Optikai alapú gombnyomás-érzékelés a Vishay-tól
A Vishay VCNL sorozatú integrált közelségérzékelő (PS) és környezeti fényérzékelő (ALS) megoldásai kiválóan alkalmazhatóak robusztus gombnyomás-érzékelésre egy ember-gép interfész (HMI) alkalmazásban.
Nyomáserő-érzékelés használata HMI-alkalmazásokhoz
Mielőtt valaki mélyebben belemerül a technikai részletekbe, először is érdemes megbeszélni, miért van szükség nyomásérzékelésre a HMI-alkalmazásokban, amikor a kapacitív érintés a „de facto” szabvány ezen a területen.
Az autóiparban a jelenlegi trendek a nagy kapacitív TFT-kijelzők és a vonzó grafikus felületek használatára irányulnak. A kapacitív érintésérzékelési technológia a töltés újraeloszlásának mérésére támaszkodik egy kölcsönhatásban lévő tárgy (ujj) jelenlétében, hogy meghatározza annak helyét. Bár a technológia idővel kiforrott, mégsem tökéletes: a kölcsönhatásba lépő tárgy anyaga nagyban befolyásolja a kijelző azon képességét, hogy megbízhatóan érzékelje az érintési eseményeket, így a kesztyű viselése vagy más szigetelő anyagok használata problémát jelenthet. A nagy méretű kapacitív TFT-kijelzők használatának másik hátránya az egyre növekvő méretük: egyre nehezebbé válik, hogy véletlenül ne érintsük meg őket, így a téves kioldás valódi problémává vált a modern HMI-alkalmazásokban. Egy mechanikus gomb ébresztési parancsként való használata potenciálisan megoldhatná ezt a problémát, de az ilyen gombok hajlamosak a kopásra, és korlátozott számú kapcsolási ciklussal rendelkeznek.
A javasolt nyomáserő-érzékelő megoldás az optikai közelségérzékelés elvén alapul, egy infravörös fénysugárzó (IR LED) és egy fotodetektor (PD) segítségével méri a fényvisszaverő tárgy távolságát. A fényvisszaverő tárgyra gyakorolt külső erő, amelyet gondosan a kibocsátó-érzékelő páros fölött, meghatározott távolságban helyeznek el, elmozdulást okoz, ami befolyásolja a visszavert fény intenzitását. A fényvisszaverődés intenzitását a PD mérni tudja és értékes információvá alakítja át.
A nyomásérzékelés koncepciója
A nyomásérzékelés koncepciója
Egy egyszerű, de megbízható nyomáserő-érzékelő HMI valósítható meg úgy, hogy az összes elem egy félig rugalmas burkolattal ellátott házba kerül. Egy ilyen HMI nemcsak az érintési esemény érzékelését, hanem az alkalmazott erő mérését is biztosítja, lehetővé téve a véletlen érintés esetén a téves kioldás megbízható kiküszöbölését. A legfontosabb, hogy az erőt kifejtő tárgy anyaga nem befolyásolja az érzékelés megbízhatóságát, így lehetővé teszi a különböző körülmények (szennyeződés, páratartalom) közötti működést.
A VCNL4030X1 tipikus alkalmazása
Integrált megoldás az egyszerűsített megvalósításért
A javasolt megoldásnak költséghatékonynak és elég egyszerűnek kell lennie ahhoz, hogy a valós alkalmazásokba is bekerüljön. Ezért alaposan meg kell fontolni a megvalósítást: a hagyományos, készen kapható diszkrét alkatrészek használata túl sok driftet és zajt vihet a jelláncba, ami csökkentheti a felbontást és az érzékenységet. Hasonlóképpen, a speciális, alacsony zajszintű komponensek használata negatívan befolyásolná a gyártási költségeket. Összefoglalva, bármilyen diszkrét alkatrészekkel történő tervezés növelné a bonyolultságot és a költségeket, ami a megoldást megvalósíthatatlanná tenné. Itt jönnek a képbe a Vishay integrált optikai érzékelő megoldásai.
A Vishay VCNL sorozatú, autóipari minősítésű (AEC-Q101) integrált közelségérzékelő (PS) és ALS megoldásai esetén az összes szükséges alkatrész egy chipen található, valamint nagy felbontású 12/16 bites ADC átalakítókat és jelkondicionáló áramkört tartalmaz, nagyságrendekkel nagyobb teljesítményt és pontosságot nyújtva, mint bármely hasonló árkategóriájú diszkrét megoldás. Az olyan eszközök, mint a VCNL3030X01 és a VCNL4030X01 az integrált IR LED-ek miatt valamivel jobb választás gombnyomás-érzékelő alkalmazások fejlesztéséhez. A VCNL3036X01 és a VCNL4035X01 az IR LED-ek helyett három integrált LED-meghajtót tartalmaz, így mind nyomás-, mind gesztusérzékelő alkalmazásokhoz jó választás (külső LED-ekkel kombinálva). A nagy felbontásnak és a tökéletesen illeszkedő és kalibrált belső alkatrészeknek köszönhetően ezek az eszközök néhány tíz mikrométeres nagyságrendű, rendkívül pontos méréseket biztosítanak (feltéve, hogy a fotodetektort nem befolyásolja a környezeti fény). A VCNL érzékelőcsalád a teljes nyomáserő-érzékelési megoldást képviseli, egy mechanikus gombhoz közeli árat és egyszerűséget kínálva.
Haptikus visszajelzés hozzáadása a tervezéshez
A haptikus (néha erő-visszacsatolásnak is nevezett) működtetőelemek tapintásérzékelős visszajelzést biztosítanak az érintés aktiválásáról, ami nagyon fontos a nem mechanikus, érintésmentes HMI-kialakítások, például a kapacitív TFT és az optikai erőérzékelés esetében. A haptikus aktuátorokat gyakran úgy tervezik, mint egy apró motort, amely a tengelyére erősített kiegyensúlyozatlan súlyt (rezgőmotor) hajt. A szolenoid platformok azonban a haptikus termékek vezető alaptechnológiái közé tartoznak. Az ilyen aktuátorok nagy gyorsulást biztosítanak, ami megbízható tapintási visszajelzést tesz lehetővé a körülmények széles skáláján (pl. a motor háttérrezgései).
A VCNL optikai érzékelő megoldásain kívül a Vishay egyedi mágneseket is kínál a haptikus visszajelzés megvalósításához, mint például a kompakt IHPT-1411AF-AB0 haptikus visszajelző működtetőt, statikus „U" maggal és mozgó „I" rúddal. Ez a kompakt szolenoid mindössze 35,6 × 34,95 mm méretű, és olyan rögzítőfuratokkal rendelkezik, amelyekkel könnyen integrálható egy érintőképernyőbe vagy egy érintőgombos alkalmazásba.
Az aktuátor 0,5 kg-os terhelést képes meghajtani 6 g gyorsulásig 12 V és 5 ms-os impulzusok használatával, így tökéletes választás az állandó háttérrezgéseknek kitett alkalmazásokhoz.
A haptikus visszajelző aktuátor
A haptikus visszajelző aktuátor
Amint az már korábban említésre került, a VCNL sorozat tartalmaz egy alkalmazásspecifikus integrált áramkört (ASIC) funkciógazdag DSP-részleggel, amely lehetővé teszi a zökkenőmentes működést a haptikus aktuátorokkal való használat során. Az integrált DSP többek között olyan funkciókat kínál, mint a közelség megszüntetése, belső átlagolás, küszöbértékkel vezérelt megszakítások, választható mérési sebesség, így a fejlesztők számára eszközöket biztosít a haptikus visszajelzés egyszerű megvalósításához és a pontos rendszerkalibrációhoz még az alacsony költségű, alacsony szintű MCU platformokon is. A nagy felbontású érzékeléssel, kalibrációval és a tervezéssel kapcsolatos részletesebb műszaki információk a Vishay alkalmazási jegyzeteiben találhatók.
Egy gombnyomás-érzékelést bemutató eszköz
Összefoglalva
Bár ezek a közelségérzékelők nem helyettesítik teljesen a szép grafikus felhasználói felületet, különböző autóipari alkalmazásokban is használhatók, beleértve a fő kijelző ébresztési parancsát, az ülésdöntés kapcsolóját, a műszerfalon lévő nyomógombot és hasonló alkalmazásokat. Az nyomáserő-érzékelős ember-gép interfész az autón kívüli fogyasztói és ipari alkalmazások legszélesebb körében is nagyon hasznos lehet: a mechanikus kapcsolókkal ellentétben az optikai nyomásérzékelős HMI-k az érintkezés nélküli felépítésnek köszönhetően nem kopnak az idő múlásával, és korlátlan számú kapcsolási ciklust bírnak ki.
Az EBV Elektronik mint vezető félvezető-forgalmazó Európában széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy megbizonyosodhasson arról, hogy az alkalmazásaihoz a legoptimálisabb megoldást választja!
Több mint disztribúció – EBV Elektronik!
Gnyálin István
EBV Elektronik Kft.
1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
Tel.: +36 30 470 34 96
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.ebv.com
