔루션뿐만 아니라 중요한 문제를 자세히 설명하면서 우아한 HMI 디자인을 구현하는 방법에 대해 설명합니다.
터치 운영 환경
신뢰할 수있는 제품에는 모든 예상 환경에서 작동하는 사용자 인터페이스가 있어야합니다. 때때로 용량 성 터치 센서 및 컨트롤러는 열악한 환경, 극심한 온도, 습도 및 수분 축적으로 인해 크게 영향을받을 수 있습니다.
기계식 버튼은 물리적 인 움직임을 사용하여 터치 이벤트를 트리거하지만 용량 성 터치는 센서의 전기장 및 커패시턴스의 변화를 시간에 따라 감지하므로 기본적으로 다릅니다. 이 작동 원리는 용량 성 터치를 습기 영향에보다 취약하게 만듭니다. 야외 및 주방 용도의 경우 습기 허용도가 중요합니다. 이러한 제품은 물이있는 곳에서 작동 할 것으로 예상되기 때문입니다.
프로세서 온도 및 습도 편차를 처리하려면 시스템이 용량 성 터치 센서의 주변 환경 기준을 추적 할 수 있어야합니다. 장기 평균을 계산하는 소프트웨어 알고리즘과 참조 값에 대한 필터링 메커니즘을 사용하여이를 달성 할 수 있습니다. 이는 정전 용량 방식 터치 인터페이스가 일관된 사용자 경험을 제공함을 보장합니다.
12 버튼 키패드 용량 성 터치 디자인이 중요한 포인트입니다. IPX5 물 유입 테스트 조건 하에서 풀 터치 기능 테스트를 통과합니다. 이 설계는 적극적으로 구동되는 쉴드가있는 상호 커패시턴스 측정 토폴로지를 사용하여 센서 간의 누화를 제한함으로써 접지 커플 링 효과를 최소화합니다. 센서 설계 외에도 마이크로 컨트롤러 (MCU)에서 실행되는 내 습성 펌웨어는 신뢰성을 높이는 데 도움이됩니다.
터치 감지 인터페이스 설계
커패시 티브 터치 감지 인터페이스 설계의 하드웨어 및 소프트웨어 개발은 ​​기존의 기계식 버튼을 사용한 설계보다 더 복잡 할 수 있습니다. 하드웨어의 경우, 센서 전극 레이아웃과 기계 구조가있는 PCB 라우팅을 고려해야합니다. 소프트웨어의 경우 센서를 스캔하고 측정 데이터를 처리하려면 추가 펌웨어가 필요합니다.
시장 진입 시간 단축을 위해 칩 공급 업체는 설계 및 프로토 타입 프로세스를 가속화하는 도구를 제공합니다. 예를 들어, TI는 용량 성 터치 센싱 디자인 가이드를 제공하여 시스템 수준의 문제를 해결하고 제조 가능성을위한 모범 사례뿐만 아니라 솔루션을 제시합니다. 또한 칩 공급 업체는 시스템 구성을 기반으로 펌웨어 코드를 생성 할 수있는 디자인 도구를 개발했습니다.

그림 1 : 커패시 티브 터치 센싱 디자인 밸류 체인의 주요 빌딩 블록.
산업 디자인은 특히 스마트 홈 및 소비자 전자 제품 시장에서 IoT 제품의 성공에 중요한 요소가되고 있으며, 기계식 버튼에서 용량 성 터치로 전환하면 제품 설계자는 더욱 혁신적인 산업 디자인을 제공 할 수 있습니다. 승객은 매끄러운 용량 성 터치 패널 키패드와 LED 백라이트가있는 현대식 스마트 도어록과 기계식 버튼 키패드로 부피가 큰 도어 잠금 장치 중에서 선택해야하는 경우 분명합니다.
커패시 티브 터치 센서는 다양한 제품 케이스와 다양한 인터페이스 기능에 적합한 다양한 모양, 크기, 구성 및 재질로 설계 될 수 있습니다. 유연성으로 인해 기계적 조립이 간단 해지고 움직이는 부품이 없어 궁극적으로 제조 비용이 절감됩니다. 그러나 혁신적인 아이디어만으로는 충분하지 않습니다. 모든 설계 가능성의 잠금을 해제하는 데 도움이되는 유연한 컨트롤러 (일명 MCU)가 필요합니다. 그림 2 는 몇 가지 센서 레이아웃 예제를 보여줍니다.

그림 2 : 용량 성 터치 디자인의 센서 레이아웃 예제.
전력 소비
초 저전력은 배터리로 작동되는 스마트 홈 제품 및 전자 도어록, 무선 조명 컨트롤러 및 Bluetooth 헤드폰과 같은 소비자 가전 제품의 터치 인터페이스 솔루션에 대한 중요한 요구 사항입니다.
터치 이벤트를 감지 할 때까지 시스템을 잠가 상태로 유지하는 기존의 기계식 버튼과 달리 정전 용량 방식 터치 컨트롤러는 주기적으로 깨어나 센서를 스캔하여 터치 이벤트를 나타내는 사용자 상호 작용을 감지해야합니다. 그림 3 은 정전 용량 방식 터치 컨트롤러의 일반적인 프로세스 흐름을 보여줍니다.

그림 3 : 일반적인 터치 컨트롤러 스캔 흐름보기
낮은 전력 소비를 달성하기 위해 컨트롤러가 센서를 스캔하는 빈도 인 스캔 속도를 최적화 할 수 있습니다. 스캔 속도가 낮을수록 전력 소비는 적지 만 응답 시간은 절충됩니다. 가전 ​​제품의 정전 용량 터치 인터페이스의 일반적인 스캔 속도는 8Hz에서 100Hz 사이입니다.
활성 기간 전력 소비는 전반적인 전력 소비에 중요한 기여를합니다. 시장에는 많은 용량 성 터치 솔루션이 있지만 대부분의 컨트롤러는 활성 기간에 센서를 스캔하고 측정 데이터를 처리하기 위해 메인 프로세서가 필요합니다. 이 접근법은 필연적으로 더 높은 시스템 전력 소모를 야기합니다. 예를 들어, Bluetooth 스피커를 켜거나 끄고 볼륨을 하루에 10 번 조정할 수 있습니다. 그러나 제품과 상호 작용하지 않더라도 메인 프로세서는 계속 활성화되어 센서 데이터를 처리해야합니다.
그러나 저전력은 필수적인 요구 사항이므로 일부 IC 제조업체는 활성 상태에서 센서를 스캔하고 측정 데이터를 처리하기 위해 용량 성 터치 컨트롤러에 디지털 상태 머신을 통합하고 있습니다. 이 방법을 사용하면 대부분의 전력을 소비하는 주 프로세서가 터치 이벤트가 감지 될 때까지 전혀 깨울 필요가 없습니다.
따라서 전력 소비가 용량 성 터치로 전환하는 것을 방해한다면 상태 머신 기반 자동 스캔 기술을 구현하는 MCU를 선택해야합니다.
결론
사용자 경험이 현대 제품 디자인에서 더욱 중요 해짐에 따라 용량 성 터치 센싱 (capacitive touch sensing)은 독창적이고 정교하며 비용 효율적인 사용자 인터페이스를 설계하는 데 점점 인기있는 기술이되고 있습니다. 결과적으로 강력한 용량 성 터치 컨트롤러에 대한 요구로 인해 칩 제조업체는 IC 솔루션을 계속 혁신하고 전력 소비, 설계 유연성, 시스템 복잡성 및 환경 영향으로부터 비롯된 시스템 문제를 해결할 수 있습니다.
편집자 주 : HMI 설계에 관한 시리즈의 두 번째 기사입니다. 첫 번째 기사 인 " 공장 자동화를 위해 HMI를 설계 할 때 염두에 두어야 할 사항 "은 2018 년 2 월 Electronic Products에서 발행되었습니다.