Olvide las frustraciones en el estacionamiento con diseños de teclados con sensores capacitivos al tacto

Creado: October 3, 2021

Teclado con detección capacitiva del tacto con un dedo presionando un botón.

A veces parecería que las máquinas de tickets de estacionamiento son desatendidas deliberadamente para que, a una mayor cantidad de gente, incapaz o sin ganas de esperar a que la máquina funcione, se le hagan tickets. He sufrido mis buenos momentos de frustración al encontrarme con teclas defectuosas en sus teclados, forzándome a buscar una máquina que funcione en el área circundante. El encontrar estacionamiento es ya difícil en varias ciudades; ¿por qué no puede ser un proceso fácil con máquinas que sí funcionen?

Los teclados mecánicos están sujetos inevitablemente a la degradación debido al uso y/o al vandalismo (recuerdo que mi primo bebé, una vez, mientras estaba sentado en mi regazo, arrancó las teclas “e”, “g” y “v” del teclado de mi computador). Lo que primero consideraría si estuviera encargado de diseñar nuevas máquinas de estacionamiento al exterior es reemplazar los teclados mecánicos por otros con sensores sensibles al tacto, para eliminar problemas mecánicos y además, darle a las máquinas una apariencia más moderna y sofisticada.

Qué es la detección capacitiva del tacto?

Como su nombre lo implica, la detección capacitiva del tacto ocurre cuando una detección de entrada está basada en el cambio capacitivo inducido usualmente, por el tacto humano. Tratándose en su momento de una tecnología premium, la detección capacitiva del tacto es, hoy en día, comúnmente utilizada en varios productos electrónicos. Los teléfonos inteligentes, tablets, y básicamente cualquier pantalla con la que pueda interactuar mediante el tacto puede estar usando detección capacitiva del tacto.

En la electrónica, la detección capacitiva del tacto ha revolucionado los teclados tradicionales numéricos mecánicos y las aplicaciones comerciales. Los controladores de acceso de seguridad que requiere de un número personal de identificación (PIN), han vivido una transición de usar teclados mecánicos a teclados con sensores capacitivos al tacto. Lo mismo aplica a las máquinas de estacionamiento de exterior, en donde se puede ver que las nuevas versiones están equipadas con teclados capacitivos, al ser menos propensos al vandalismo y a la degradación por el ambiente exterior.

El principio de la detección capacitiva del tacto, especialmente en los diseños de teclados, es en crear una serie de electrodos con los que pueden interactuar los dedos humanos. Estos electrodos son luego enrutados a un controlador de detección capacitiva del tacto en donde se mide la capacitancia, y se traduce a valores digitales. Los electrodos proyectan un campo eléctrico donde la presencia de un dedo humano cambiará la capacitancia que se mide en condiciones de inactividad. El controlador de detección de capacitancia luego compara los cambios en la capacitancia contra los de base para determinar si un evento de tocado ha ocurrido.

Estacione a la vuelta de la esquina: Diseño de teclados con detección capacitiva del tacto

El desafío más grande de los diseños con teclados con detección capacitiva del tacto es en tener una correcta disposición de su PCB. A pesar de que puede parecer algo sencillo, aquí hay algunas consideraciones claves para tener en cuenta al diseñar:

1. Materiales del panel frontal: El PCB que forma los electrodos se monta usualmente en la carcasa del dispositivo detector. Como tal, el panel frontal que separa los electrodos del tacto humano es vital en la sensibilidad de la propia detección capacitiva del tacto. Un panel frontal hecho con un material de alta constante dieléctrica produce un campo eléctrico más alto, y, por lo tanto, una sensibilidad mayor. Usualmente se prefieren los materiales como el vidrio y el plástico, dado que tienen una constante dieléctrica alta. El espesor del panel frontal también afecta directamente la sensibilidad de la detección capacitiva. Un panel frontal fino otorgará una sensibilidad más alta que uno grueso.

Arreglo de placas de vidrio de diferentes tamaños y formas.
El vidrio con alta constante dieléctrica funciona bien como panel frontal.

2. Formas y tamaños: Cuando nos referimos a detección capacitiva del tacto, no todas las formas y tamaños son iguales. Un botón redondo es la mejor opción, dado que provee el campo eléctrico más fuerte alrededor del botón. Las formas como los triángulos con ángulos menores a 90º no son ideales, dado que los bordes puntiagudos pueden ser más sensibles, creando un área no lineal de detección. No solo eso: los bordes puntiagudos son más susceptibles a la emisión de interferencia electromagnética (EMI). La sensibilidad del electrodo también se ve influenciada por el tamaño y el espesor de la cubierta. Cuanto más grande el diámetro del área, mejor es la detección. La reversa también es verdadera para el espesor de la cubierta: la sensibilidad disminuye a medida que aumenta.

3. Trazas: La detección capacitiva del tacto consiste en convertir mediciones analógicas a valores digitales y esto requiere que las trazas sean diseñadas conforme a las mejores prácticas para un rendimiento óptimo. Las trazas son una extensión del electrodo en sí, y deben ser enrutadas en áreas en donde no haya contacto humano. Esto es para asegurar que los cambios capacitivos ocurran únicamente en los electrodos en sí. Las trazas deben ser mantenidas lo más cortas posibles. El ancho de las trazas de los electrodos debe ser mantenidas en un mínimo y una holgura adecuada deber ser establecida entre ellas. También deben ser colocadas lejos de otras señales ruidosas a fin de evitar acoplamientos cruzados.

4. "Ground Pour": Para obtener un buen rendimiento de la detección capacitiva del tacto, los electrodos deben estar diseñados de forma tal que se vean afectados lo menos posible por el ruido. El verter un plano a tierra alrededor del electrodo parece ser una buena idea. Sin embargo, un plano sólido de tierra incrementará la capacitancia parásita, y disminuirá la sensibilidad. Por lo tanto, un polígono eclosionado a tierra es la mejor opción para proveer un balance entre la inmunidad al ruido y la capacitancia parásita.

Circuitos vectoriales en un fondo azul oscuro.
Es importante mantener las trazas de los electrodos delgadas, y cortas.

A pesar de no tener el control gubernamental de conseguir que su ciudad local actualice sus máquinas de tickets de estacionamiento, usted puede al menos saber cómo producir máquinas que trabajarán más eficientemente, y tendrán una mejor apariencia que las máquinas toscas y defectuosas que ellos usan. Cuando usted necesite un acceso a una herramienta de disposición de PCBs fácil de usar y que incluya todo lo que necesita para construir placas de alta calidad fabricables, no vea más allá que CircuitMaker. Además de ser un software de diseño de PCBs sencillo de usar, todos los usuarios de CircuitMaker tienen acceso a un espacio personal de trabajo en la plataforma de Altium 365. Puede subir y guardar sus datos de diseño en la nube, y puede fácilmente visualizar sus proyectos vía su navegador de internet en una plataforma segura.

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