新型触摸控制器可改造工业人机界面

日期:2019-06-04
 
最新的触摸控制器提供了新的功能,帮助工程师在设计触摸界面时克服潜在的问题。
 
作者:Ian Crosby,销售和营销总监,Zytronic
 
危险或工业应用中使用的人机界面(HMI)的使用寿命很长,在将交互式技术集成到这些系统中时,其设计者面临许多挑战。新一代触摸控制器将改变工业投影电容(p-cap)触摸屏的设计,其技术创新将提供比以往更好的性能和功能。具体来说,更高的驱动电压会提高对不利条件的容忍度。
 
提高了抗噪性
p-cap触摸屏性能的最大限制是抗噪声。当触摸控制器接收到来自传感器的信号时,它必须区分真假触摸(由电磁干扰或EMI造成)。用手指紧紧地按在屏幕上会发出清晰的信号,但如果用户戴着手套,轻轻地触摸,或者屏幕位于厚玻璃罩后面和/或表面受到污染,则该信号会减弱。提高灵敏度的关键是通过触摸控制器将驱动信号应用于传感器发射(Tx)电极阵列。此信号的电平是一个典型的权衡,低电压信号可能会被环境中的EMI淹没,高驱动电压可能会对传感器本身产生干扰,这可能会降低性能。
由于现有“现成”触摸控制组件和ASIC的限制,大多数p-cap触摸屏制造商被迫使用直流电流在20-30V之间的Tx信号。然而,Zytronic的新ZXY500系列控制器的设计目的是在业界领先的Tx驱动电压高达40V的情况下运行,从而在极具挑战性的工业应用中实现全多点触控检测。
这项创新的成果是引人注目的。较高的驱动电压降低了噪声对捕获数据的影响。这种噪声的一个重要来源是显示器本身的接近性。对于所有投射的电容式触摸屏,必须在显示屏的前部和触摸传感器的后部之间留出一个间隙(空气或树脂填充),而新的ZXY500控制器现在可以根据为系统选择的显示器的大小和类型大幅减小该间隙。这不仅使整个界面变得更薄、更紧凑,还减少了显示器和叠加传感器之间的光学视差,提高了用户体验和触摸精度。
每个Zytronic投影电容式触摸传感器都是由一个导电矩阵制成的,该导电矩阵层压在屏幕的后表面内。这个矩阵由一排超低电阻的微型电极组成,这些电极在动力显示器上几乎看不见。这些电极连接到远程安装的触摸控制器上,该控制器向感应阵列施加一个小电荷。当手指、导电触针或已知物体接近传感器前表面时,在感应阵列内的交叉点处检测到施加在导电矩阵上的电荷的变化。这种感应变化在接触点的正下方是最大的,触摸控制器的固件算法过滤干扰,计算应用的触摸位置,并以X-Y位置坐标流的形式将这些数据快速传输到主机。
Zytronic经验丰富的工程师团队设计了触摸解决方案的所有三个要素,以最佳方式协同工作:传感器、控制器及其嵌入式固件。
 
触摸屏设计
除了直接提高性能外,这一新一代ZXY500触摸控制器与Zytronic灵活的p-cap制造工艺(图1)相结合,为系统设计者提供了无限的机会来定制用户界面的外观,无论其数量如何,优化其应用并帮助区分整体硬件和竞争产品。
 
图1:Zytronic的柔性P-Cap制造工艺
 
新的控制器允许屏幕触摸活动区域周围的边界大幅减少(图2),例如,55英寸显示屏设计的触摸传感器现在可以设计为低于10毫米边界,有助于减少用户界面的“足迹”,在空间有限的应用中非常有用。
 
图2:Zytronic的新控制器使触摸屏活动区域周围的边界大大减少。
 
Zytronic已经能够通过固件中的专有新触摸检测算法来实现这种边界减少,该算法允许传感器边界中的发送和接收电极在不产生干扰或“串音”的情况下更近地定位在一起。
ZXY500控制器现在也可以在投影电容触摸屏的动态活动区域的边缘设计“软键”(图3)。这些固定触摸“按钮”由同一控制器管理,它们的功能可由系统设计者定义,例如调光/增加亮度或提高和降低音量的键。这在通过机械控制进行密封和进水的应用中很有用。它还使设计师能够使用更小、更便宜的显示器,同时在单一、完整的表面上保持屏幕周围的触摸互动性。
 
图3:新的Zytronic ZXY500控制器现在也可以围绕投影电容触摸屏的动态活动区域边缘设计“软键”。
 
新的p-cap控制器支持多达80个同时触摸,实现真正的多用户交互,并改进了“手掌”拒绝功能,即检测和忽略异常触摸,如一只手臂停留在屏幕上。ZXY500控制器内的Zytronic专用ASIC(图4)还提高了触摸检测的速度,在控制器输出时仅需1毫秒即可更新触摸坐标,与上一代控制器相比,减少了三分之一的触摸延迟,并改善了整体用户体验。他们还可以通过8毫米以上的覆盖玻璃可靠地检测触摸-即使是戴着手套的手,并且不受雨水、盐水、油或触摸传感器表面冰的影响。
 
图4:Zytronic ZXY500控制器内的专用ASIC还提高了触摸检测的速度,在控制器输出端仅1毫秒内更新触摸坐标。
 
触觉反馈
所有类型的触摸屏都有一个共同的缺点,那就是它们不能像机械控制那样提供触觉反馈。这可能是一个缺点,例如,如果用户在操作屏幕时将视线移开,可能会导致意外触摸。
ZXY500投射电容式触摸控制器的一个特点是“力”感应(图5)。Zytronic开发了定制的触摸检测固件,当更牢固地按压到屏幕上时,该固件会响应指尖增加的表面积,并相应地区分其输出。然后,软件开发人员可以根据施加的压力,使用控制器中的分级信息来激活不同的功能,例如发出一条声音消息,提醒用户在轻轻触摸屏幕时选择的选项,然后在用力按压时确认选择。例如,当用户的手指在屏幕上移动时,仪器可以说“温度”、“压力”或“时间”。一旦手指超过了正确的选项,一个坚实的按压作出选择,而没有不正确触摸的风险。
 
图5:Zytronic开发了自定义触摸检测固件,可响应压力和触摸位置。
 
系统集成与通信
用户界面设计成功的一个关键因素是如何容易地将控制器集成到系统的其余部分。USB是一种非常流行的接口,但有些应用需要RS232、I2c或SPI接口。
尺寸也是一个重要的考虑因素,新ZXY500系列中最小的P-Cap控制器的尺寸已显著减小到61 x 64mm,以支持Zytronic高达约19”的触摸传感器尺寸(图6)。将触摸传感器连接到新控制器的柔性印刷电路(FPC)的长度也减少到了120毫米,进一步简化了集成。
 
图6:ZXY500范围最小的P-Cap控制器的尺寸已显著减小至仅61 x 64mm,以支持尺寸高达19英寸的Zytronic触摸传感器。
 
最后,新的控制器被设计为符合HID(人机界面设备),并提供“即插即用”操作,如后来的Windows操作系统,也支持Linux和Android版本,适合多点触摸输入。
 
结论
最新的Zytronic投射电容式触摸控制器为性能设定了新的标准,使传感器能够在先前排除它们的工业环境中可靠地工作。即使在高电磁干扰和接触污染物的苛刻条件下,触摸屏也提供了一个坚固、响应迅速的用户界面。它们是户外和无人值守应用的理想选择,可以在不影响性能的情况下完全保护其免受物理损坏和环境因素的影响。
 
https://zytronic.co.uk/
 

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