Älypuhelinta ohjataan kosketuksella, mutta kapasitiivisilla kosketusantureilla laitteista saadaan vielä nykyistäkin älykkäämpiä. Uusilla toiminnoilla älypuhelimista saadaan mukavampia käyttää ja vähemmän tehoa kuluttavia.
| Artikkelin ovat kirjoittaneet Cypress Semiconductorin Anbarasu Samiappan ja Jaya Kathuria. Anbarasu on työskennellyt aiemmin tutkimusinsinöörinä Vetalilla, sulautetun ohjelmiston kehittäjänä Emerson Electricillä sekä projektijohtajana Microchipillä. Cypressin palvelukseen hän tuli kesällä 2010. Hänellä on elektroniikkatutkinto Anna-yliopistosta Intiasta. Jaya Kathuria toimii Cypressillä vanhempana sovellussuunnittelijana. |
Älypuhelimesta on tullut keskeinen osa jokapäiväistä elämäämme. Useille se on myös tärkeä tieteellinen instrumentti, digitaalinen lääkäri, e-kirjojen lukulaite, musiikkisoitin, sosiaalisen median väylä, ja monia muita laitteita. Kun älypuhelimen vaatimukset kasvavat koko ajan, suunnittelijoiden halutaan tekevän niistä yhä älykkäämpiä. Ajatelkaamme esimerkiksi puhelinta, joka oppii käyttäjänsä toimintatavat ja voi oppii itse esimerkiksi asettamaan äänenvoimakkuuden säädön käyttäjän kätisyyden mukaan eri puolille laitetta. Tai hallitsemaan näytön toimintoja yhdellä kädellä laitteen takapuolelle asennetun kosketusnäytön avulla.
Tällaisia edistyneitä toimintoja voidaan toteuttaa suhteellisen helposti kapasitiivisen kosketusnäyttötekniikan avulla. Kapasitiivinen aistiminen voi tunnistaa johtavien objektien läsnä- tai poissaolon, mukaanlukien käyttäjän sormet mittaamalla muutoksia kapasitanssissa. Tekniikka taipuu sujuvasti myös painonappien, liukusäätimien, kytkimien, kosketuspaneelien, ja lähesisyysanturin toteutukseen, joiden avulla älypuhelimen suunnittelu voidaan viedä paljon korkeammille tasoille.
Erikoiseleet
Tällä hetkellä kosketusnäytön käyttöliittymä usein pakottaa käyttäjän käyttämään molempia käsiään älypuhelimen ohjaamiseen. Kapasitiivisella aistimisella voidaan luoda eleisiin perustuva liittymä, jonka avulla puhelinta voidaan ohjata vain yhdellä kädellä ja erilaisia toimintoja voidaan hallita pelkän peukalon avulla. Esimerkiksi yksinkertainen nelivaiheinen kapasitiivinen liukusäädin kännykän toisella reunalla voi mahdollistaa toimintoja kuten pyyhkäisy ylös tai alas, kääntäminen ylös tai alas, yksi napautus, kaksi napautusta, pitkä painallus, jne. Näitä toimintoja voidaan käyttää älypuhelimen kaikkien sovellusten kanssa esimerkiksi näyttöjen välillä selatessa, dokumenttien selaamisessa ylös tai alaspäin ja kuvakkeen valitseminen. Tällainen yksikätinen käyttöliittmä voi lisätä puhelimen käytön mukavuutta ja yksinkertaisuutta, mikä voi parantaa käyttökokemusta merkittävästi.
Erikoiseleitä, jotka nelivaiheinen kapasitiivinen liukusäädin mahdolilstaa.
Otteen tunnistus
Kapasitiiviset kosketusanturit kännykän reunoilla voivat tunnistaa, miten käyttäjä tarttuu laitteeseen ja missä. On olemassa suuri joukko toimintoja, jotka voidaan ottaa käyttöön, kunhan laite tunnistaa otteen. Otteen tunnistaminen voi vaihdella vasen- ja oikeakätisen käyttäjän välillä peukalon sijainnin perusteella. Koko käyttöliittymä voidaan tämän tunnistuksen jälkeen dynaamisesti järjestää käyttäjän kätisyyden mukaan. Esimerkiksi äänenvoimakkuuden säätö ja kosketusnäytön kuvakkeet voidaan järjestää uudelleen tämän perusteella.
Tässä on myös turvallisuusnäkökulma. FCC vaatii laitevalmistajia noudattamaan RF-säteilyn SAR-rajaarvoja (Specific Absorption Rate). Kykyä tunnistaa ote tai laitteeseen tarttuminen voidaan käyttää RF-säteilyn säätämiseen sen mukaan on laite kädessä vai pöydällä. Toinen mahdollisuus on integroida puhelimen lukitus otteen tunnistamiseen: käyttäjä voisi lukita puhelimen tarttumalla siihen molemmin puolin koko otteella. Allaoleva kuva näyttää yleisimmät otekuviot.
Ote-esimerkkejä.
Virtuaaliset napit
Tänään useimmissa puhelimissa äänenvoimakkuutta säädetään mekaanisilla säätimillä, joilla on oma, määrätty paikkansa. Näiden painikkeiden muuntaminen kapasitiivisiksi kosketusnapeiksi tekee puhelimesta tyylikkäämmän, mutta tuo myös virtuaalisen äänenvoimakkuuden säätönapin, jota voidaan liikutella mihin tahansa laitteen reunuksessa oleviin kapasitiivisiin antureihin. Koska kapasitiiviset kosketusanturit ovat yksinkertaisia ohuita kuparityynyjä, laitteen ulkoasu siistiytyy ja tulee houkuttelevammaksi.
Älykäs tarkennus
Kapasitiivista aistimista voidaan käyttää myös ohjaamaan näytön toimintoja yhdellä kädellä tukemalla eleiden tunnistusta puhelimen takapinnalla, kuten kuvassa 4 on esitetty. Käyttäjä voisi esimerkiksi säätää tarkennusta valokuvaa otettaessa. Anturin naputtelu voisi siirtää puhelimen valokuvatoiminnosta videon kuvaukseen ilman, että kuvan tarkennus menetetään.
Kapasitiivinen anturi puhelimen takapinnalla antaa käyttäjälle mahdollisuuden nopeasti tarkentaa kuvaa tai vaihtaa kuvaustilasta toiseen.
Läheisyys- ja kasvojentunnistus
Läheisyystunnistus on nopeasti tulossa tärkeäksi toiminnoksi useissa älypuhelimissa. Läheisyysanturin ensisijainen tehtävä on estää vahinkokosketukset tai väärät kosketustapahtumat, kuten esimerkiksi se, kun käyttäjä vastaa puheluun ja samalla kasvot koskettavat näyttöä (ks. kuva alla). Tämä tekniikka myös parantaa laitteen energiatehokkuutta, sillä LCD-näytön taustavalo voidaan sammuttaa puhelin aikana.
Kapasitiivisessa läheisyyden aistimisessa on useita etuja perinteiseen infrapunapohjaiseen aistimiseen. Tärkein etu on se, kapasitiiviset anturit eivät vaadi leikkauksia pintamateriaaliin. Tämä vähentää työkalukustannuksia ja parantaa mobiililaitteen ulkonäköä.
Kasvojen läheisyystunnistus voi sammuttaa kosketunäyttöliittymän, mikä estää virheellisiä kosketusten rekisteröintejä käyttäjän kasvojen osuessa vahingossa ruutuun.
Herätys lähestyttäessä
Laadukkaat kapasiitiviset läheisyysanturit pystyvät tunnistamaan käyttääjn lähestymisen jopa 30 sentin päästä. Tämä toiminto auttaa käyttäjiä löytämään puhelimensa pimeässä, sillä puhelin osaa valaista näyttönsä tai ledinsä kun käyttääj lähestyy sitä. Heräämistä lähestyttäessä voidaan käyttää myös leditaustavalon hallintaan. Tämä toiminto auttaa nopeuttamaan järjestelmän heräämistä, parantamaan laitteen vastetta, pienentämään tehonkulutusta ja myös parantamaan sen ulkonäköä.
SAR-määräykset matkapuhelimissa
SAR-lukema kertoo, kuinka paljon RF-energiaa imeytyy ihmiskehoon sähkömagneettiselle säteilylle altistuttaessa. Säänteluviranomaiset kuten FCC (Federal Communications Commission) vaativat rajoittamaan RF-energian imeytymistä pienentämällä lähetystehoa silloin, kun laite on ihmisen lähellä. Kapasitiiviseen aistimiseen perustuvaa läheisyysanturia voidaan käyttää ihmisen läheisyyden aistimiseen ja RF-tehon pienentämiseen tarvittaessa.
Nappi, ohjaustikku ja hanska
Kosketuskäyttöliittymän pitää älypuhelimessa toimia kunnolla silloinin kun käyttäjällä on hanskat joko kylmän sään tai työn vaatimusten takia. Kapasitiivisen aistimisen edistykset mahdollistavat sen, että anturit voivat aistia heikkoja signaaleja, joita hansikkaaseen puettu sormi tuottaa. Samalla anturi sivuuttaa väärät kosketukset anturin yläpuolella leijuvan sormen takia. Kapasitiivinen aistiminen yhdistää anturilaitteiston ja ohjelmistoalgorimit saavuttaakseen halutun toiminnallisuuden ja herkkyyden hanskakäytössä.
Monissa suurinäyttöisissä älypuhelimissa voidaan käyttää stylus-ohjaustikkua näytöllä navigointiin. Samalla tikulla voidaan käyttää kapasitiivisia nappeka. Tämä kaksitoimisuus on tärkeää mukavauuden kannalta.
Kapasitiivisten kosketusnappien käyttö sekä ohjaustikulla että sormella.
Vedenkesto
Älypuhelimen luotettava toiminta myös kosteissa oloissa vaatii edistynyttä vedenkestoisuutta. Tämä voidaan tehdä kahdella menetelmällä: suojaelektrodilla ja vahtianturilla. Suojaelektrodin avulla estetään väärät kosketukset, jotka aiheutuvat vesipisaroista kosketusanturin päällä. Vahtianturi tunnistaa puolestaan jatkuvasti virtaavan veden, jolloin se estää kaikkia muita antureita reagoimasta veteen. Myös näin vältetään väärät kosketukset.
Kaikki tässä artikkelissa kuvatut edistyneet toiminnot parantavat älypuhelimen käyttäjän käyttökokemusta. Ne antavat valmistajalle myös mahdollisuuden erottautua tuotteillaan kilpailijoista. Toimintojen toteuttamiseksi kehittäjät tarvitsevat käytössä todistetun ja luotettavan kosketusnäyttöjen tekniikan, joka tuo johdonmukaisen korkean signaali-kohinasuhteen (SNR) ja suuren herkkyyden. Kehittäjien pitää myös pystyä kompensoimaan ylimääräinen parasiittinen kapasitanssi. Kehityksen nopeuttamiseksi käytetyn tekniikan pitää olla yksityiskohtaisesti dokumentoitu suunnittelu- ja sijoittelusuuntaviivoineen.
Esimerkiksi Cypressin PSoC-järjestelmäpiirien perhe tarjoaa maailmanlokan kapasitiivisen CapSense-kosketustekniikan: SNR-suhde suurempi kuin 100:1, immuniteetti kohinalle, suojaelektrodit ja alhaisen tehonkulutuksen toimintamoodit. Suunnittelijat saavat myös käyttöönsä tuotantovalmiit ohjelmistoalgoritmit kuten SmartSense Auto-Tuning -tekniikan, joka jatkuvasti monitoroi ympäristöä ja kompensoi kosketusnäyttöä sen pohjalta.
Teksasilainen Silicon Labs on esitellyt kaksi uutta piiriperhettä, jotka on suunniteltu markkinoiden pienimpien IoT-laitteiden toteutukseen. Uutuudet ovat xG27-radiopiiri ja BB50-mikro-ohjainyksikkö. Sirujen koot vaihtelevat kahdesta neliömillistä viiteen.
Nykyisin on käytössä useita erilaisia langattoman tiedonsiirron standardeja ja protokollia, jolloin saattaa olla vaikea valita oikeanlainen, tiettyyn sovellukseen soveltuva teknologia. Tässä artikkelissa tuodaan esiin eräitä tärkeimpiä kriteerejä, joita on syytä ottaa tarkastelun kohteeksi, kun valittavana on neljä suosittua vaihtoehtoa: Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, valmistajakohtainen RF-tekniikka ja Connectivity Standards Alliancen protokolla Green Power.
