Tecnologia Capacitive Touch para projeto de teclas sensíveis ao toque

Capacitive Touch

A utilização de tecnologias que permitem toque está em alta. Engenheiros que pensam na concepção do produto como um todo levam em conta interfaces intuitivas e design elegantes, características que fazem com que o produto seja mais desejado pelo cliente final. Entre as tecnologias que contribuem para que o produto tenha um design inovador, as superfícies sensíveis ao toque se destacam como uma alternativa para se criar um design clean e fácil de usar e limpar, e até mesmo com maior longevidade mecânica. Neste artigo vamos apresentar dois métodos de detecção de toque capacitivo, explicar brevemente como essa tecnologia funciona e suas vantagens e apresentar algumas soluções da Renesas para incorporar essa tecnologia em seu projeto eletrônico.

Métodos de detecção de toque capacitivo

Destacamos dois métodos de detecção de toque capacitivo, que vamos explorar nesse texto: o método de auto-capacitância e o de capacitância mútua. A seguir explicamos cada um deles.

1. Auto-capacitância

Um botão de toque detecta a mudança na capacitância eletrostática produzida entre um eletrodo e um corpo humano (toque do dedo). Os sistemas convencionais de sensores de toque utilizam o método de detecção de auto-capacitância. Neste método, a capacitância eletrostática entre um único eletrodo e um corpo humano (toque do dedo) é detectada e usada para determinar se um evento de toque é reconhecido. Existe apenas um único eletrodo, de modo que a estrutura é simples. Veja a figura abaixo.

O circuito contendo o eletrodo possui uma capacitância eletrostática fixa (capacitância parasita) entre o eletrodo e o terra. Quando a ponta do dedo está próxima do eletrodo, é produzida uma nova capacitância eletrostática. No método de auto-capacitância, esta capacitância eletrostática adicional é detectada e é usada para determinar se ocorreu um toque.

Neste método, a capacitância elétrica também aumenta se o líquido entrar em contato com a superfície de toque. Assim, a detecção de forma precisa é difícil se a superfície estiver molhada e sujeita a erros.

2. Capacitância Mútua

No método conhecido como capacitância mútua, um nó de transmissão e um nó de recepção são usados para gerar um campo eletromagnético e as mudanças no campo eletromagnético entre esses nós são detectadas. Veja a figura abaixo que ilustra melhor esse processo de transmissão e como o dedo interfere no campo eletromagnético gerado.

Capacitive Touch

Com este método, o líquido que entra em contato com a superfície operacional tem pouco ou quase nenhum efeito no campo eletromagnético ali presente. Assim, este método pode ser usado mesmo em ambientes onde a superfície operacional pode vir a ficar molhada. Além disso, em um sistema de sensor de toque auto-capacitivo onde os eletrodos estão dispostos em uma matriz (grade), ocorre uma detecção de fantasmas falsos se dois ou mais pontos forem tocados ao mesmo tempo. Um sistema de sensores de toque de capacidade mútua não apresenta esse problema. Além disso, um sistema capacitivo mútuo usa um pequeno número de pinos para configurar muitos eletrodos e suporta o comportamento multitouch e operações mais sofisticadas do que simples toque, de ligado (quando toca) e desligado (quando não há toque).

No método de capacitância mútua, um pulso é aplicado ao nó de transmissão para gerar um campo eletromagnético entre ele e o nó de recepção. Quando a ponta do dedo se aproxima, parte do campo eletromagnético se move para a ponta do dedo e a intensidade do campo eletromagnético detectado pelo nó de recepção diminui. A capacitância eletrostática também diminui. Esta queda na capacitância é detectada e capturada e reconhecida como uma ponta do dedo próxima.

O método de capacitância mútua requer dois eletrodos para gerar um campo eletromagnético, o de transmissão e o de recepção e, portanto, projetar usando este método é mais complexo do que projetar usando o método de auto-capacitância.

Workbench6 – Solução gráfica para configurar o teclado capacitivo

Os microcontroladores da Renesas da linha RX e da linha Synergy possuem pinos capazes de atuarem como touch capacitivo, com hardware já preparado para capacitância mútua e auto-capacitância.

A Renesas disponibilizou uma ferramenta chamada de WorkBench6, integrada com a IDE de desenvolvimento e2Studio, que permite fazer o tuning de sua aplicação e customizar como o touch capacitivo vai funcionar.

Na ferramenta, a partir da escolha da série, grupo e part number do componente que se deseja trabalhar, do clock do sistema e do método de capacitância que se deseja utilizar, é possível planejar como vão ser os pads ou eletrodos (touch pad, wheel ou sliders) que serão tocados e associá-los a pinos do microcontrolador. Coloque informação dos valores resistores utilizados em seu design.

É possível fazer a calibração de diferentes intensidades de toques, forte, normal e leve, dos eletrodos, conectando uma placa e rodando o software Workbench6. Não é preciso fazer cálculos complexos e a experiência de desenvolvimento do projeto é muito mais ágil. Ao fim da calibração um código fonte é gerado e pode ser utilizado com o e2Studio, para incorporar a aplicação desenvolvida para o microcontrolador Renesas.

Abaixo está exposto o passo a passo conforme explicado acima. Veja que a GUI é auto explicativa e permite que se configure o teclado capacitivo de forma simples.

Vídeos sobre Workbench6

Nos vídeos a seguir é possível ver como funciona o Workbench6 na prática

Método para calibrar ulizando Auto-Capacitância

Método para calibrar com capacitância mútua

Tuning Window

Document Manager

Kit Renesas Capacitive Touch Evaluation System for RX130

A Renesas lançou um kit para quem quer avaliar a sua solução de teclado capacitivo chamada Renesas Capacitive Touch Evaluation System for RX130. Ele permite testar funções touch com botão, slider, wheel, tipo matriz e sensor de proximidade. Para saber mais informações sobre o kit, acesse o link. Para avaliar a solução de teclado capacitivo com microcontroladores Renesas, entre em contato com distribuidores e solicite o contato de um representante. 

Esse texto foi uma compilação de vários textos da Renesas, em especial o texto desse link.

* Este post foi patrocinado pela Renesas Electronics Brasil

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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