Uživatelská rozhraní vystupují jako zásadní faktor při návrhu elektronických zařízení, která na první pohled upoutají zákazníkovu pozornost, protože budou něčím zajímavější ve srovnání s ostatními. Současný směr vývoje dotykových, ovládacích panelů (Touchscreenů) ve společnosti Atmel, výrazně usnadňuje návrh i samotnou výrobu zařízení, která svým designem i způsobem ovládání jasně vybočují z řady. Nové přístroje již v sobě obsahují integrované obvody, aby s maximální elegancí a smyslem pro ekonomická řešení reagovaly na pestrou škálu dotykových symbolů včetně nejrůznějších způsobů pohybu prstem po ovládacím prvku, přičemž rozlišují mezi dotykem jedním nebo dvěma prsty a podporují operace typu poklepání, zmáčknutí a jejich vzájemné kombinace spolu s následným táhnutím včetně zvětšení, zmenšení, rotace a spousty dalšího. Tímto způsobem lze zajistit náležitý způsob ovládání a řízení pomocí dotykových tlačítek, kláves, sliderů nebo také virtuálních otočných prvků.

Technologie touchscreenů Atmel

Dotykové panely, využívající ke své činnosti změnu kapacity, představují nejen nejvýkonnější, ale také uživatelsky nadmíru přizpůsobivé rozhraní, poskytující prostředky pro přímé intuitivní ovládání ze strany uživatele, který tak nepotřebuje sáhodlouhá školení a vysvětlování v nekonečných uživatelských manuálech. S dobrým návrhem se ovládání zmíněných zařízení stává srozumitelným a zcela transparentním.

Ověřenou spolehlivost patentované metody přenosu náboje QMatrixTM Atmel rozšířil o QFieldTM pro citlivé a přesné snímání dotyku na obecných, dvourozměrných polích a QTwoTM pro identifikaci a paralelní sledování dvou nezávislých dotyků na celém panelu. Vzájemná kombinace těchto tří klíčových technologií tak vývojářům umožňuje omezit specifikaci dotykového a uživatelsky velmi přívětivého rozhraní pouze na jeho velikost a požadovanou výkonnost. V řadě případů pak jednoduše stačí vybrat příslušný hardware z běžné nabídky společnosti Atmel, případně realizovat zákaznické řešení přímo na míru.

Technologie QMatrix^TM

Zařízení využívající QMatrixTM jsou integrované dotykové senzory, které skenováním pasivní matice elektrod dokážou vyhodnotit přítomnost dotyku prstem. Elektrodami zde rozumíme typické měděné plochy na desce plošného spoje nebo také plošky ITO (indium tin oxide), zapouzdřené ve výsledné podobě skleněného či plastového touchscreenu. Jednoduché zařízení tak může řídit velký počet znaků a zároveň dosáhnout velmi nízké ceny v přepočtu na jeden symbol. Technologie QMatrixTM svou robustností, spolehlivostí i samotným estetickým vzhledem jednoznačně vytlačuje mechanická tlačítka a spínače na všech druzích řídicích panelů, od domácích spotřebičů až po mobilní telefony. Panely mohou být až 50 mm silné, přičemž není problém jednotlivé svítící či podsvětlené ovládací prvky různých tvarů a velikostí libovolně umístit s ohledem na funkčnost a estetiku koncového zařízení.

QMatrixTM používá na každém kanálu pár snímacích elektrod, jednu emitující s řídicími logickými pulsy a druhou přijímací s vazbou přes dielektrický čelní panel. V okamžiku, kdy se prst dotkne řídicího panelu, dochází ke snížení vzájemné vazby a následné detekci povelu. Technologie QMatrixTM na svém čipu implementuje obvody pro řízení, příjem a vyhodnocovací logiku, čímž výrazně snižuje potřebu dalších, externích součástek. Výstupní data mohou být dostupná v podobě sériového rozhraní SPI nebo I2C, spolu s vlastní diagnostikou, zobrazitelnou na každém PC přes USB rozhraní. Díky svému odstupu signálu od šumu, vysoké odolnosti vůči povrchové vlhkosti, teplotní stabilitě, nízkému příkonu, snadné propojitelnosti a malým velikostem pouzdra, nacházíme zmíněné obvody s výhodou v automobilovém průmyslu nebo také v kuchyňských spotřebičích či mobilních aplikacích.

Pokud se několik dotykových bodů nachází blízko u sebe, může přibližující se prst způsobit změnu kapacity okolo více než jednoho snímacího prvku. V tuto chvíli nastupuje na scénu patentovaná a volitelná funkce potlačení sousední klávesy (Adjacent Key Suppression – AKSTM), při které dochází k opakovanému měření kapacitních změn každého bodu, porovnání výsledků a jednoznačnému rozhodnutí o tom, co vlastně uživatel zamýšlel použít. AKSTM pak potlačí nebo ignoruje výstupy ze všech dalších prvků za předpokladu, že signál zvoleného povelu zůstane nad prahovou hodnotou. Takto lze elegantně zabránit detekci falešných dotyků na přilehlých ovládacích prvcích.

Technologie QField^TM a QTwo^TM

Technologie QFieldTM a QTwoTM umožňují dvourozměrné snímání dotyku coby nezbytného předpokladu tvorby efektivních jedno a dvoudotykových (Two TouchTM) touchscreenů. QFieldTM využívá výše popsanou kapacitní metodu detekce dotykové pozice QMatrixTM na běžné matici citlivých elektrod. Kombinací progresivního návrhu senzorů spolu s komplexním zpracováním signálu tak vytváří jednodotykové panely, které v obou vyhodnocovaných osách vynikají vysokou přesností a opakovatelností a to i v extrémně tenkých jednovrstvých senzorech. Pro pokročilejší aplikace pak Atmel vyvinul technologii QTwoTM, která vylepšuje základní snímací techniku o identifikaci a sledování až dvou nezávislých dotykových povelů.

Metody QFieldTM a QTwoTM poskytují všechny nezbytné funkce pro zpracování signálu včetně práce v rozprostřeném frekvenčním spektru, filtrace šumu, vlastní kalibrace a automatické kompenzace driftu, čímž poskytují rychlý a spolehlivý výstup i ve velmi zarušeném prostředí, což ocení zejména vývojáři průmyslově nasazovaných aplikací. Samozřejmostí zůstává precizní koordinace v x-ové a y-ové ose pro každý dotykový povel včetně generování rozsahu standardizovaných pohybů a sledování jejich přítomnosti.

Technologie QTouch^TM

QTouchTM zařízení nabíjí jedinou snímací elektrodu s neznámou kapacitou předem stanoveným potenciálem. Elektrodu opět tvoří typická měděná ploška na tištěném spoji. Výsledný náboj je přenášen zpět do vyhodnocovacího obvodu. Měřením velikosti náboje po jednom nebo více nabíjecích a přenosových cyklech lze stanovit aktuální kapacitu snímací plochy. Přiložením prstu coby externí kapacity tak ovlivňujeme tok náboje v daném bodě, což řídicí elektronika vyhodnotí jako platný povel. QTouchTM mikrokontroléry lze rovněž vyhodnotit pouhé přiblížení prstu namísto absolutního fyzického kontaktu s dotykovým místem. Způsob zpracování signálu v rozhodovací logice umocňuje robustnost včetně spolehlivosti celého zařízení. Falešná spouštění způsobená elektrostatickými špičkami nebo nechtěnými krátkodobými dotyky či přiblíženími jsou tak potlačena.

Senzory QTouchTM spolupracují s jednoduchými nebo vícenásobnými ovládacími prvky. V posledním případě může být každý prvek nastaven s individuální úrovní citlivosti. Pro zajištění funkčních a estetických požadavků lze použít prvky a symboly rozličných velikostí a také tvarů. Rozlišujeme zde dva základní způsoby: Normální neboli dotykový „touch“ mód a vysoce citlivý neboli přibližovací „proximity“ mód. Proximity mód se například používá k detekci přiblížení prstu koncového uživatele, čímž se mohou aktivovat a spustit naprogramované systémové funkce, případně probudit celé zařízení z režimu snížené spotřeby.

Pro zajištění vyjímečné elektromagnetické kompatibility používají tyto senzory rozprostřené spektrum modulací a náhodné nabíjecí pulzy s krátkým trváním a relativně dlouhou časovou prodlevou. Výsledkem je pak nižší křížová interference mezi jednotlivými senzory, nižší RF emise včetně náchylnosti k rušení a také minimální proudová spotřeba. Za zmínku stojí také automatická kompenzace driftu z důvodu pomalých změn způsobených stárnutím nebo změnou okolního prostředí. Tato technologie přichází s dynamickým rozsahem v rozmezí několika dekád, přičemž nevyžaduje žádné cívky, oscilátory, RF komponenty, speciální kabely, odporové a kapacitní RC sítě ani nekonečnou řadu dalších diskrétních součástek.

Pokud se několik dotykových bodů nachází blízko u sebe, může přibližující se prst způsobit změnu kapacity okolo více než jednoho prvku. V tomto případě lze opět s výhodou použít výše popsanou, volitelnou funkci potlačení sousední klávesy, při které dochází k opakovanému měření kapacitních změn sousedících prvků, porovnání výsledků a jednoznačnému rozhodnutí o tom, který bude ve finále akceptován, čímž lze výraznou měrou zabránit detekování falešných povelů ze všech okolních prvků.

Technologie QSlide^TM a QWheel^TM

Technologie QSlideTM a QWheelTM umožňuje vyrobit dotykový senzor, který bude schopen nahradit klasické odporové slidery nebo rovněž otočné ovládací prvky. Celý princip opět vychází z výše zmíněné metody přenosu náboje QTouchTM, přičemž vzniká jakýsi „kapacitní“ potenciometr s jezdcem v podobě lidského prstu. QSlideTM jednoduše pracuje ve spojení s lineárními odporovými prvky jako jsou např. sériově spojené diskrétní rezistory, odporové vrstvy nebo již zmiňovaná, opticky průhledná vrstva indium tin oxide (ITO) užívaná spolu s LCD displeji (Liquid Crystal Display). Implementované algoritmy pak vyhodnocují dotykovou pozici bez ohledu na intenzitu signálu, čímž poskytují přesnou a také spolehlivou detekci. V případě metody QWheelTM se kruhové elektrody skládají z jednoduchých odporových elementů, které lze s výhodou umístit na zadní straně kteréhokoli dielektrického panelu.

Panely, využívající technologii QSlideTM a QWheelTM, zpracovávají signály se 7bitovým rozlišením absolutní pozice a výstupní data poskytují prostřednictvím standardního SPI nebo I2C rozhraní, bez potřeby jakýchkoli dalších, externích aktivních součástek. Citlivost zmíněných prvků výrobce zaručuje až pro 3 mm silné ovládací panely a to i v případě, že si obsluha navlékne rukavice. Umístěním senzorů za zmíněnou skleněnou nebo plastovou vrstvu vzniká možnost otočného ovládání, které svým na dotek příjemným zapouzdřením vytváří velmi odolnou náhradu mechanických enkodérů včetně nejrůznějších otočných i tahových potenciometrů. Pochopitelně, určitou nevýhodou zůstává konečný počet kroků ve kterých lze dané ovládání uskutečňovat. Záleží tedy na konkrétní aplikaci, avšak nezpochybnitelné výhody vyjmenovaných technologií povedou v řadě finálních výrobků právě touto cestou. Není potřeba žádných mechanických otvorů ani tahových či otočných knoflíků na hřídelích, čímž se velmi výrazně snižují požadavky na průběžnou údržbu a také servis, o působení prašného nebo vlhkého prostředí ani nemluvě. Stejně jako v předchozích případech i zde výrobce používá rozprostřené spektrum modulací pro splnění požadavků EMC a také nízké RF emise. Za zmínku opět stojí kompenzace driftu z důvodu pomalých změn v důsledku stárnutí nebo změny okolního prostředí a také automatická rekalibrace.

Závěr:

Atmel nabízí komplexní podporu vývoje pro moderní, dvourozměrné ovládací panely s jedno i dvoudotykovým způsobem intuitivního ovládání, které s výhodou využívají výše zmíněných technologií. Zcela pochopitelně nemůžou chybět ani vývojové boardy včetně obslužného software. V připravovaném článku se zaměříme na některé konkrétní příklady včetně detailnějšího popisu jednotlivých řadičů a jejich možností.

Download a odkazy:

• Domovská stránka výrobce: http://www.qprox.com/
  
• Nový řadič pro ovládací panely s integrovaným řízením LED a GPIO funkcemi
• Nové kapacitní senzory pro dotyková i bezdotyková tlačítka

Příklad využití technologie QMatrixTM v mikrovlnné troubě Whirlpool: