Många IoT-enheter har börjat inkludera pekskärmsgränssnitt som en del av deras användargränssnitt för att göra enheterna mer intuitiva och enklare att använda. Ett bra gränssnitt kan få kunder att verkligen älska och vilja använda din IoT-produkt, men ett dåligt HMI-gränssnitt gör enheten oanvändbar och skadar varumärkets värde.

Med tanke på denna inverkan ett pekgränssnitt kan ha på din IoT-enhet fick det mig att undra vilka egenskaper som gör ett pekgränssnitt bra att använda. Från samråd med experter på Infineon lärde jag mig att ett pekgränssnitt som är tillförlitligt, lyhört och har låg strömförbrukning är några av egenskaperna som ger ett bra gränssnitt för alla enheter.

Pålitlighet

För att ett pekgränssnitt ska anses vara tillförlitligt måste det konsekvent och exakt upptäcka när en användares finger har vidrört skärmen. För att uppnå detta resultat har ett pekgränssnitt en kapacitiv beröringssensor som upptäcker förändringar i det elektriska fältet och kapacitansen som orsakas av en användares fingerberöring. Utmaningen är att denna funktionsprincip gör att sensorn inte bara upptäcker mänskliga beröringar utan även alla elektriskt ledande föremål som påverkar sensorn i form av brus. Buller kan komma från elektromagnetiska källor eller fysiska föremål som insekter, djur eller vätskor om beröringsgränssnittet blir blött. Om bruset är tillräckligt kraftigt kan det göra att gränssnittet beter sig oregelbundet med falska triggers och till och med slutar fungera.

Buller från elektromagnetiska källor kan komma från:

• Utstrålade energi från elektronik som smarta telefoner och Wi-Fi-routrar
• Nätström där buller från tunga hushållsapparater leds genom enhetens väggsladd
• Elektrostatisk urladdning som är fysiskt kopplad till sensorn genom produkten under användarens beröringshändelse.

För att dämpa buller från dessa källor krävs ett tillvägagångssätt på systemnivå, inklusive att lägga ut kortet för att minimera påverkan från elektromagnetiska källor. Att också välja en touchkontroll som är naturligt immun mot vanliga bruskällor kan avsevärt förenkla designprocessen. Att inte ta hänsyn till brus på systemnivå kan leda till komplex, tidskrävande felsökning som ofta kräver flera omgångar av ändringar av kortets hårdvara.

För att hantera störningar från vätskor kräver beröringsgränssnittet vätsketolerans. Vätsketolerans är måttet på ett beröringsgränssnitts förmåga att fungera tillförlitligt när det utsätts för vätskor. När vätskor är nära den kapacitiva sensorn kan de göra att pekgränssnittet blir oanvändbart på grund av falska positiva på pekgränssnittet. Tillämpningar som köksmaskiner, smarta klockor och trådlösa öronsnäckor kräver en viss nivå av vätsketolerans eftersom de ofta behöver arbeta i närvaro av vatten och svett.

lyhördhet

Responsen för ett pekgränssnitt kan mätas genom hur snabbt en användaråtgärd upptäcks. När det kommer till lyhördhet inkluderar de viktiga designfaktorerna för ett pekgränssnitt uppdateringsfrekvens, lågeffektoptimering, kapacitiv sensordesign och väckningstid.

Uppdateringsfrekvensen bestämmer hur snabbt skärmen kommer att uppdateras och leta efter nya användare. En enhet kommer vanligtvis att behöva uppdatera eller uppdatera varje sekund så att en användare inte uppfattar den som långsam. Högre uppdateringsfrekvens (40Hz till 120Hz) möjliggör snabbare svar på användaråtgärder och kan skapa en bättre, mer flytande användarupplevelse. För batterdrivna enheter hjälper en lägre uppdateringsfrekvens designers att balansera respons och effektoptimering.

Kapacitiv sensordesign påverkar också gränssnittets lyhördhet. En orsak till långsam respons är dålig kapacitiv sensordesign där förändringen i sensorkapacitans orsakad av en fingerberöring inte är tillräckligt stor för att lätt upptäckas. Ett fingertryck på användargränssnittet kommer att ändra kapacitansen för sensorn direkt proportionell mot överlappningen mellan användarens finger och sensorn (hundratals attofarads till flera picofarads). Ju större förändringen i sensorkapacitansen är, desto snabbare upptäcker pekkontrollen användarens beröring.

Mindre peksensorer på enheter som öronsnäckor kommer att ge en mindre förändring i sensorkapacitansen från en användares beröring på grund av den mindre överlappande ytan mellan sensorn och användarens finger. För hörsnäckor behöver peksensorn ofta passa in i ett område på 2 mm till 4 mm i storlek. Denna nivå av kapacitansförändring är ibland för liten för att tillförlitligt kunna särskiljas från bruskällor. För dessa mindre beröringssensorer är det viktigt att använda en högpresterande kontroller som kan upptäcka kapacitansförändringar på några hundra attofarad.

En annan del av lyhördhet är hur snabbt enheten kan svara på en användarberöring efter att enheten har varit inaktiv under en period. För att hålla pekgränssnittet lyhört måste det snabbt vakna när en användarberöring upptäcks. Ett sätt att snabba upp beröringsdetekteringen är att designa sensorn så att den enkelt kan bestämma kapacitansförändringarna som orsakas av en användarberöring i förhållande till den parasitära kapacitansen. Parasitisk kapacitans är basnivåkapacitansen för sensorn som alltid är närvarande när gränssnittet är på. Att minimera sensorns parasitkapacitans samtidigt som man ökar beröringskapacitansnivån kommer att öka gränssnittets känslighet.

Låg effekt

Beröringsgränssnitt måste ha låg effekt eftersom det är ett delsystem som förblir aktivt för att kontrollera om användaren berörs. När pekgränssnittet aktivt söker efter användarberöring kan det förbruka upp till milliwatt ström. Denna mängd strömförbrukning kan vara liten jämfört med andra delsystem, men kravet på att alltid vara aktiv gör låg strömförbrukning till en nyckelfunktion i alla pekgränssnitt. Denna energibesparing är viktig för enheter som wearables eller öronsnäckor som måste utnyttja den begränsade batterikapaciteten på bästa sätt.

För att minimera strömförbrukningen för pekgränssnitt kan du använda tekniker som att hålla gränssnittet i viloläge med låg energi så länge som möjligt och använda gängad eller närhetsavkänning för att snabbt väcka gränssnittet som svar på användarberöringar. När pekgränssnittet inte upptäcker några användarberöringar kan det placeras i ett lågeffekts djupsömnläge som kan sänka strömförbrukningen till bara några mikrowatt.

Tekniker som gängad och närhetsavkänning tillåter ett pekgränssnitt att spendera mindre tid i aktivt läge genom att minska antalet sensoringångar som måste kontrolleras för en väckningshändelse. Gruppavkänning är när alla fysiska sensorer som kan väcka systemet från standby-läge är sammankopplade för att bilda en enda virtuell "gängad sensor". Den kapacitiva styrenheten förblir i viloläge längre eftersom den bara behöver skanna den sammansatta sensorn snarare än varje sensor individuellt, vilket minskar tiden enheten är aktiv och förbrukar ström. Närhetsavkänning är som en gängad sensor men innebär att man använder en kapacitiv närhetssensor istället för den virtuella gängade sensorn. Denna kapacitiva närhetssensor kan upptäcka närvaron av en hand när den är nära sensorn utan att den rör vid sensorn.

KOM IGÅNG

Med alla dessa tekniker som krävs för att göra ett pekgränssnitt tillförlitligt, lyhört och med låg effekt kan det vara svårt att veta var eller hur man ska komma igång bland den långa listan av tekniska utmaningar som måste övervinnas för att bygga någon IoT-enhet.

För att göra det lättare att komma igång vi jodin IoT-design Infineon har skapat en CAPSENSE Design Guide och Att göra IoT Easy Guide. Guiderna erbjuder lösningar på systemnivå för att göra IoT-designer enklare och snabbare än någonsin tidigare. I guiderna hittar du praktiska designtips för att designa ett touch-gränssnitt tillsammans med lösningar för konsument- och industrikontroller. Alla lösningar i guiderna kommer att påskynda din IoT-produktutvecklingsresa och hjälpa dig att komma ut på marknaden snabbare.