Il tocco ha rivoluzionato ormai da alcuni anni le modalità di immissione dei dati: pulsanti meccanici, tastiere e cursori possono essere sostituiti da superfici plastiche o metalliche senza parti in movimento. In questo modo è stato possibile integrare i pannelli operatore all’interno degli apparecchi, ed introdurre in misura crescente soluzioni discrete e moderne anche all’interno degli stabilimenti produttivi. La tecnologia touch capacitiva si basa sulla presenza di un condensatore, del quale il dito umano assume la funzione di una delle sue armature. Opportuni progetti consentono anche la realizzazione di sensori di prossimità. Inoltre il controllo risulta attivo unicamente un attimo prima dell’azionamento, il che riduce i consumi energetici. Oggi ciò va sotto il nome di immissione dati “1D“. Ben presto sono arrivate le soluzioni multitouch, attraverso la tecnologia capacitiva o quella resistiva. Con queste ultime, l’utente tocca il touchscreen, che è collocato davanti al monitor. l controllori dello schermo tattile calcolano le coordinate dei punti toccati e le inviano per l’elaborazione successiva. Questo è il funzionamento di una tecnologia di immissione dati “2D“.
Il controllo senza tocco
Ora è il momento del “3D“: il controllo sensibile al movimento. “È già molto richiesto dai nostri clienti", riferisce Ileana Keges, Responsabile vendite della divisione microcontrollori, presso Rutronik. Rispetto alle tecnologie touch, quest’ultima presenta anche alcuni vantaggi: le superfici sensibili non vengono danneggiate e le superfici sterili rimangono tali. Per l’azionamento dei macchinari, dai quali potrebbero fuoriuscire lubrificanti o liquidi corrosivi, i guanti diventano inutili. Microchip ha sviluppato a questo scopo una soluzione che vi consigliamo caldamente: il GesticIC MGC3130. Questo controllore di puntamento e di movimento di prossimità in 3D si basa sulla tecnologia GestICdi Microchip, la quale consente di effettuare rilevazioni con una sensibilità elevatissima senza punti ciechi, con un raggio d’azione massimo di 15 cm. Il campo di immissione è realizzato attraverso un insieme di elettrodi, il sensore E-Feld, e i segnali rilevati sono analizzati dal microcontrollore MGC3130. La superficie del sensore è costituita da almeno quattro elettrodi, i quali sono disposti in modo da a una frequenza massima di 100 KHz, il quale si distribuisce uniformemente. Se sono presenti delle variazioni di campo prodotte dal movimento della mano, il sensore rivela queste piccole variazioni di segnale. Il componente elabora i risultati in tempo reale grazie all’elaborazione digitale dei segnali a 32 bit. I quattro elettrodi possono rilevare il movimento in direzione degli assi X, Y e Z. A partire da tali dati l‘MGC3130 determina i movimenti della mano. “Questi ultimi possono essere non solo movimenti semplici, come ad esempio verso l’alto, verso il basso, a destra o a sinistra, ma anche gesti circolari o addirittura simbolici, nel complesso otto gesti diversi", spiega Ileana Keges. In questo modo l’operatore può ad esempio controllare una valvola attraverso la rotazione di un pulsante immaginario o aumentare o diminuire un livello con un movimento verticale, avviare un’applicazione, cliccare, effettuare lo zoom o scorrere una schermata. La distanza massima di 15 cm fa sì che vengano elaborati solo i gesti intenzionali degli operatori. “Dato che, con questa tecnologia, per il riconoscimento dei gesti un oggetto conduttore deve alterare il campo elettrico, sono escluse le “false immissioni“ dovute alla luce o al suono", aggiunge Keges. Una funzione di auto-calibrazione automatica rende il sistema immune ai disturbi e garantisce una precisione uniforme lungo l’intero ciclo di vita del prodotto. Gli elettrodi possono essere realizzati in qualsiasi materiale solido conduttore, ad esempio schede, substrati per circuiti stampati o fogli conduttori. “In questo modo, la tecnologia GestIC di Microchip risulta essere una soluzione molto conveniente economicamente", così commenta Ileana Keges. L’impiego di materiali sottili consente di integrare la soluzione dietro un alloggiamento senza impattare sul design complessivo. Il sensore può essere alloggiato dietro a materiali non conduttori, come ad esempio uno strato di vetro, plastica o ceramica spesso 1 cm. La superficie del sensore misura al minimo 25x25 cm e al massimo 140x140 cm. In questo modo è possibile adattarlo alle applicazioni esistenti, consentendo una semplice migrazione dalla generazione 1D o da 2D a quella 3D. “É anche possibile combinare queste diverse tecnologie, se gli elettrodi sono realizzati ai margini di uno schermo e quest’ultimo viene utilizzato come superficie tattile. Una sua applicazione pratica è costituita da un pannello di controllo con display e tasti“, spiega Ileana Keges. Il consumo di potenza in modalità di riconoscimento attivo e in regime di funzionamento continuo risulta essere di appena 150 μW. Oltre a ciò, l‘MGC3130 è dotato di alcune modalità per il risparmio energetico. Il “rilevamento di approccio“ consente di ottenere un sensore di prossimità. Attraverso la modalità di “auto-risveglio dalla modalità sleep“, il chip rimane in modalità di auto-risveglio, fino a quando non rileva in prossimità un movimento dell’operatore. Immediatamente dopo il sistema si porta automaticamente in modalità completamente attiva. Una volta che la mano si allontana dall’area sensibile, il dispositivo si riporta di nuovo in modalità per il risparmio energetico. “La realizzazione degli elettrodi del sensore richiede una elevata precisione, in caso contrario i gesti non verrebbero riconosciuti chiaramente. Per illustrare questo aspetto agli sviluppatori, Microchip offre il Kit di sviluppo Hillstar come riferimento", spiega Ileana Keges. Il kit Hillstar comprende la tecnologia GestIC e la suite Colibri. Attraverso quest’ultima viene effettuata la parametrizzazione in base ai requisiti specifici dei clienti. Il kit mette a disposizione, all’uscita digitale del componente MCG3130, i dati ad alta risoluzione sull’inseguimento della posizione della mano in direzione X/Y/Z, come singoli movimenti o gesti circolari o simbolici. Per iniziare il progetto, Microchip offre alcuni Kit Demo, come ad esempio un sistema di comandi per l’illuminazione. Il componente MGC3130 controlla in modalità stand-alone una barra di Led attraverso il movimento della mano, in modo tale da poter accendere o spegnere i singoli Led uno dopo l’altro. L’intensità luminosa è regolata attraverso movimenti circolari della mano. Ciò è reso possibile dal software Aurea, ricco di funzionalità. Esso non solo consente l’impostazione dei parametri del componente MGC3130, ma ne semplifica anche l’aggiornamento e la memorizzazione. “I clienti ai quali abbiamo già presentato il sistema erano sbalorditi. Esso costituisce la soluzione ideale soprattutto in applicazioni per le quali gli operatori indossano guanti, siano esse in campo medicale o nella produzione industriale", riporta Keges.
Soluzioni ottiche
Accanto alla tecnologia GestICdi Microchip, Rutronik offre anche soluzioni per il controllo attraverso il movimento offerte da Vishay e da Osram. “Non è tuttavia possibile confrontarle, dato che queste sono basate su un principio di funzionamento completamente diverso", spiega Ileana Keges. I prodotti di Vishay e Osram si basano su una soluzione ottica. Su questo principio è basata la scheda per il controllo a gesti con sensore di prossimità di Vishay, sulla quale è montato il sensore di prossimità e di luce ambientale VCNL4020. Con un’intensità luminosa tipica di 80mW/sr a 200mA, esso consente il riconoscimento di un movimento della mano a una distanza massima di 15 cm dalla scheda sensore. Il movimento viene riconosciuto confrontando il segnale infrarosso di ciascuna sorgente. Se la radiazione infrarossa emessa da un oggetto, ad esempio una mano, viene riflessa, il sensore di prossimità VCNL4020 rileva la riflessione. Allo scopo di distinguere fra i segnali provenienti da diverse sorgenti, questi vengono multiplexati, ossia commutati in rapida successione. Il segnale di prossimità viene letto sotto forma di impulsi su interfaccia I2C. Se una mano si trova in prossimità della scheda, essa invia nuovamente un segnale amplificato della sorgente sulla quale essa si trova. Se la mano si muove sopra la scheda, i segnali delle altre rispettive sorgenti aumentano. A questo punto è possibile analizzare la differenza temporale nell’intensità dei segnali, al fine di distinguere un movimento e la relativa direzione. La soluzione GestIC di Microchip è una singola unità, costituita dalla superficie sensibile e dal componente IC Gestic MGC3130. La distanza massima rilevabile di un gesto è di 15 cm. Per contro la soluzione ottica necessita di un microcontrollore aggiuntivo per la valutazione dei segnali in uscita su interfaccia I2C. Un vantaggio della soluzione ottica è la distanza superiore (25 cm) alla quale è possibile effettuare il riconoscimento del movimento della mano. “Essendo i gesti il movimento più naturale, il controllo 3D si affermerà in molti altri scenari, dalle abitazioni, alle autovetture fino alle case di cura e agli ospedali."
