PROBLEMATYKA RUTOWANIA W BEZPRZEWODOWYCH...

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

Zygmunt Kubiak 2 12-2015

Dotykowe czujniki rezystancyjne Do niedawna należały do najczęściej stosowanych Wykorzystują pomiar rezystancji - rozwiązania: 4-

przewodowe (4-wire), 5-przewodowe (5-wire) oraz 6-przewodowe (6-wire)


Dotykowe czujniki rezystancyjne Czujnik 4-przewodowy składa się że sztywnego

podłoża pokrytego warstwą przeźroczystej substancji oporowej ITO będącej związkiem indu, cyny i tlenu oraz elastycznej membrany, również pokrytej taką samą warstwą oporową.

Podłoże i membrana przy braku nacisku nie stykają się ze sobą. W momencie dotknięcia obwód zostaje zamknięty.

Kontroler ekranu dotykowego mierzy wówczas oporności między dwoma przeciwległymi krańcami podłoża, wykorzystując membranę jako próbnik, a następnie – rozkład oporności na membranie w kierunku prostopadłym do poprzedniego, jako próbnika używając podłoża.

Porównanie stosunków oporności pozwala określić współrzędne punktu dotknięcia.


Dotykowe czujniki rezystancyjne W wersji 5-przewodowej rolę próbnika pełni zawsze

membrana, a pomiar rozkładu oporności dokonywany jest zawsze na podłożu – najpierw między elektrodami umieszczonymi wzdłuż pionowych, a potem poziomych boków ekranu.

Zalety: niska cena możliwość aktywowania dowolnym przedmiotem, może

być to równie dobrze palec, jak i długopis czy rysik wykonany z dowolnego materiału

wysoka dokładność. Wady:

niska żywotność (ok. 35 mln dotknięć) pogorszona przezroczystość (82…85%)


Dotykowe czujniki pojemnościowe Zamiast membrany jest sztywna, nie przewodząca

warstwa ochronna (np. płyta szklana) Zasada działania czujnika pojemnościowego


Dotykowe czujniki pojemnościowe Zalety:

Znakomita dokładność Wysoka przepuszczalność światła (88…92%) Odporność na uderzenia i zarysowania, ciecze Długa żywotność (ok. 225 mln dotknięć)

Wady: Niemożność aktywowania za pomocą izolatora (np.

rękawiczki)


Dotykowe czujniki SAW (surface acoustic wave) Fale akustyczne o częstotliwości 5 MHz, wytwarzane

przez nadawcze elementy piezoelektryczne umieszczone w przeciwległych narożnikach matrycy, rozchodzą się w szklanym pokryciu ekranu, po czym odbijają się od elementów zwanych reflektorami i trafiają do piezoelektrycznych odbiorników

Dotknięcie powierzchni zaburza rozchodzenie się fal i częściowe pochłonięcie energii

Określenie punktu dotknięcia dokonywane jest przez pomiar zmiany amplitudy fali odbitej

Zalety: wysoka odporność na zadrapanie długa żywotność przepuszczalność ok. 90%

Wady: wysoka wrażliwość na ciecze brak możliwości aktywacji przy pomocy izolatora


Dotykowe czujniki SAW (surface acoustic wave) Zasada działania ekranu z akustyczną falą powierzchniową

SAW


Dotykowe czujniki wykorzystujące promieniowanie podczerwone

Diody podczerwieni (nadawcze) umieszczone są na dwóch prostopadłych krawędziach ekrany a diody odbiorcze – na krawędziach przeciwległych

Kolejne, odpowiadające sobie, pary diod nadawczych i odbiorczych uruchamiane są cyklicznie, z dużą prędkością.

Przesłonięcie któregoś z poziomych i pionowych promieni pozwala na określenie miejsca dotknięcia

Zalety:

wysoka przenikalność (>90%) możliwość aktywacji dowolnym przedmiotem

Wady: wysoka wrażliwość na zabrudzenia wysoka wrażliwość na światło


Dotykowe czujniki wykorzystujące promieniowanie podczerwone

Zasada działania ekranu dotykowego działającego z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego


Dotykowe czujniki NFI (ang. Near Field Imaging) z pomiarem zaburzeń pola elektrostatycznego

Ekran zbudowany jest z dwóch laminowanych tafli szkła oraz z przezroczystej warstwy obwodu elektrycznego (w postaci napylonej substancji ITO na wewnętrznej stronie jednej ze szklanych płyt)

Do obwodu ITO doprowadzone jest napięcie przemienne celem wytworzenia pola elektrostatycznego na powierzchni membrany dotykowej. Dotknięcie pola jakimkolwiek przedmiotem wywołuje zaburzenia, na podstawie których kontroler określa miejsce dotknięcia

Zalety:

wysoka przezroczystość (>90%) duża odporność na uszkodzenia mechaniczne wysoka odporność na zabrudzenia, wibracje, chemikalia

Wady: wysoka cena


Dotykowe czujniki NFI (ang. Near Field Imaging) z pomiarem zaburzeń pola elektrostatycznego

Zasada działania ekranu dotykowego wykonanego w technologii NFI


ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010


Aktualnie zaczynają dominować technologie pojemnościowe

Dostępne są dwie drogi: scalone kontrolery pojemnościowych klawiatur

i nastawników różnego typu biblioteki do klawiatur pojemnościowych, dostarczane

przez producentów mikrokontrolerów



Schemat aplikacyjny układu PCF8883 (f. NXP) Kontroler jednokanałowy

Wejście „Type” określa tryb pracy układu Wejście „CPC” ustala czułość wejścia

pojemnościowego Wejście „CLIN” ustala szybkość próbkowania




Tryby pracy Układ zawiera autokalibrator, który zapobiega

nieprawidłowemu działaniu układu pod wpływem zmian wilgotności, temperatury i wymiarów lub kształtu czujnika


Technologia AKS (ang. Adjacent Key Suppression) firmy Atmel

AKS powstała na podstawie opracowań ang. firmy Quantum Research Group, która wprowadziła na rynek kilka rodzin kontrolerów klawiatur pojemnościowych:

QTouch - do obsługi pojedynczych przycisków QMatrix – do obsługi matryc przycisków QWheel/QSlide – do obsługi nastawników

obrotowych i suwakowych

Atmel w ramach AKS wprowadził kilka nowych udoskonalonych opracowań dla obecnych wymagań

Układy czujnikowe AKS automatycznie adaptują się do zmieniających się warunków otoczenia (np. wilgotność, temperatura, starzenie dielektryka)




Schemat aplikacyjny czujnika z rodziny AT42QT101x, obsługującego pojedynczy przycisk.

Układy z tej serii mogą pracować jako przełącznik

z ograniczeniem maksymalnego czasu „naciśnięcia” (AT42QT1010), bez takiego ograniczenia (AT42QT1011) oraz przełącznik bistabilny (AT42QT1012)




Układ QT1040 – zawiera wyjścia do sterowania LED




Układy obsługujące wiekszą liczbę „przycisków” wyposażane są w interfejsy SPI, I2C ale są również z UART


QT60326/486


Firma STMicroelectronics w swoich rozwiązaniach sterowników klawiatur zastosowała technologię DigiSensor, opracowaną przez koreańską firmę ATLab a STM nazwaną STouch

W ofercie STM znalazły się kontrolery wielowejściowych klawiatur zintegrowane z ekspanderami I/O

W serii z sufiksem PX oprócz standardowych funkcji układów pojemnościowych wyposażonych w wyjścia LED wyposażono je w czujniki zbliżeniowe

Wszystkie układy są wyposażone w interfejs I2C W ofercie znajdują się również układy wyposażone dodatkowo

w wyjścia PWM Układy wyposażono w zaawansowane systemy kalibracji i

kompensacji zmian parametrów otoczenia – ułatwia to dostosowanie czułości poszczególnych kanałów do wymagań aplikacji

Konfigurowalne są cztery mechanizmy: AFS (ang. Advanced Data Filtering), ETC (ang. Environment Tracking Calibration), TVR (ang. Touch Variance) i EVR (ang. Environmental Variance)




Układ STM8T141 - układ podstawowy Układ wyposażono w pamięć OTP (programowaną przez

użytkownika), przeznaczoną do konfiguracji układu, m.in.: częstotliwość próbkowania, tryb oszczędzania energii, konf. detektora zbliżeniowego itp.)




Układ STM8T141 – schemat blokowy



Firma Freescale od kilku lat produkują kontrolery klawiatur serii MPR08x

MPR08x wyposażone są w interfejs I2C i mogą obsługiwać nastawniki obrotowe do 8 pozycji, klawiatury do 20 przycisków

Nowością są: układy MPR031/032, przystosowane do obsługi dwóch

lub trzech pól przyciskowych, interfejs I2C – bardzo prosty schemat aplikacyjny

układ MPR121, wyposażony w udoskonalony detektor zbliżenia palca i możliwość sterowania LED



Firma Freescale



Zasada działania


Firma Microchip – mTouch Elementy składowe mTouch Sensing



Firma Microchip – mTouch Budowa czujnika dotykowego

Zmiana pojemności po dotknięciu



Firma Microchip – mTouch mTouch wykorzystuje rozwiązanie oscylatora

relaksacyjnego Wzrost pojemności powoduje spadek częstotliwości,

co wynika ze wzrostu stałej czasowej




relaksacyjnego




relaksacyjnego Pomiar częstotliwości oscylacji za pomocą timerów




relaksacyjnego Algorytm procedury przerwaniowej do obsługi

sensorów pojemnościowych


average, raw - zmienne

trip - stała



relaksacyjnego Ewolucją „mTouch” jest rozwiązanie, wyposażone w Charge

Time Measurement Unit (CTMU) zapewniające dokładniejszą metodę pomiarową

CTMU jest dostępny jako moduł sprzętowy w nowych mikrokontrolerach PIC

Schemat blokowy CTMU



Firma STMicroelectronics Zbliżenie palca do pola czujnikowego („naciśnięcie”

przycisku) wydłuża czas ładowania pojemności referencyjnej co jest wykrywane za pomocą timerów

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2009 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2009 i 6/2010


Firma STMicroelectronics Dla mikrokontrolerów STM8 opracowano biblioteki do

obsługi klawiatur bezstykowych, wykorzystujące dwa timery odmierzające odcinki czasu t1/t1’ oraz t2/t2’

Generowanie przebiegów ładowania i rozładowania pojemności referencyjnej zostało również zmodyfikowane aby zwiększyć pewność działania czujnika przy zmianach warunków występujących w otoczeniu (wilgotność, temperatura, grubość naskórka itp.)



Firma STMicroelectronics Aby zwiększyć pewność działania, programista

korzystający z bibliotek może zmodyfikować jeszcze jeden parametr a mianowicie liczbę poprawnych wyników, niezbędnych do wykrycia zbliżenia palca do pola czujnikowego – przypomina to działanie procedury filtrującej drgania styków w klawiaturach mechanicznych



Firma STMicroelectronics Rozwiązanie sprzętowe korzystające z bibliotek dla

„przycisków” pojemnościowych („Touch Sensing Library”)

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 4/2009 i 6/2010


Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Konstrukcja czujnika pojemnościowego realizowanegona

płytce drukowanej – palec zakłóca pole elektryczne



Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Generator relaksacyjny na bazie komparatora



Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Metoda pomiaru częstotliwości WDT pracuje w trybie generatora, tworząc okno

pomiarowe, w którym wyznaczana jest częstotliwość badanego sygnału



Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 System wielo-czujnikowy wykorzystujący komparator

Texas Instruments SLAA363A 2007


Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Metoda pomiarowa z rozładowaniem kondensatora



Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Metoda pomiarowa z rozładowaniem kondensatora Rozwiązanie wieloczujnikowe



Firma Texas Instruments Klawiatury pojemnościowe dla MSP430 Metoda pomiarowa z ładowaniem/rozładowaniem

kondensatora


Zaletą tej metody jest możliwość pomiaru każdego z czujników w dwóch kierunkach

Zygmunt Kubiak 51

05-

201

5

PROBLEMATYKA RUTOWANIA W BEZPRZEWODOWYCH...

Documents

Transcript of PROBLEMATYKA RUTOWANIA W BEZPRZEWODOWYCH...