En este tutorial, aprenderá sobre los sensores táctiles. Casi todas las interfaces de usuario actuales se basan en el tacto. La gama de aplicaciones es innumerable y entre las más importantes se incluyen teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles, coches, ascensores, cajeros automáticos, cámaras, etc. Los sensores táctiles son un componente crítico de las aplicaciones modernas de pantalla táctil.
Consulte también: Sensor flexible e interfaz Arduino
Tabla de contenido
introducción
El tacto es un canal sensorial importante para muchos animales y algunas plantas. Nuestros sentidos nos avisan cuando nuestras manos tocan algo. Los dispositivos de entrada de computadora son indiferentes al contacto humano, ya que no hay reacción del software al realizar, mantener o interrumpir el contacto físico, como un toque o una liberación.
Por lo tanto, los dispositivos de entrada con detección táctil ofrecen muchas posibilidades para nuevas tecnologías de interacción. La tecnología de sensores táctiles está reemplazando gradualmente a objetos mecánicos como ratones y teclados.
Los sensores táctiles detectan el tacto o la proximidad sin depender del contacto físico. Los sensores táctiles se han introducido en muchas aplicaciones, como teléfonos móviles, controles remotos y paneles de control. Los sensores táctiles actuales pueden reemplazar los botones e interruptores mecánicos.
Los sensores táctiles con controles deslizantes giratorios simples, paneles táctiles y ruedas giratorias ofrecen grandes beneficios para una interfaz de usuario más intuitiva. Los sensores táctiles se pueden utilizar sin piezas móviles, lo que los hace más cómodos y fiables. El uso de sensores táctiles brinda a los diseñadores de sistemas una mayor libertad y ayuda a reducir los costos generales del sistema. El aspecto general del sistema se vuelve más atractivo y moderno.
Principios del estilo de trabajo.
Los sensores táctiles, también conocidos como sensores táctiles, detectan el tacto, la fuerza y la presión. Estos son uno de los sensores más simples y útiles. El funcionamiento de un sensor táctil es similar al de un simple interruptor.
Cuando tocas la superficie de un sensor táctil, un circuito dentro del sensor se cierra y la corriente fluye. Cuando sueltas los contactos, el circuito se abre y no fluye corriente.
A continuación se muestra un diagrama que muestra el funcionamiento del sensor táctil.
sensor táctil capacitivo
Los sensores táctiles capacitivos se utilizan ampliamente en la mayoría de los dispositivos portátiles, como teléfonos móviles y reproductores de MP3. Los sensores táctiles capacitivos también se utilizan en aplicaciones industriales, automotrices y de electrónica de consumo. Las razones de este desarrollo son la durabilidad, la robustez, el diseño atractivo del producto y el coste.
A diferencia de los dispositivos mecánicos, los sensores táctiles no contienen partes móviles. Por tanto, son más duraderos que los dispositivos de entrada mecánicos. El sensor táctil es robusto ya que no hay espacios por donde entre humedad o polvo.
El principio del sensor táctil capacitivo se explica a continuación.
La forma más simple de condensador puede estar formada por dos conductores separados por un aislante. Una placa de metal puede considerarse conductora. La fórmula para calcular la capacitancia se muestra a continuación.
C = ε0 *εr *Anuncio
dónde
ε0 es la permitividad del espacio libre
εr Permitividad relativa o constante dieléctrica
A es el área de las placas y d es la distancia entre las placas.
La capacitancia es directamente proporcional al área e inversamente proporcional a la distancia.
En un sensor táctil capacitivo, el electrodo representa una de las placas de un condensador. El segundo plato está representado por dos objetos. Uno es el entorno del electrodo sensor, que forma un condensador parásito C.0 El otro es un objeto conductor como un dedo humano que forma el condensador táctil C.t.
Los electrodos del sensor están conectados a un circuito de medición y la capacitancia se mide periódicamente. Cuando un objeto conductor toca o se acerca al electrodo del sensor, la capacitancia de salida aumenta. El circuito de medición detecta el cambio de capacitancia y lo convierte en una señal de activación.
El funcionamiento de un sensor táctil capacitivo se muestra en el siguiente diagrama.
Image Resource Link: www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fme/articles/fujitsu-whitepaper-capacitive-touch-sensors.pdf
Cuando el área del electrodo sensor es grande y el espesor del material de la cubierta es delgado, la capacitancia táctil C est También es grande. Como resultado, también aumenta la diferencia de capacitancia entre el panel táctil y el panel sensor intacto. Esto significa que el tamaño del electrodo del sensor y el material de recubrimiento afectan la sensibilidad del sensor.
Las mediciones de capacitancia se utilizan en muchas aplicaciones, como medir distancias, presión, aceleración, etc. Los sensores táctiles capacitivos también son un área de aplicación. Hay muchas formas de medir la capacitancia. Estos incluyen modulación de amplitud, modulación de frecuencia, mediciones de retardo de tiempo y ciclo de trabajo.
Para los sensores táctiles capacitivos, la presencia de un material conductor es suficiente para activar la carga; no se requiere fuerza. Por lo tanto, con los sensores táctiles capacitivos existe un mayor riesgo de activación errónea o involuntaria. Este problema se agrava aún más cuando hay humedad o agua, que es un buen conductor.
El método de medir la capacitancia de un sensor táctil requiere colocar una superficie de referencia cerca de la almohadilla sensora. En un sensor táctil capacitivo, cuando mueve el dedo, se forma una capacitancia entre el electrodo sensor y la superficie de referencia. El sebo y el sudor del cuerpo humano pueden provocar un mal funcionamiento.
Se utilizan almohadillas sensoriales adicionales o algoritmos de software para distinguir entre toques intencionados y accidentales. La mejor solución es quitar el electrodo de tierra de referencia.
Hay dos tipos de sensores táctiles capacitivos: detección capacitiva de superficie y detección capacitiva proyectada.
En la detección capacitiva de superficie, se aplica un revestimiento conductor a un lado de la superficie del aislante. Sobre este revestimiento conductor se aplica una fina capa de aislamiento. Se aplica corriente a todos los rincones del revestimiento conductor.
Cuando un conductor externo, como un dedo humano, toca una superficie, se forma una capacitancia entre ellos y fluye más corriente desde la esquina. Se mide la corriente en cada esquina y la relación determina la ubicación del toque en la superficie.
En la detección capacitiva proyectada, no se carga toda la superficie, sino que se coloca una rejilla X – Y de material conductor entre dos materiales aislantes. Las rejillas suelen estar hechas de cobre u oro sobre una PCB, o de óxido de indio y estaño sobre vidrio. Los circuitos integrados se utilizan para la carga y el monitoreo de la red.
Cuando un objeto conductor externo, como un dedo, extrae carga de un área de la rejilla, el CI calcula la posición del dedo en la superficie táctil. Los sensores táctiles fabricados con tecnología capacitiva proyectada se pueden utilizar para detectar dedos que no tocan una superficie. Estos actúan como sensores de proximidad.
Sensor táctil resistivo
Los sensores táctiles resistivos tienen un circuito de control más simple, por lo que duran más que los sensores táctiles capacitivos. Los sensores táctiles resistivos no dependen de las propiedades eléctricas de capacitancia. Por lo tanto, los sensores táctiles resistivos pueden acomodar materiales no conductores como un lápiz óptico o un dedo enguantado.
A diferencia de los sensores táctiles capacitivos, que miden la capacitancia, los sensores táctiles resistivos detectan la presión sobre una superficie.
Los sensores táctiles resistivos constan de dos capas conductoras separadas por pequeños puntos espaciadores. La capa inferior está hecha de vidrio o película y la capa superior está hecha de película. Los materiales conductores están recubiertos con una película metálica (normalmente óxido de indio y estaño) y son esencialmente transparentes. Se aplica un voltaje a través de la superficie del conductor.
El sensor se activa aplicando presión a la película superior del sensor usando una sonda como un dedo, un lápiz óptico o un bolígrafo. Cuando se aplica suficiente presión, la película superior se doblará hacia adentro y entrará en contacto con la película inferior. Esto crea una caída de voltaje y los contactos forman una red divisora de voltaje en la dirección X – Y.
Este voltaje y cambio de voltaje son detectados por el controlador, que calcula la ubicación del toque presionado en función de las coordenadas X – Y del toque.
La funcionalidad de un sensor táctil resistivo se puede explicar mediante el siguiente diagrama.
El funcionamiento de un sensor táctil resistivo está relacionado con la resistencia del objeto que entra en contacto con el electrodo. Por ejemplo, cuando un dedo toca una superficie, la pequeña resistencia en el dedo permite que fluya algo de corriente, completando el circuito. Los transistores actúan como interruptores. La resistencia Rp se utiliza para proteger el transistor de un posible cortocircuito de los electrodos. La resistencia Rb se utiliza para mantener la base a tierra cuando el circuito está abierto, es decir, cuando no hay dedos.
Cuando tocas ambos electrodos, una pequeña corriente fluye a través de tu dedo, encendiendo el transistor y activando así la carga.
A continuación se muestra un circuito de sensor táctil resistivo simple.
Consta de dos electrodos, dos transistores conectados en configuración Darlington, una resistencia y un LED. Colocar el dedo sobre el electrodo completa el circuito y amplifica la corriente. La resistencia se utiliza para limitar la cantidad de corriente que llega al LED.
Hay tres tipos de sensores táctiles resistivos: de 4 hilos, de 5 hilos y de 8 hilos.
4 – Los sensores táctiles resistivos de cable son los más rentables. 5 – Los sensores táctiles resistivos de cable son los más duraderos. Este tipo es similar a un sensor de 4 cables, excepto que todos los electrodos están en la capa inferior. La capa superior del sensor de 5 hilos actúa como sonda de medición de voltaje. Este tipo de construcción permite una mayor cantidad de actuaciones en un sensor táctil resistivo de 5 cables.
En un sensor táctil resistivo de 8 cables, cada extremo del sensor proporciona una línea de detección. Estas líneas de detección actúan como un gradiente de voltaje estable para el controlador táctil. Estas líneas de detección informan al controlador el nivel de voltaje de referencia real del área táctil. Este es el tipo más preciso de sensor táctil resistivo.
Se puede utilizar cualquier objeto, como un dedo, un lápiz óptico, un bolígrafo o un dedo enguantado, para aplicar presión a un sensor táctil resistivo, principalmente en entornos hostiles. Sin embargo, los sensores táctiles resistivos tienen un tiempo de respuesta más rápido que los sensores táctiles capacitivos. Por lo tanto, los sensores táctiles capacitivos se están reemplazando gradualmente.
Anterior – Sensor de infrarrojos