Dimentica I Tastierini Difettosi Con Il Rilevamento Tattile Capacitivo

Creato: December 18, 2017
Aggiornato: September 19, 2021

Capacitive touch sensing keypad with finger pressed on button

A volte, sembra quasi che la scomodità e poca funzionalità dei parchimetri sia intenzionale. Una scusa in più per consegnare multe a tutti quelli che, per un motivo o l'altro, non sono riusciti a pagare la sosta. Anch’io tante volte mi sono imbattuto in parchimetri mal funzionanti, che mi hanno costretto a vagare alla ricerca di una macchinetta senza tasti difettosi. In molte città è già abbastanza faticoso trovare parcheggio, perché non semplificare almeno il processo di pagamento?

Le tastiere meccaniche sono inevitabilmente soggette a usura, sia a causa dell'utilizzo intenso che degli atti vandalici (penso al mio cuginetto che una volta, seduto sulle mie ginocchia, ha staccato tre tasti dalla tastiera del mio computer). Se dovessi riprogettare un parchimetro, la prima cosa che farei sarebbe sostituire le tastiere meccaniche con tastiere capacitive a rilevamento tattile. Questo risolverebbe i problemi meccanici, donando al contempo un aspetto più elegante e sofisticato alla macchina.

Che cos'è il rilevamento tattile capacitivo?

Come suggerisce il nome, il rilevamento tattile capacitivo è un rilevamento d’input che si basa sul cambiamento capacitivo solitamente indotto dal tocco umano. A lungo considerata una tecnologia esclusiva, il rilevamento tattile capacitivo è ormai comunemente usato in vari prodotti elettronici. Smartphone, tablet, praticamente qualunque schermo con cui sia possibile interagire con la tecnologia touch potrebbe utilizzare il rilevamento tattile capacitivo.

In elettronica, il rilevamento tattile capacitivo ha rivoluzionato le applicazioni industriali e commerciali dei tastierini meccanici convenzionali. Anche i meccanismi di accesso di sicurezza che richiedono un numero d’identificazione personale (PIN) sono passati dalle tastiere meccaniche a quelle con rilevamento tattile capacitivo. Lo stesso vale per i parchimetri da esterno, le cui versioni più recenti sono dotate di tastiere capacitive con sensore tattile, in quanto meno soggette agli atti vandalici e al deterioramento.

Il principio di funzionamento del rilevamento tattile capacitivo, in particolare quello delle tastiere, consiste nel creare una serie di elettrodi capaci d’interagire con i polpastrelli. Questi elettrodi vengono quindi indirizzati verso un controller di rilevamento tattile capacitivo che misura la capacità e la traduce in valori digitali. Il contatto di un dito umano è in grado di modificare la capacità, misurata in condizioni di riposo, del campo elettrico proiettato dagli elettrodi. Il controller di rilevamento della capacità confronta quindi queste variazioni con la linea base per decidere se si è verificato un tocco valido.

Progettazione di una tastiera con rilevamento tattile capacitivo

La sfida più grande per quanto riguarda la progettazione di tastiere con sensore tattile capacitivo consiste nel creare un layout PCB corretto. Ecco alcuni punti chiave da prendere in considerazione durante la progettazione:

1. Materiale del pannello frontale: il PCB degli elettrodi è solitamente montato all'interno dell'involucro del dispositivo di rilevamento. Il pannello frontale che separa gli elettrodi dal tocco umano è quindi cruciale per la sensibilità del sensore tattile capacitivo stesso. Un materiale con un'elevata costante dielettrica consente un campo elettrico più forte e quindi una maggiore sensibilità. Materiali come vetro e plastica sono ottime opzioni in quanto possiedono un'elevata costante dielettrica. Anche lo spessore del materiale del pannello frontale influisce direttamente sulla sensibilità del sensore tattile capacitivo. Un pannello frontale sottile fornirà una maggiore sensibilità rispetto a uno più spesso.

Selezione di pannelli in vetro di diverse forme e dimensioni
Un pannello in vetro con elevata costante dielettrica è quindi un'ottima scelta.

2. Forme e dimensioni: quando si tratta di rilevamento tattile capacitivo, non tutte le forme e le dimensioni vanno ugualmente bene. Un pulsante rotondo crea il maggiore campo elettrico in corrispondenza del pulsante, ed è quindi la scelta migliore. Triangoli con angoli inferiori a 90° non sono ideali poiché l'angolo acuto tende a essere più sensibile, creando così un'area di rilevamento non lineare. Non solo, gli spigoli vivi sono anche soggetti a maggiori emissioni d’interferenze elettromagnetiche (EMI). La sensibilità dell'elettrodo è inoltre influenzata dalle dimensioni e dallo spessore del rivestimento. Maggiore è il diametro dell'area, migliore è il rilevamento. È vero il contrario per quanto riguarda lo spessore: la sensibilità infatti diminuisce man mano che aumenta lo spessore del rivestimento.

3. Tracce: il rilevamento tattile capacitivo è un processo di conversione delle misurazioni analogiche in valori digitali e richiede che le tracce siano progettate nel rispetto dei migliori standard di settore. Le tracce sono un'estensione dell'elettrodo stesso e dovrebbero essere sbrogliate in aree dove non c'è contatto umano, garantendo che i cambiamenti capacitivi avvengano solo sull'elettrodo stesso. Le tracce devono anche essere il più brevi possibile. La larghezza delle tracce degli elettrodi deve essere ridotta al minimo e una distanza adeguata dev'essere mantenuta fra di loro. Dovrebbero inoltre essere posizionate lontano da altri segnali rumorosi per evitare l'accoppiamento incrociato.

4. Ground Pour: per ottenere le migliori prestazioni dal rilevamento tattile capacitivo, gli elettrodi devono essere progettati in modo da essere influenzati dal rumore il meno possibile. Versare un piano di massa intorno all'elettrone potrebbe sembrare una soluzione logica. Tuttavia, un piano di massa solido aumenta la capacità parassita dell'area di rilevamento, diminuendone la sensibilità. Pertanto, un poligono GND tratteggiato (hatched ground polygon) è la scelta migliore per creare equilibrio tra immunità al rumore e capacità parassita.

Circuito vettoriale su sfondo blu
È importante mantenere le tracce degli elettrodi sottili e corte.

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