ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
Oct # TME square

ETNtv

Watch ECF videos

 
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

 2022  # square  (4)
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Tweet

TECHNICAL ARTICLES

Pietsosähköistä kosketusta

Tietoja
Kirjoittanut Tom Houston, Aito
Julkaistu: 11.04.2014
  • Suunnittelu & ohjelmointi

Olemme tottuneet siihen, että kapasitiivisia ja resistiivisiä kosketuspaneeleja on kaikkialla. Usein pietsosähköinen ratkaisu olisi kuitenkin parempi.

Kirjoittaja Tom Houston on Aiton kaupallinen johtaja Hänellä on yli 20 vuoden kokemus liiketoiminnan kehittämisestä niin monikansallisissa yhtiöissä kuin startupeissa. Tomin alkuperäinen koulutus liittyy informaatiojärjestelmiin. Myöhemmin hän on valmistunut MBA:ksi Ulsterin yliopistosta.

Viime vuosina olemme kaikki tottuneet kosketusnappeihin, erityisesti kulutuselektroniikassa kuten matkapuhelimissa tai tableteissa. Useimmat näistä hyödyntävät kapasitiivista kosketustekniikkaa. Resistiivinen ja pietsosähköinen kosketus voi kuitenkin olla sopivampi valinta monissa sovelluksissa. Lisäksi viime aikaiset kehitysaskeleet ohjelmallisesti parannellussa pietsosähköisessä (SEP, software enhanced piezoelectric) kosketuksessa vie tätä joustavaa, kustannustehokasta tekniikkaa laajempaan käyttöön kestävämmissä (rugged) kosketusohjauksessa. Tämä artikkeli antaa yleiskuvan niistä päätekijöistä, joiden perusteella kosketustekniikka valitaan. Artikkelissa kuvataan myös uusimpia teknisiä kehityksiä, kuten esimerkiksi kasvavaa kiinnostusta lisätä haptinen palaute kosketusohjaimiin.

Miksi kosketus?

Pääsyyt valita mitä tahansa kosketustekniikka käyttöliittymään ovat suunnittelun vapaus, käyttökokemuksen parantaminen ja kustannussäästöihin pääseminen.

Perinteiset sähkömekaaniset kytkimet ovat heikko vaihtoehto kaikissa suhteissa. Niitä on tuhansia eri tyyppejä, mutta niiden yhdistäminen houkuttelevalla tavalla käyttöliittymäksi on vaikeaa ja aikaa vievää. Kun ratkaisu on kerran suunniteltu, on hyvin vaikeaa luoda erilaisia ohjauspaneelin variantteja, tai muuttaa suunnittelua. Usein kytkin osoittautuu elektroniikkajärjestelmän epäluotettavimmaksi komponentiksi, erityisesti jos järjestelmää käytetään vaikeissa olosuhteissa. Ja pitää muistaa, että sähkömekaaninen kytkin on kallis ja epäelegentti ratkaisu elektroniikkapiirien kytkemiseen. Täytyy porata reikiä, usein vaaditaan manuaalista kokoonpanoa, ja paneelin suojaaminen kosteudelta ja muilta epäpuhtauksilta muodostaa suuria haasteita suunnittelulle.

Aiempi edullinen vaihtoehto: resistiivinen kalvokytkin

Resistiivinen kosketuskytkin koostuu kahdesta johtavasta kalvosta, joiden välissä on eristävä kerros. Yksittäiset kytkimet määritellään tekemällä reikiä eristävään kerrokseen (spacer), joiden ansiosta johtavat kerrokset tulevat kontaktiin kun sormella tai stylus-kynällä painetaan niitä yhteen. Koska kontaktin syntyminen edellyttää 0,1-0,5 millin mekaanista liikettä, rakenteen pintapaneelin täytyy olla aika joustava, mikä rajoittaa käytettävien materiaalien määrää. Rakenteessa voidaan käyttää muovisia tai metallisia kupuja, joilla saadaan mukaan tuntoaistimus, mutta tämä voi kasvattaa vaadittavan liikkeen pituutta aina milliin asti. Tämä lisää mekaamisen kulumisen ongelmia, mikä muuttaa kytkinten tuntua ajan myötä.

Kapasitiivinen kosketus: ei mekaamista liikettä mutta muita rajoituksia

Viime vuosina matkapuhelimet ja tabletit ovat luoneet käyttöliittymien vallankumouksen, kun käyttöön on tullut erilaisia kapasitiivisen kosketuksen muotoja kosketusnäyttöjen ja -paneelien ohjaukseen. Kytkentäkohdat määritellään joko räätälöitynä kuviona tai X-Y-matriisina, jossa johtavat linjat ovat paneelin sisäpinnalla. Lasipintaisissa näytöissä käytetään läpinäkyvää indiumtinaoksidia eli ITOa. Kosketus havaitaan, kun käyttäjän sormi häiritsee ajurisignaalin generoimaa sähköstaattista kenttää. Tämä aiheuttaa kapasitiivisen kytkennän vastaanottaviin elektrodeihin tai maahan.

Herkkyys, nopeus, tarkkuus ja resoluutio, joilla aiottu kosketus rekisteröidään, ovat suunnittelun kompromisseja. Näihin ominaisuuksiin vaikuttavat kosteus tai muut epäpuhtaudet kosketuspinnassa. Toiminto heikentyy tai estyy, jos käyttäjällä on kädessään hanskat. Metallisia pintoja ei voi käyttää, joten todella kestäviä kosketuspaneeleja ei voi valmistaa. Myös epäjohdonmukainen vaste voi vaikeuttaa oikeanlaisen palautteen antamista käyttäjälle.

Pietsosähköinen nappi tuo joustavuutta suunnitteluun ja kestävyyttä kosketuspaneeliin

Pierre ja Jacques Curien 1880-luvun alkupuolella keksimää pietsosähköistä (eli painesähköistä) ilmiötä voidaan hyödyntää ylittämään sekä resistiivisen että kapasitiivisen koskestustekniikan rajoitukset. Lisäksi tekniikka voidaan ottaa käyttää kapasitiivista kosketusta edullisemmin.

Luonnon kvartsikiteet, Rochellen suola, turmaliini ja valmistetut keraamiset aineet kuten bariumtinanaatti ja PZT-komposiitti (lyijyn, zirkoniumin ja titaanin oksidien seos) tuottavat sähköä, kun niihin kohdistetaan mekaanista painetta sormella tai stylus-kynällä. Mekaaninen liike on alle yhden mikronin luokkaa, eli kertaluokkia pienempi kuin resistiivisissä kosketusnäytöissä.

Pietsokosketuskytkimen kerrosrakenne on esitetty kuvassa 1. Paneelin ylimpään kerrokseen kohditettu paine johdetaan pietsosähköisen elementin kautta, joka on johtavan foliokalvon ja piirikortin kuparikontaktien välissä.



Kuva 1. Pietsosähköinen materiaali on johtavien kerrosten välissä. Kun rakennetta painetaan, pietsokytkin taipuu.

Ylin kerros, konka käyttäjä näkee, on painettu, leimattu tai pakotettu vaadittavalla informatiolla, ja RoHS-yhteensopivat pietsosähköiset johtimet istutetaan eristävän kerroksen reikiin. Kerrosrakenne, joka yleensä vain lisätään piirikortin päälle, voi olla vain 0,3 milliä paksu.

Varhaisimmissa toteutuksissa pietsosähköiset napit kärsivät epäjohdonmukaisesta toiminnasta, joka aiheutui kohdistetun paineen muuttumisesta, pietsosähköisten materiaalien variaatioista ja lämpötilan rakenteeseen aiheuttamista muutoksista.

Käyttämällä Aito-piirin kaltaisia ratkaisuja nämä variaatiot kompensoidaan, minkä ansiosta voidaan toteuttaa vakaita ja luotettavia pietsosähköisiä kosketuspaneeleita, jotka toimivat jopa vaativissa olosuhteissa, joissa muut kosketustekniikat eivät toimi ollenkaan.



Kuva 2. Aito-piiri tuo täydellisen liitännän pietsosähköisen kosketuskytkinpaneelin ja muiden vastelaitteiden ja isäntäjärjestelmän välille.

Ohjainpiiri, jota kuva 2 esittää, toteuttaa seuraavat toiminnot:

1. Sieppaa pietsosähköiseen johtimeen kohdistetun paineen generoiman analogisen signaalin. Herkkyyttä säädetään vaihtelemalla kytkennän rajapistettä.

2. Kommunikoi isäntäprosessorin kanssa I2C- tai SPI-liitännän välityksellä.

3. Tuottaa joukon ulostuloja, joilla luodaan käyttäjälle palaute. Se voi olla ääni, visuaalinen ilmaisin (ledi) tai haptinen palaute eli fyysinen tuntemus.

Koska piiri havaitsee sekä painamis- että vapautushetken, voidaan myös kosketuksen kesto mitata. Tämä tarkoittaa, että jokaisella napilla voidaan toteuttaa kaksi eri funktiota, sillä "paina ja pidä pohjassa" tuottaa erilaisen vasteen. Kannattaa huomata myös, että haptinen palaute paikallistuu yksittäiseen nappiin ohjauspaneelissa ja värinätuntemus voidaan räätälöidä tunnistettavaksi palautteeksi.

Tämä Aito-tekniikka on saanut nimen SEP, ohjelmallisesti paranneltu pietso (Software Enhanced Piezo), ja yrityksistä muodostuva konsortio on muodostettu edistämään sitä. Konsortio löytyy osoitteesta www.sep-touch.org.

Yksi tärkeimpiä pietsosähköisten kytkinten etuja on suunnittelijoiden vapaus käyttää lähes mitä tahansa materiaalia - sähköisesti johtavaa tai eristävää - paneelin ulkopintana. Kytkinrakenteet voivat olla tasaisia tai kaartuvia, ja vaihtelevia paksuudeltaan. Tämä joustavuus antaa suunnittelijoiden mahdollisuuden luoda paneeleja, jotka sopivat teknisesti parhaiten kyseiseen sovellukseen, mutta ovat myös miellyttävämmän näköisiä lopputuotteessa. Pintamateriaali voidaan valita sen ympäristön mukaan, missä lopputuotetta käytetään. Tuote voidaan suojata kosteudelta, kemikaaleilta tai jopa säteilyltä, jos siihen on tarvetta. Kuva 3 esittää yhden sovellusesimerkin.



Kuva 3. Pietsosähköisen kosketuspaneelin pinta voi olla mitä tahansa materiaalia, myös ruostumatonta terästä, kuten vesihanan kuuman ja kylmän veden säätimissä.

Pietsosähköiset kytkimet saadaan suunnittelulla myös suoriutumaan sähköstaattisista purkauksista (ESD) ja toimimaan luotettavasti RF-häiriöiden lähesisyydessä. Nämä molemmat voivat aiheuttaa suuria ongelmia kapasitiivisille paneeleille. Pietso on myös energiatehokas ratkaisu: kapasitiivisten paneelien täytyy jatkuvasti tuottaa sähköstaattinen kenttä, kun pietsokytkimet generoivat oman signaalinsa kun ne aktivoidaan. Piiri ei kuluta tehoa ennen kuin syöte vastaanotetaan.

SEP-kehitystyökalut, joilla yksittäisten kytkinten herkkyys ja palaute käyttäjille räätälöidään, sisältävät laitedemonstraatio- ja evaluointipaketteja, PC-kehitystyökalut ja ohjelmistokirjastot, sekä kattavan dokumentoinnin. Ohjelmistokirjasto tukee Arduino-alustaa, joten kehittäjät voivat demota protojaan ennen kuin suunnittelevat omat sulautetut laiteratkaisunsa.

Laajempaan käyttöön

Jokaisella kosketustekniikalla on oma "sweet spottinsa", sovellus johon se on sopivin ja edullisin ratkaisu. Viime aikojen edistysaskeleet pietsosähköisten kosketusnappien - erityisesti SEP:n haptisen palautteen takia - osalta ovat viemässä tekniikkaa laajempaan käyttöön varsinkin sen tarjoavan suunnittelun vapauden ansiosta. Vapaus mahdollistaa sen, että tuotteet erottuvat toisista esteettisesti, muita fyysisesti kestävämpinä sekä kustannustehokkaina ratkaisuina.

Tämä video näyttää Aiton SEP-tekniikalla toteutetun pietsosähköisen paneelin luotettavuuden, vaikka paneelin päällä olisikin hieman vieraita aineita.

back to top
MORE NEWS

Viidennes LUMI-supertietokoneen kapasiteetista on varattu yrityksille

CSC:n Kajaanin datakeskuksessa sijaitseva yhteiseurooppalainen LUMI on tarkoitettu pääasiallisesti tieteelliseen tutkimukseen ja sen tieteeseen varatut resurssit ovat käytännössä täydessä käytössä. Laskennallisen tieteen menetelmät ulottuvat nykyään lähes kaikille tieteenaloille ja supertietokoneista on muodostunut erittäin tärkeä työkalu tutkimukselle.

Uusi hybridikenno voi muuntaa yli 38 prosenttia auringonvalosta sähköksi

Tutkijat yrittävät kehittää uudenlaisia rakenteita, jotta mahdollisimman suuri osa auringonvalosta saataisiin muunnettua sähkövirraksi. Bangladeshilaiset tutkijat väittävät kehittäneensä hybridikennon, jonka hyötysuhde olisi 38,39 prosenttia.

Mobiilirobotit käsittelevät yhä raskaampia kuormia

Saksalainen KUKA on laajentanut robottivalikoimaansa. Uudet autonomiset mobiilirobotit ovat KMR iisy ja KMP 1500P. Jälkimmäinen jaksaa liikutella jo peräti 1,5 tonnin painoisia kuormia.

Samsung kiihdytti SSD-levynsä kaksi kertaa nopeammaksi

4 gigatavun elokuva siirtyy tälle levylle kahdessa sekunnissa. Näin lupaa Samsung uuden T9-sarjan SSD-levynsä kanssa. T9 on Samsungin ensimmäinen SSD-levy, jossa on USB 3.2 Gen 2x2 -liitäntä. Sen ansiosta dataa voidaan lukea ja kirjoittaa jopa 2000 megatavun sekuntinopeudella.

Piirikortille juotettava postimerkin kokoinen moduuli

OSM eli Open Standard Module näyttää kasvattavan suosiotaan sulautettujen moduulien kentällä. Kyse on siis suoraan piirikortille juotettavasta eikä mitään erillistä liitäntää käyttävästä moduulista. Avnet Embeddedin uusin moduuli pohjaa NXP:n i.MX93-sovellusprosessoriin.

5G yleistyy selvästi 4G:tä nopeammin

5G on nopeimmin kasvava matkapuhelinteknologian sukupolvi. 5G Americas arvioi, että kesäkuun lopussa maailmassa oli 1,4 miljardia 5G-käyttäjää. Ennusteet osoittavat, että 2 miljardin käyttäjän raja on lähestymässä vuoden 2023 loppuun mennessä.

HMD Global aloittaa 5G-huippumallinsa valmistuksen Euroopassa

Nokia-puhelimia valmistava HMD tuo ensimmäisenä älypuhelinvalmistajana laitteidensa valmistuksen Eurooppaan. Unkarissa alkaa yhtiön Nokia XR21-huippumallin tuotanto yritysasiakkaille. Lisäksi HMD myy 30 laitteen rajoitetun erän kuluttajille.

DNA katkaisee xDSL-yhteydet maaliskuussa 2024

Kupariverkko on palvellut televiestintää jo yli 160 vuotta, mutta sen käyttöaste ja merkitys on ollut viime vuosina enää hyvin pieni. DNA tiedotti jo vuonna 2021 kupariverkkojensa korvaamisesta moderneilla ratkaisuilla ja varsinainen kupariverkkojen purkaminen alkoi vuonna 2022.

Helen haluaa tehdä jopa puolet kaukolämmöstään ydinvoimalla

Helen aikoo energiantuotannossaan hiilineutraaliksi vuonna 2030. Yksi keino tässä on lämmön tuottaminen maan pisimpään kaukolämpöverkkoon ydinvoimalla. Nyt Helen on sopinut Steady Energyn kanssa aiesopimuksen, jonka tavoitteena on mahdollistaa investointi pieneen lämpöä tuottavaan ydinvoimalaitokseen.

Alumiinianodi voi mullistaa akut

Akut lienevät tällä hetkellä yksi maailman tutkituimmista aiheista, kun halutaan pidentää sähköautojen kantamaa ja tulevien sähkölentokoneiden lentomatkoja. Georgian teknillisessä korkeakoulussa on onnistuttu kehittämään alumiinipohjainen katodi, joka varastoi litiumioneja nykyakkuja tehokkaammin.

Thunderbolt 5 kasvattaa nopeuden jopa kolminkertaiseksi

Thunderbolt on Intelin ja Applen yhteistyössä kehittämä nopea liitäntäväylä, joka esiteltiin vuonna 2011. Nyt Intel on julkistanut väylän 5-version. Edellisversioon verrattuna raaka datanopeus kasvaa kolminkertaiseksi, kun vauhti kasvaa 120 gigabittiin sekunnissa.

Täältä voit tilata uuden Raspberry Pi 5:n

Raspberry Pi -korttitietokone päivittyy 5-versioon noin neljän vuoden kehitystyön jälkeen. Kehittäjien ja rakentajien suosikki saa selvästi lisää tehoa. Hinta pysyy kuitenkin vielä hyvin entisenkaltaisena.

Lisää vauhtia kuituun 200 gigabitin lähettimellä

Optisissa linkeissä tarvitaan jatkuvasti lisää nopeutta. Belgialaisen mikroelektroniikan tutkimuskeskus IMECin tutkijat ovat esitelleet Glasgow´ssa ECOC-konferenssissa optisen vastaanottimen, jonka bruttotiedonsiirtonopeus on 200 gigabittiä sekunnissa.

IoT:llä on iso rooli kestävässä kehityksessä

Esineiden internet eli IoT on tärkeässä asemassa digitalisaatiossa, sillä se mahdollistaa infrastruktuurin osana olevien anturien asentamisen siten, että fyysisen liikenteen määrän tarve vähenee dataa siirrettäessä. Kuten odotettavissa onkin, tällä on merkittävä vaikutus pystytettäessä kestävän kehityksen mukaisia ekosysteemejä.

Lisää vaihtoehtoja luottokortin kokoiselle tietokoneelle

Saksalainen Aries Embedded on esitellyt kaksi uutta SMARC-standarin mukaista järjestelmämoduulia. MRZG2LS- ja MRZV2LS-moduulit perustuvat Renesas RZ -perhearkkitehtuuriin ja tarjoavat korkean suorituskyvyn sulautetuille järjestelmille.

Intel aloitti sirutuotannon EUV-tekniikalla

Intel on yltänyt merkittävään virstanpylvääseen, kun se on aloittanut piirien tuotannon EUV-litografialla Leixlipin tehtaassaan Irlannissa. Samalla Intel on ensimmäinen valmistaja Euroopassa, joka ryhtyy valmistamaan siruja EUV-tekniikalla.

Uusi autojen latausliitin tukee jopa 1,2 megawatin tehoa

Kiinassa on kehitetty uusi latausliittimen standardi. ChaoJi-1 on tarkoitettu erityisesti raskaiden ajoneuvojen lataamiseen, sillä maksimiteho on peräti 1,2 megawattia.

Sotilaskäyttöön kehitetty läppäri kestää ”vähän enemmän”

Panasonic Mobile Solutions on esitellyt kovien olosuhteiden Toughbook-läppäristään 40 Military -version, joka on kehitetty erityisesti sotilasajoneuvoissa käytettäväksi. Laite on kehitetty yhdessä roda computer GmbH:n kanssa, joka on jo pitkään konfiguroinut ja mukauttanut Panasonicin laitteita erilaisiin sotilassovelluksiin.

Alihankinta keräsi hyvin väkeä

Tampereen Alihankinta-messut täytti tällä viikolla jo 35 vuotta. Kolmipäiväinen tapahtuma keräsi hyvin väkeä, kaikkiaan 16 925 kävijää. Luku ei ole aivan ennätysvuoden 2016 tasolla, mutta selkeä parannus vaisuun viime vuoteen.

Zuken tuo tekoälyn piirikortin reititykseen

Japanilainen Zuken tunnetaan piirilevyjen suunnittelun työkaluistaan. Nyt yritys on tuomassa tekoälyn asiakkaidensa käyttöön. Tämä tapahtuu kolmessa vaiheessa Zukenin CR-8000-työkaluissa.

40 # puffbox pc till tme native
37 38 39 40  # pc-box
2023 # 50 år pc-box
 2022  # mobilbox
40 # puffbox mobil till tme native
Oct # mobilbox
37 38 39 40 # mobilbox
2023 # 50 år mobilbox
TMSNet  advertisement
ALWAYS # ETNdigi nysbrev

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

IoT:llä on iso rooli kestävässä kehityksessä

Esineiden internet eli IoT on tärkeässä asemassa digitalisaatiossa, sillä se mahdollistaa infrastruktuurin osana olevien anturien asentamisen siten, että fyysisen liikenteen määrän tarve vähenee dataa siirrettäessä. Kuten odotettavissa onkin, tällä on merkittävä vaikutus pystytettäessä kestävän kehityksen mukaisia ekosysteemejä.

Lue lisää...

OPINION

Kolme tapaa pidentää tietokoneiden käyttöikää

Ilmastokriisin ratkaiseminen edellyttää teknologian käyttöiän pidentämistä ja laitteiden kierrättämistä jatkuvan uusien laitteiden ostelun ja pois heittämisen sijaan, kirjoittaa Panasonic TOUGHBOOKin Pohjoismaiden maajohtaja Stefan Lindau.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Viidennes LUMI-supertietokoneen kapasiteetista on varattu yrityksille
  • Uusi hybridikenno voi muuntaa yli 38 prosenttia auringonvalosta sähköksi
  • Mobiilirobotit käsittelevät yhä raskaampia kuormia
  • Samsung kiihdytti SSD-levynsä kaksi kertaa nopeammaksi
  • Piirikortille juotettava postimerkin kokoinen moduuli

NEW PRODUCTS

  • Sotilaskäyttöön kehitetty läppäri kestää ”vähän enemmän”
  • USB ja Bluetooth samassa pienessä paketissa
  • 65 wattia tehoa useammasta USB-portista
  • Markkinoiden suosituin korttitietokone nyt Mouserilta
  • Tähän asti tarkin anturi sähköautojen akustoihin
 

NEWSFLASH

Tweets by ETN_fi
 

Section Tapet