Микросхемы-датчики прикосновения Omron BxTS

Емкостные сенсорные датчики производства Omron применяются как в привычных бытовых приборах (микроволновых печах, кухонных плитах, холодильниках, стереосистемах, стиральных машинах), так и в автоматических охранных системах, выключателях освещения, системах противопожарной безопасности, медицинской технике, словом, везде, где требуется высокая надежность, долговечность и устойчивость к всевозможным внешним воздействиям.

Новая серия микросхем-датчиков BxTS предоставляет разработчикам полную свободу в создании клавиатуры, ограничивая их только рамками воображения. У дизайнера появляется возможность создания кнопок любой формы и площади, т.е. он может рисовать клавиатуру, предполагая использование любого плоского либо выпуклого неэлек­тро­про­водного материала (диэлектрика), например, дерева, резины, пластика, мрамора или стекла. Затем инженер-кон­струк­тор разводит печатную плату (ПП) в соответствии с рисунком дизайнера, другими словами, он повторяет рисунок в одной из сред проектирования, заменяя кнопки контактными площадками, которые потом закроет нарисованная клавиатура.

На сегодня компания Omron предлагает микросхемы-датчики с 16-ю входами, а последовательный интерфейс SPI позволяет объединить несколько микросхем в одну систему, благодаря чему можно разрабатывать клавиатуры практически с любым количеством клавиш. Плоские креативные модели таких интерфейсов могут с успехом заменить традиционные механические клавиатуры. Сенсорное управление идеально подходит для современных стеклокерамических кухонных плит, внешний вид, функциональность и гигиенические свойства которых являются важными факторами выбора интерфейса. Гладкую поверхность гораздо легче чистить, и она более эстетична, чем альтернативные массивные панели управления.

Конечная печатная плата монтируется непосредственно под стеклянную панель, что избавляет от необходимости делать дополнительное отверстие. Напомним, что датчик реагирует на изменение емкости, происходящее в результате интерференции электромагнитных волн. Пользователь прикасается к панели, создавая событие, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Общий принцип функционирования

Используя такое решение, разработчик может свести к минимуму системные затраты, применяя экономически выгодные односторонние ПП. К тому же, в противовес механическим кнопкам, сенсорная микросхема с использованием гибких ПП или других тонкопленочных технологий наиболее универсальна для применения на выпуклых поверхностях. Производители техники не ограничены условиями расположения или геометрии клавиш и могут поставлять на рынок самые разнообразные решения. Технология сенсорного управления все увереннее внедряется в производство крупных бытовых приборов, используется для создания управляющих терминалов и потребительской электроники, являясь надежной заменой механическим средствам переключения.

Нельзя, конечно же, забывать о приборах, требующих антивандального исполнения. Для решения этой проблемы в качестве внешней накладки можно использовать бронированное стекло или твердый пластик. Сенсорная клавиатура вполне может использоваться в различных системах связи, например системе «дом-улица» (домофон), однако важно понимать, что каждое применение требует внимательной проработки всех деталей. Например, в случае с домофоном или уличным таксофоном требуется учитывать, что пользователь может попытаться осуществить ввод информации, не снимая перчаток, и это не является проблемой, а решается настройкой чувствительности. То же относится к системам оплаты и лифтовому оборудованию. Одним словом, нужно хорошо продумывать режимы эксплуатации.

Классический емкостной датчик состоит из усилителя, схемы коммутации и RC-цепочки (см. рис. 2), которая является чувствительным элементом датчика. Этот чувствительный элемент состоит из двух электродов, которые по отношению друг к другу расположены по принципу «открытого» конденсатора (см. рис. 3). Электроды А и В расположены в контуре обратной связи высокочастотного генератора.

Рис. 2. Схема элементарного датчика	Рис. 3. Конструкция чувствительного элемента датчика

В случае отсутствия объектов в области действия поля электродов емкость датчика и амплитуда колебаний имеют низкое значение. По мере приближения объекта к чувствительной поверхности датчика емкость увеличивается, частота колебаний ВЧ-генератора снижается, и это снижение частоты преобразуется в рост выходного напряжения схемы. Пороговая выходная схема датчика вырабатывает сигнал «вкл» или «выкл».
Измеряемая емкость зависит от площади поверхности электродов (S), дистанции (d) и диэлектрической постоянной материала (ε) между ними: C ~ (εS)/d. Работа емкостного датчика зависит от того, какой объект к нему приближен, проводит ли материал электрический ток, заземлен объект или нет. От свойств материала зависит рабочая дистанция датчика, поэтому при ее расчете необходимо учитывать поправочный коэффициент (см. табл. 1).

Данный коэффициент зависит от диэлектрической постоянной материала. Схема включения микросхемы-датчика изображена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема включения микросхемы-датчика

Сенсорные микросхемы BxTS специально разработаны для того, чтобы помочь разработчику построить прототип сенсорной панели управления за несколько часов, а не месяцев, сократить время запуска серии в производство и выхода изделия на рынок. Используя средство разработки B6TWorkbench, инженеры могут экспериментировать с параметрами микросхемы, чтобы достигнуть желаемой чувствительности и качества работы сенсорной панели еще до установки ее в макет готового устройства. Сначала разработчик принимает решение относительно внешнего вида и материала передней панели. Затем вводит требуемые параметры в программное обеспечение для того, чтобы симулятор смог оценить, является ли предложенное решение рабочим. Достаточно ввести лишь размеры, форму, материал и длину проводника по отношению к контактной площадке. «Играя» этими параметрами, пользователь добивается приемлемой работоспособности системы. При такой программной симуляции не требуется дополнительных финансовых затрат.

Рис. 5. Встроенный калькулятор констант

В результате программа автоматически рассчитает номиналы необходимых резисторов и конденсаторов (см. рис. 5). Далее разработчик изготавливает образец сенсорной панели, используя расчеты, полученные в симуляторе, и подключает ее к средству разработки B6TWorkbench. Cамообучающийся алгоритм датчика B6TS устанавливает параметры панели полуавтоматически в соответствии с требованиями пользователя. Только пять параметров необходимы для калибровки панели: опорная величина чувствительности, пороговая величина чувствительности, гистерезис, интеграл обнаружения (задержка на изменения состояния выхода) и компенсация дрейфа (на весь срок службы панели, работающей в режиме «включение-выключение»). Используя окно монитора реального времени в программном обеспечении B6Tworkbench (см. рис. 6), пользователь имеет возможность наблюдать схему работы образца сенсорной панели. Это позволяет оценивать работу при контакте с разными поверхностями (например, при прикосновениях большим или маленьким пальцами, пальцем в перчатке, сухим или мокрым пальцем). На основе полученных результатов выбираются подходящие параметры, и после этого опытный образец клавиатуры готов к массовому производству.

Рис. 6. Окно симулятора среды B6Tworkbench

Компания Omron выпустила не только серию микросхем-датчиков прикосновений, но и предоставила разработчикам бесплатное программное обеспечение, которое позволяет конструировать клавиатуру в соответствии со специфическими потребностями конкретной разработки. При таком подходе время разработки сокращается до минимума, а это немаловажный аргумент при выборе подходящего решения. Рынок емкостных сенсорных датчиков является ключевой сферой деятельности компании Omron, что обязывает ее постоянно расширять ассортимент и качест­во своей продукции.

Более подробную информацию о новой серии датчиков BxTS компании Omron можно получить по тел.: (812) 324-6350 или эл. почте: andrey.mamrukov@petrointrade.ru