Zapomnij o frustracji towarzyszącej parkowaniu dzięki pojemnościowej klawiaturze dotykowej

Czasami wydaje się, że automaty z biletami parkingowymi są celowo zaniedbywane, aby wyciągnąć więcej opłat parkingowych od osób niezdolnych lub nie chcących czekać, aż automat zadziała na tyle, aby dać im ich bilet. Sam dość się zdenerwowałem, gdy natknąłem się na jeden z niesprawnymi przyciskami klawiatury, co zmusiło mnie do polowania w okolicy na działający parkomat. Znalezienie wolnego miejsca parkingowego jest w wielu miastach wystarczająco trudne, dlaczego nie może to być prosty proces z działającymi maszynami?

Klawiatury mechaniczne nieuchronnie ulegają degradacji z powodu zużycia i wandalizmu (myślę o moim kuzynie, który kiedyś, siedząc mi na kolanach, wydłubał klawisze „E”, „G” i „V” z klawiatury komputera). Mając za zadanie zaprojektować nowe maszyny do parkowania na otwartej przestrzeni, pierwszą rzeczą, którą chciałbym rozważyć, to zastąpienie klawiatur mechanicznych dotykowymi, pojemnościowymi w celu wyeliminowania problemów mechanicznych, a także nadania maszynie eleganckiego, bardziej wyrafinowanego wyglądu.

Czym jest pojemnościowy czujnik dotykowy

Jak sama nazwa wskazuje, pojemnościowe wykrywanie dotyku polega na wykrywaniu sygnału wejściowego na podstawie zmiany pojemnościowej indukowanej zwykle przez dotyk ludzki. Choć kiedyś była to technologia premium, pojemnościowe czujniki dotykowe są obecnie powszechnie stosowane w różnych produktach elektronicznych. Smartfony, tablety, właściwie każdy ekran, z którym można wchodzić w interakcje poprzez dotyk, może być wyposażony w pojemnościowy czujnik dotykowy.

W elektronice pojemnościowe wykrywanie dotyku zrewolucjonizowało konwencjonalne mechaniczne klawiatury numeryczne do zastosowań przemysłowych i komercyjnych. Kontrolery bezpieczeństwa, które wymagają osobistego numeru identyfikacyjnego (PIN), przeszły z klawiatur mechanicznych na pojemnościowe. To samo dotyczy parkomatów na otwartej przestrzeni, których nowsze wersje są wyposażone w pojemnościowe klawiatury dotykowe, ponieważ są one mniej podatne na wandalizm i degradację przez wpływ środowiska zewnętrznego.

Zasada projektowania pojemnościowego wyczuwania dotyku, szczególnie w projektach klawiatur, polega na tworzeniu szeregu elektrod, z którymi ludzkie palce wchodzą w interakcje. Elektrody te są połączone z pojemnościowym kontrolerem dotykowym, w którym mierzy się pojemność i przelicza ją na wartości cyfrowe. Elektrody wytwarzają pole elektryczne, w którym obecność ludzkiego palca zmieni pojemność względem tej mierzonej w stanie bezczynności. Kontroler wykrywania pojemności porównuje następnie zmiany pojemności z pojemnością zadaną, aby zdecydować, czy wystąpiło zdarzenie dotykowe.

Parkuj za rogiem: konstrukcja pojemnościowej klawiatury dotykowej

Największym wyzwaniem w projektowaniu klawiatury dotykowej jest prawidłowe zaprojektowanie układu PCB. Choć może się to wydawać proste, oto kilka kluczowych kwestii do rozważenia przy projektowaniu:

1. Materiały panelu przedniego: płytka drukowana, która tworzy elektrody, jest zwykle montowana w obudowie czujnika. Dlatego przedni panel oddzielający elektrody od dotyku człowieka ma zasadnicze znaczenie dla czułości pojemnościowego wykrywania dotyku. Materiał panelu przedniego o wysokiej stałej dielektrycznej pozwala na silniejsze pole elektryczne, a tym samym większą czułość. Zwykle preferowane są materiały takie jak szkło i plastik,, ponieważ mają wysoką stałą dielektryczną. Grubość materiału panelu przedniego wpływa również bezpośrednio na czułość dotykową. Cienki panel przedni zapewni lepszą czułość niż grubszy.

^{Szkło o wysokiej stałej dielektrycznej zadziała świetnie jako panel przedni.}

2. Kształty i rozmiary: jeśli chodzi o pojemnościowe wykrywanie dotyku, nie wszystkie kształty i rozmiary są sobie równe. Okrągły przycisk jest najlepszą opcją, ponieważ zapewnia najsilniejsze pole elektryczne nad przyciskiem. Kształty o kątach mniejszych niż 90°, np. trójkąt, nie są idealne, ponieważ ostry narożnik może być bardziej czuły, tworząc w ten sposób nieliniowy obszar wykrywania. Co więcej, ostre krawędzie są również podatne na większą emisję zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Na wrażliwość elektrody ma również wpływ rozmiar i grubość nakładki. Im większa średnica obszaru, tym lepsze wykrywanie. Odwrotna sytuacja dotyczy grubości nakładki – czułość spada wraz z jej wzrostem.

3. Ścieżki: pojemnościowy czujnik dotykowy działa na zasadzie konwersji pomiarów analogowych na wartości cyfrowe i wymaga zaprojektowania ścieżek zgodnie z najlepszymi praktykami w celu uzyskania optymalnej wydajności. Ścieżki są przedłużeniem samej elektrody i powinny być prowadzone w obszarach, które nie będą dotykane przez człowieka. Ma to na celu zapewnienie, że zmiany pojemnościowe będą zachodzić tylko w samej elektrodzie. Ścieżki powinny być jak najkrótsze. Szerokość ścieżek elektrod powinna być ograniczona do minimum i należy zachować odpowiedni odstęp między nimi. Powinny być również umieszczone z dala od innych silnych sygnałów, aby uniknąć sprzężenia krzyżowego.

4. Pokrywanie masy: Aby uzyskać wysoką wydajność pojemnościowego wykrywania dotyku, elektrody muszą być zaprojektowane w taki sposób, aby były jak najmniej zakłócane przez szumy. Wykonanie płaszczyzny uziemienia wokół elektrody wydaje się logicznym krokiem. Jednak lita płaszczyzna uziemienia zwiększy pasożytniczą pojemność obszaru wykrywania i zmniejszy czułość. Dlatego niejednolita, podzielona na pasy płaszczyzna uziemienia jest najlepszym wyborem dla zapewnienia równowagi między odpornością na szum a pojemnością pasożytniczą.