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I sensori capacitivi e la meccanica delle interfacce touch capacitive.

How-To: La meccanica delle interfacce touch capacitive.

I sensori capacitivi e le interfacce Touch capacitive, come funzionano, pregi e difetti della nuova tecnologia che promette di rivoluzionare i nostri dispositivi. Pulsanti meccanici o touch: quali sono i migliori? Applicazioni delle interfacce touch e metodi di progettazione.

I sensori capacitivi e le interfacce touch rappresentano il futuro dei nostri dispositivi.

I sensori capacitivi ed i pulsanti meccanici

Sicuramente tutti avrete presente quei tasti o quei pulsanti che si spingono sulla sveglia, il computer, il televisore, il forno a microonde e così via. Quelle sono soltanto l' interfaccia utente più comune nelle applicazioni quotidiane. Così comune che quasi non ci accorgiamo nemmeno di utilizzarle, esse sono diventate una parte del nostro subconscio e tuttavia sono la principale fonte di frustrazione per la maggior parte di noi quando si rompono, si bloccano o semplicemente smettomo di funzionare correttamente. La domanda che sorge spontanea è: perché dobbiamo tollerare queste rotture? La risposta è dovuta ad una inconsapevolezza generale sulle alternative. Negli ultimi anni, i sensori capacitivi le tecnologie touch sensing capacitive sono maturate a tal punto che sono ora in grado di fornire una migliore robustezza, maggiore affidabilità e una capacità di gran lunga superiore per migliorare l'esperienza dell'utente rispetto ai classici pulsanti meccanici.Le interfacce touch sono già state adottate su di un'ampia varietà di applicazioni che vanno da elettrodomestici, elettronica di consumo, sistemi industriali e attrezzature mediche. L'adozione di questa tecnologia continua a migliorare la vita e l'esperienza di numerose persone in tutto il mondo e molti mercati stanno crescendo grazie a loro.

Grazie a questa nuova tecnologia aumenta il confort e l'affidabilità del dispositivo, ma anche l'immagine del prodotto ne trae beneficio. Questo maggiore comfort derivava da alcuni miglioramenti tecnologici che hanno ridotto le difficoltà che hanno afflitto i progettisti con questa tecnologia e le nuove esigenze del mercato.

La complessità di progettazione dei sensori capacitivi e delle interfacce touch

Quando si passa da una soluzione collaudata ad una novità c'è il rischio che le cose non vadano bene come si pensava, sia nel prodotto ma anche per quanto riguarda il mercato. Mentre per la soluzione dei pulsanti meccanici si dispone di un ampia gamma di prodotti, test e periferiche dalle quali trarre spunto, per quanto riguarda l'approccio touch si tratta di una novità e la progettazione risulta quindi più complessa. In ambito meccanico (pulsanti, tasti e così via) si parla di una progettazione elettrica, molto più ampio è invece il discorso sulle interfacce touch e sui sensori capacitivi. Tuttavia, attraverso il sensibile miglioramento degli strumenti di software touch, sensori, strumenti di lay-out e il portafoglio ampliato di prodotti disponinili un progettista può completare una progettazione dell'interfaccia utente dall'inizio alla fine in meno di 1 settimana.

La mancanza di interesse per l'interfaccia utente

In generale l'attenzione del progettista si sposta sulle funzionalità di base del prodotto (quello che sta succedendo sotto il cofano o quello che è il cuore del prodotto). Mentre la funzionalità di base è assolutamente importante anche la maniera in cui l'utente interagisce con il prodotto ha un effetto innegabile sull'esperienza che la persona ha con il prodotto stesso. Ci sono esempi di questa teoreia quasi ovunque oggi: interfaccia click-wheel dell'iPod e il touch screen di quasi ogni nuovo telefono cellulare intelligente sul mercato odierno. Questi sono tutti esempi di interfacce utente capacitive. Sempre più spesso il successo dei nuovi prodotti è fortemente influenzato dal design dell'interfaccia utente e dal rilevamento capacitivo che offre un'interfaccia elegante, capace di rende l'utilizzo del prodotto più naturale, intuitivo e divertente.

La mancanza di feedback tattile:

Come afferma Newton nelle sue leggi ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Sulle interfacce touch sembra invece non valere questa affermazione. Siamo stati addestrati da soluzioni meccaniche per tutta la nostra vita, quando spingiamo un pulsante otteniamo una reazione, quindi ci pare innaturale se non otteniamo alcuna risposta in seguito ad una pressione. Come possiamo dunque sapere con le soluzioni touch capacitive se abbiamo premuto o spinto un determinato "pulsante"? Questa è stata una delle maggiori denunce nei confronti delle soluzioni touch.

Come facciamo a sapere che la nostra richiestaxè stata accettata se non abbiamo un riscontro immediato come con i pulsanti meccanici? Un esempio può essere tratto dai pannelli elegantemente lisci dei nuovi player dvd, come facciamo a sapere che il touch screen ha accettato la nosta pressione del tasto play? Storicamente vi era l'opzione di un LED e quindi un segnale di illuminazione o la riproduzione di un suono veloce. Ma che cosa possiamo fare se noi vogliamo sentire il push vero e priprio? Al giorno d'oggi, attraverso l'attuazione di una piccola vibrazione è possibile sentire quando un touch capacitivo è stato registrato. È anche possibile sentire una varietà di effetti tattili che possono essere selezionati da una libreria per soddisfare le nostre esigenze.

La necessità di distinguersi dell'elettronica di consumo in uno dei più veloci mercati in movimento.

La concorrenza in questo campo è in constante aumento, c'è quindi un continuo bisogno di trovare un modo per differenziarsi dal proprio concorrente, fare qualcosa di diverso, di nuovo. L'implementazione del rilevamento capacitivo è un ottima maniera per distinguersi, in particolare nei seguenti modi:

Design elegante: A nessuno piace l'aspetto goffo dei pulsanti sui propri dispositivi. Pensate a un forno, un televisore, o un telefono. Ora immaginate questi stessi dispositivi con una superficie completamente piatta, dove non si vedono nemmeno i pulsanti finché non li si vogliono vedere, magari in vetro riflettente o con una superficie nera. Oppure immaginate quando si vuole regolare la temperatura della stufa, alzare il volume del televisore, o mettere in pausa lo spettacolo che si sta guardando apparire magicamente i tasti. Ciò è possibile attraverso un sensore di prossimità capacitivo e un pulsante capacitivo. Questo non è solo un elemento di differenziazione dell'interfaccia, ma un elemento di differenziazione dell'intero prodotto.

Sensore multi-funzionale: Con le soluzioni meccaniche un sensore multifunzionale è un risultato molto difficile da ottenere. Il pulsante o è premuto o non non lo è. Ma cosa succederebbe se si potesse ottenere una varietà di funzionalità su di un singolo pulsante quando si ha il dito su di esso? Attraverso un' implementazione che utilizza insieme i pulsanti meccanici e i sensori capacitivi questo diventa realtà; un singolo pulsante può trasformarsi in due nello stesso spazio sulla scheda e compiere azioni differenti in un unica soluzione.

Sensazione di pressione: Fornire un feedback all'utente quando il tasto touch viene premuto è fondamentale. Grazie alle nuove tecnologie abbiamo la possibilità di differenziare tale feedback anche sullo stesso "pulsante", cosa che con una soluzione meccanica risulta impossobile. Ad esempio: Con la prima pressione non c'è nessun feedback richiesto, con la seconda una risposta di 1 secondo, dolce, con il terzo una risposta media di 5 secondi, e con l'ultima una risposta forte di 15 secondi.

Al giorno d'oggi si dispone di una grande varietà di effetti tattili, i quali possono essere settati per fornire un feedback completamente diverso da pulsante a pulsante.

Risparmio energetico: con l'avvento del "Movimento Verde" tutti i grandi produttori stanno cercando di ridurre i consumi energetici e aumentare la durata della batteria rendendo il lavoro più efficiente senza però sacrificare la funzionalità.

Prendete un mouse senza fili, ad esempio, quando non lo si utilizza si desidera che risparmiarmi energia, sia in modalità di sospensione o di ibernazione, ma quando si va ad utilizzarlo non si vogliono avere tempi morti per scuoterlo e attendere che si di riattivi. Questo è un grande esempio di come la vicinanza di rilevamento grazie ad un sensore capacitivo può essere un punto di svolta. Come la mano si avvicina a questo mouse in modalità di risparmio energetico che ha un sensore di prossimità capacitivo esso si riattiva facendo in modo che sia già pronto all'utilizzo. L'aggiunta del sensore di prossimità capacitivo permette quindi di risparmiare energia senza togliere le comodità e le funzionalità della precedente versione standard.

Fragilità dell'interfaccia meccanica.

Le soluzioni meccaniche, benchè siano collaudate e di uso comune presentano delle debolezze. Per definizione una soluzione meccanica avrà parti in movimento e spazi d'aria, ciò rende inevitabile l'usura e il degrado del dispositivo. I pulsanti meccanici sono soggetti quindi a numerosi agenti esterni in grado di rovinarli o comprometterne il funzionamento. Come esempio basta pensare ai pulsanti esterni dei garage soggetti a ruggine a causa dell'esposizione alla pioggia. Tutti questi problemi sono prevenibili utilizzando soluzioni capacitive dove non c'è movimento, non ci sono spazi d'aria e sono resistenti all'acqua.

Perché il software è così importante?

Dal momento che molti designer hanno ancora scarsa familiarità con la tecnologia touch si basano sul software del fornitore per completare la progettazione e soddisfare i requisiti di sistema. I progettisti sono alla ricerca di strumenti che forniscano un metodo di facile utiluzzo, affidabilità e flessibilità di blocchi costruttivi con cui valutare e sviluppare le loro applicazioni touch. Questi blocchi sono sostanzialmente costituiti da un dispositivo touch sensing e dagli algoritmi necessari per conseguire un'interfaccia utente di elevata qualità. Lo strumento con cui viene sviluppato il software è chiaramente molto importante per una progettazione efficiente e di successo. Il progettista software ha il compito di definire il comportamento dell'interfaccia utente. La funzionalità touch è supportata dai Microcontrollori e il rilevamento dei canali di contatto è in grado di determinare se una mano è presente, un tocco si è verificato, e / o vi è movimento di un dito sul touch. Il sensing e il monitoraggio dei movimenti è importante per le interfacce touch come cursori, ruote, touchpad, e touchscreen.

Le seguenti funzionalità dello strumento consentono al progettista di raggiungere questi obiettivi:

    1. La creazione di un software intuitivo
    2. Tuning: ottimizzazione automatica dei sensori.
    3. Debugging: Analizzatore in grado di fornire informazioni sulle prestazioni del sistemaper il progettista come ad esempio il rapporto segnale / rumore (SNR), la capacità, i livelli di rumore, di riferimento e deriva.

La bravura di un progettista sta nel progettare il prodotto migliore nel più breve periodo di tempo ed è fortemente influenzata da come lo strumento supporta queste funzionalità.

Uno strumento di sviluppo software oggi disponibile è l'Atmel QTouch Studio 4.3. QTouch Studio 4.3 include un analizzatore di qualità Touch, Touch Validazione guidata, selezione automatica dei parametri di ottimizzazione, grafica messa a punto in tempo reale, registrazione di dati, la generazione automatica del software di inizializzazione e molte altre caratteristiche che permettono ai progettisti software di integrare con le funzionalità touch. Questo sviluppo del design touch sta causando una adozione accelerata delle interfacce touch su molti mercati e sta cambiando il nostro modo di pensare all'interfaccia.

I prodotti Atmel sono disponibili da Farnell

 

 

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ritratto di linus

bisognerà

capire quanto possono durare questi sensori capacitivi rispetto a quelli meccanici nella realtà, ho visto schermi touch screen in console per giochi vedersi guastare dopo poco tempo, io credo che alla base ci sia sempre la qualità del prodotto e ovviamente il costo dell'impiego di materiali di qualità, come tutti gli apparecchi e prodotti in genere, altrimenti non si spiegherebbe come per esempio un interruttore possa avere in base alla casa produttrice un range di costo molto variabile.

ritratto di brazov2

atmel

e' lei la vincitrice in questo settore dopo aver acquisito Quantum!

ritratto di Antonio Mangiardi

questo tipo di sensori hanno

questo tipo di sensori hanno permesso di poter realizzare delle cose veramente carine anche dal punto di vista del design ... a me piacciono un sacco :)

ritratto di fra83

Vanno di moda le mood lamp

Vanno di moda le mood lamp touch, sono veramente un oggetto di culto ultimamente, pero' la tecnologia touch è anche usata in molti elettrodomestici e come intergfaccia uomo - macchina nei totem che si possono trovare ad esempio nei vari uffici e negli ospedali, con un tocco ti permettono di avere il bigliettino di prenotazione o navigare in un certo menù. Ho visto usare questa tecnologia anche nel settore ferroviario, si tende a sostituirre i vecchi tabulatori per la selezione dell'itinerario dei treni con dei tablet o dei monitor touch screen dove l'operatore vede la stessa tastiera del tabulatore al quale è abituato.

ritratto di Alex87ai

Ora la techologia touch

Ora la techologia touch capacitiva, per i vantaggi in termini di resistenza meccanica pressocchè infinita rispetto al tradizionale tasto meccanico, viene davvero usata ovunque, anche sui distributori di sigarette 24/24... infatti, i nuovi modelli di distributore hanno sostituito i vecchi tasti meccanci con uno schermo totalmente touch. La domanda però ora mi sorge spontanea. Prima i tasti venivano marchiati con codice Braile in mdodo da essere discriminati e riconusciuti anche dai non vedenti. Con i monitor touch, a meno che non ci sia una voce che ti indica quale tasto o quale tipo di sigarette si è scelto (nel caso del distributore di sigarette), non c'è questa opportunità di riconoscimento. Quindi diciamo che sotto alcuni aspetti, sostituire la vecchia tecnologia con la nuova non è totalmente vantaggioso per tutti i soggetti che con un data interfaccia ci dovranno interagire. Questo discorso vale per i monitor touch, non per i pulsanti touch, perchè quest'ultimi differiscono dai primi dal disporre di uno stampo esterno sulla ricopertura plastica che permette di riprodurre anche i codice Braile. Quindi non è raro vedere, ad esempio, cabine di ascensori che al posto della tastiera tradizionale usano una tastiera totalmente capacitiva con i vantaggi sulla resistenza meccanica precedentemente evidenziati, oppure addirittura dei posti esterni di impianti citofonici che anzicchè utilizzare i tasti tradizionali adottano una tecnologia touch, solo che in questo caso penso che non sia di tipo capacitiva ma induttiva, perchè i modelli che ho visto tempo fa su internet avevano una cover esterna completamente metallica, e l'effetto capacitivo sarebbe totalmente schermato da tale superficie conduttiva.

ritratto di FlyTeo

Domanda..

Come funzionano gli schermi induttivi??
Non ne ho mai sentito parlare =)

ritratto di Antonio Mangiardi

http://www.youtube.com/watch?

http://www.youtube.com/watch?v=9P9oELAAErg cerca la parte 1, ci sono anche altri video interessanti...
http://www.futureelectronics.com/en/manufacturers/microchip/Documents/inductiveUG41407A.pdf
sono schermi che invece di basarsi sul sensore capacitivo si basano su uno induttivo
http://it.emcelettronica.com/sensore-induttivo-come-funziona

descrive il funzionamente del sensore induttivo:
http://www.ipsia.pn.it/internet_didattica/TesiCeschiatBiscontin2000/sensori.htm

ritratto di FlyTeo

Interessante..

Ho dato un occhiaia solo a un paio di link..ma..quindi questi schermi non hanno bisogno di pressione??
Conosci qualche applicazione pratica abbastanza diffusa?

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Certamente i sensori

Certamente i sensori capacitivi sono entrati nella vita di tutti i giorni, e ci entrano sempre di più, specialmente con lo sviluppo della telefonia mobile, che sta quasi togliendo dalla circolazione i terminali con i tasti fisici. Personalmente non credo però che sia una cosa buona al 100%. Infatti ci sono molte applicazioni che almeno per me sono più accessibili con dei tasti fisici. Io ho un cellulare con tastiera qwerty fisica, che pur avendo i tasti molto piccoli è molto più maneggevole di un qualsiasi cellulare dotato di tastiera touch screen. Questo soprattutto perchè uno può anche non guardare la tastiera, ma andare a tatto. Questa possibilità non esiste nei telefoni full touch. Se uno scrive un sms deve stare necessariamente con gli occhi sullo schermo. Un discorso parallelo può essere condotto per quel che riguarda gli interruttori. Certo i pulsanti che servono ad accendere e spegnere televisioni, col passare del tempo è sicuro che prima o poi si usurino al punto di non funzionare più, ma nel loro campo applicativo sono insostituibili, perchè scollegano fisicamente la circuiteria dalla rete elettrica. Un pulsante touch questo non può farlo. Qualcuno ha realizzato anche dei mouse con pulsanti touch. Di certo saranno meno propensi a sfondarsi, al contrario dei mouse normali, che almeno a me non durano mai più di 3-4 anni. Almeno io però non so se sarei in grado di usarli al meglio, soprattutto per il fatto che stando abituato a tenere la mano completamente poggiata sul mouse, sono sicuro che farei partire un sacco di click a vuoto.
Ciò non toglie i benefici dei sensori touch, soprattutto per la longevità.

Riguardo il feedback, credo che sia la cosa più naturale possibile, attendersi un segnale, di qualunque tipo dopo aver premuto un pulsante. Nei pulsanti classici il feedback era lo spostamento della superficie stessa. qua invece è possibile invece dare un feedback uditivo con un suono, oppure tattile con una vibrazione, ma siccome chi scrive su uno di questi schermi deve necessariamente tenere gli occhi sullo schermo, potrebbe essere sufficiente anche la sola visione del carattere a schermo.
Forse sono vecchio nell'animo, ma non ritengo sinonimo di obsolescenza la presenza di pulsanti, manopole o simili sugli elettrodomestici. Soprattutto perchè al giorno d'oggi devono essere usati anche da persone anziane che non hanno mai visto in vita loro un touchscreen, quindi le manopole ci stanno benissimo. Ma penso che anche in un futuro non sarà un problema se il mio forno o la mia lavatrice avranno delle manopole per regolare le impostazioni.
Soprattutto per le tastiere e per gli schermi touch, il software fa la parte più importante nel rilevamento di dove è stato premuto lo schermo. Infatti vanno applicati filtri e tante cose per evitare il rumore che sicuramente c'è. Poi il dito, nel momento in cui preme sullo schermo lascia un'impronta vagamente tonda o ovale, ed è compito del software riuscire a capire su che pulsante è andato a mettersi.
Negli ultimi tempi per quel che riguarda lo sviluppo le cose sono molto migliorate comunque. Se non sbaglio addirittura in arduino ci sono delle funzioni che permettono di realizzare sensori touch, tramite la lettura della costante di tempo di un circuito RC equivalente

ritratto di Ser_gio

Credo che

un ottimo esempio alla portata di tutti siano gli schermi touch degli smartphone di ultima generazione.
Ad esempio con iPhone o htc abbiamo un feedback sia sonoro che visivo mentre si digita dulla tastiera touch.
A mio parere è proprio in questo tipo di soluzioni che gli schermi touch hanno trovato la loro applicazione migliore.

ritratto di giamby3000

Prove EMC

Qualcuno sa come effettuare le prove EMC su questi dispositivi?
Come posso testare senza le dita di una mano che la tastiera funzioni correttamente? Serve per forza l'intervento umano?

Grazie

 

 

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