Molte aziende che sviluppano attrezzature industriali hanno la necessità di progettare interfacce semplici in grado di tollerare ambienti di esercizio gravosi e soggetti a rumore, sporco e liquidi, che possono interferire con il funzionamento affidabile di pulsanti meccanici. A queste esigenze viene in aiuto la tecnologia tattile capacitiva, che offre un’alternativa interessante ai pulsanti meccanici per svariate applicazioni. Ad esempio, i pulsanti meccanici su una macchina da caffè sono muniti di guarnizioni attraverso le quali il caffè liquido o macinato può penetrare nella custodia, con la possibilità di causare danni. Con un’interfaccia utente di tipo tattile è possibile proteggere l’apparecchiatura dalla mancanza di tenuta di una custodia in metallo o plastica. La tecnologia tattile capacitiva, inoltre, rende possibili opzioni innovative per interfacce che aumentano la facilità d’uso per una migliore esperienza utente. Ad esempio, le cuffie potrebbero utilizzare sensori di prossimità di tipo capacitivo per rilevare se non sono indossate e consentirne lo spegnimento automatico per risparmiare batteria. Inoltre, le cuffie potrebbero essere dotate di un cursore non meccanico, che permetta agli utenti di regolare facilmente il volume.
Mcu Fram con tecnologia tattile capacitiva
Per aiutare i clienti a trarre il massimo vantaggio che possono offrire le interfacce tattili, Texas Instruments ha creato la famiglia di Mcu MSP430FR25x/26x a bassissima potenza con tecnologia CapTIvate . La Mcu è stata progettata per portare semplicità in piccoli e grandi elettrodomestici, dispositivi elettronici personali e sistemi di automazione di fabbrica e per edifici. Con la loro architettura efficiente, le Mcu MSP430FR25x/26x rappresentano la tecnologia tattile di tipo capacitivo con la potenza più bassa del settore, che rende questa famiglia l’ideale per l’implementazione di interfacce in dispositivi come serrature elettroniche a batteria, dispositivi elettronici portatili e apparecchiature con requisiti Energy Star. Questa tecnologia offre caratteristiche in grado di fornire prestazioni solide e affidabili in ambienti rumorosi e gravosi, oltre alla capacità di tollerare l’umidità. L’elevata sensibilità della tecnologia CapTIvate permette l’utilizzo di coperture spesse per proteggere le apparecchiature e può essere utilizzata con pannelli metallici per implementare pulsanti capacitivi dalla sensazione metallica al contatto. Questa tecnologia, inoltre, è stata progettata tenendo presente la facilità di utilizzo, pertanto i progettisti non devono diventare esperti di tecnologia capacitiva per sfruttare i vantaggi delle interfacce tattili. I primi dispositivi a utilizzare la tecnologia CapTIvate di Texas Instruments sono le Mcu della famiglia MSP430FR25x/26x basate su Fram. Attraverso l’integrazione della tecnologia tattile capacitiva come front-end analogico indipendente in una Mcu Fram dalle caratteristiche complete, TI permette agli sviluppatori di creare sistemi effettivamente a chip singolo. L’architettura Mcu MSP430 fornisce sufficiente capacità di elaborazione per eseguire operazioni come azionamento di Lcd, Led, feedback tattile o qualsiasi altra operazione di gestione di sistemi senza richiedere una seconda Mcu. In questo modo, si ottiene il vantaggio aggiuntivo di velocizzare la progettazione e ridurre i costi totali di sistema. La tecnologia CapTIvate di TI è estremamente sensibile, essendo in grado di misurare variazioni di capacità anche di soli 10 fF e rilevare un’ampia gamma dinamica di capacità, fino a 300 pF, permettendo ai sistemi di fornire:
- funzionamento affidabile con coperture di maggiore spessore, fino a 60 mm in vetro;
- maggiore raggio di rilevamento di prossimità, fino a 30 cm;
- risoluzione migliorata, fino a 10 bit di risoluzione utile per cursori e manopole;
- riduzione dei falsi rilevamenti in presenza di elevato carico capacitivo parassita;
- fattore di forma inferiore grazie alla possibilità di utilizzare elettrodi più piccoli.
Le Mcu MSP430FR25x/26x con tecnologia CapTIvate sono inoltre in grado di eseguire la scansione di quattro elettrodi in parallelo a 500 μsec. Ciò consente una migliore resistenza agli effetti del rumore di modo comune e consumi ridotti. Inoltre, grazie alla velocità di scansione e all’elevata sensibilità, le Mcu MSP430 Fram con tecnologia CapTIvate rendono possibili le applicazioni con gesti in 3D.
Affrontare la sfida del rumore
Il rumore costituisce una delle principali sfide che si trovano ad affrontare i progettisti di sistemi basati su tecnologia tattile capacitiva, in quanto il rumore può provenire da fonti interne o esterne. Il rumore può causare rilevamenti errati potenzialmente pericolosi, ad esempio nel caso di una cucina a induzione che si accende automaticamente e in modo accidentale a causa del rumore sulla linea di alimentazione. Le Mcu MSP430FR25x/26x integrano numerose caratteristiche a livello del silicio stesso, al fine di soddisfare i rigidi requisiti di applicazioni che devono funzionare in ambienti rumorosi ed essere conformi alle norme di compatibilità elettromagnetica. Le elevate prestazioni della tecnologia CapTIvate sono importanti per ottenere la migliore immunità al rumore possibile. Una maggiore sensibilità si traduce nella possibilità di utilizzare elettrodi o sensori di piccole dimensioni. Il front-end analogico della tecnologia CapTIvate è in grado di mantenere buone prestazioni anche quando il sistema richiede lunghe tracce nel circuito stampato. La tecnologia CapTIvate minimizza gli effetti del rumore utilizzando vari meccanismi di controllo a base hardware.
Consumi energetici ridotti
I progettisti di apparecchiature industriali sono sottoposti a pressioni sempre maggiori per ridurre il consumo energetico. I microcontrollori MSP430FR25x/26x sono stati progettati per offrire la potenza più bassa nel settore per componenti tattili capacitivi come pulsanti, cursori, interfacce a manopola e sensori di prossimità. Texas Instruments ha sviluppato numerose tecnologie innovative per rendere possibile questo risultato. Tipicamente, i controller a rilevamento capacitivo oggi disponibili sul mercato richiedono che la Cpu si attivi e controlli degli elettrodi. L’elevato consumo di energia della Cpu, unito ai lunghi tempi richiesti dalla Cpu per attivarsi, incidono notevolmente sulla potenza richiesta per la scansione degli elettrodi. Questa situazione aumenta il consumo energetico a più di 20 μA per sensore per i controller tattili a generazione di corrente. Al contrario, le Mcu MSP430FR25x/26x non richiedono alcuna riattivazione della Cpu al tocco. L’implementazione consiste in una macchina a stati finiti in grado di monitorare attivamente fino a quattro sensori per contatto/prossimità mentre la Cpu è in modalità sleep. Quando si verifica un evento, la macchina a stati finiti attiva la Cpu per elaborare l’evento. Il risultato è un’eccezionale efficienza energetica; durante l’esecuzione della scansione di quattro elettrodi, il consumo energetico è di soli 0,9 μA per sensore. Questo livello di produttività consente ai progettisti di soddisfare i requisiti di conformità Energy Star e di ottenere una durata operativa di diversi anni con una singola batteria a bottone. Per le applicazioni che richiedono più di quattro elettrodi, la Mcu MSP430FR25x/26x è ideale in quanto consuma soli 1,7 μA per pulsante.
Fram per una maggiore efficienza energetica
Le applicazioni industriali richiedono di memorizzare i dati quando il sistema viene spento o se si verifica una caduta di tensione. La tecnologia delle Mcu Fram di TI combina la velocità della Sram con la non volatilità della memoria Flash in modo da offrire solidità in combinazione con flessibilità ed efficienza in un’unica tecnologia di memoria. Paragonabile alla memoria Flash in termini di prezzo, la Fram offre velocità di scrittura superiori, accesso in lettura, maggiore durata ed efficienza energetica, rendendola una memoria universale utilizzabile sia per il codice sia per i dati. Gli sviluppatori possono sfruttare la flessibilità per creare partizioni e scegliere quanta memoria allocare per il codice di programma e quanta per la memorizzazione dei dati. In questo modo, gli sviluppatori possono sfruttare in maniera ottimale la memoria, anche in caso di variazioni delle specifiche, senza dover passare a un nuovo processore con una diversa configurazione di memoria. La Mcu Fram MSP430FR2633 consente ai progettisti di creare rapidamente applicazioni differenziate. Ad esempio, se si considera una serratura elettronica per porte, con la Fram non volatile la serratura può registrare informazioni come quali persone hanno utilizzato la porta, quando l’hanno utilizzata e se il codice da loro inserito era corretto. Questa funzionalità a valore aggiunto può essere implementata senza incidere negativamente sulla durata della batteria o aumentare i costi di sistema.
Progettazione senza compromessi
Le Mcu MSP430FR25x/26x forniscono ai progettisti un elevato grado di flessibilità nella progettazione di sistemi tattili capacitivi, grazie al supporto del rilevamento ad autocapacità e a mutua capacità e del rilevamento di prossimità in un unico design. In questo modo, gli sviluppatori possono scegliere il metodo di rilevamento giusto per l’attività in questione. In termini semplici, l’autocapacità è la capacità fra un singolo elettrodo di rilevamento e la massa, dove il dito dell’utente funge da massa. Essa fornisce le prestazioni necessarie per applicazioni che richiedono rilevamento a lunga distanza (prossimità), elevata sensibilità, maggiore immunità al rumore o cursori e manopole a risoluzione estremamente elevata. Al contrario, la mutua capacità misura la capacità fra un elettrodo di trasmissione e uno di ricezione. All’avvicinarsi del dito dell’utente e al suo contatto con il pannello, la capacità misurata tra i due elettrodi cambia. La mutua capacità è l’ideale per applicazioni che richiedono un gran numero di pulsanti, in presenza di sensori poco distanziati o se è richiesta la capacità di resistere agli effetti dell’umidità. In pratica, gli sviluppatori non devono cercare compromessi fra le prestazioni di una parte dell’UI tattile e un’altra.
