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消除“间隙”:力敏传感器如何推动新颖的HMI设计

我们用来与系统或机器交互的控制装置已经发生了巨大变化;从起初电话机上的旋转拨号盘、开关,或用于开车门的实体钥匙,曾经粗陋的设备现已转变为更为时尚、直观的用户界面,让我们能够与机器无缝连接。这篇文章将探讨人机界面(HMI)如何彻底改变我们与技术的交互模式。

我们掌握的信息越多,就越能做出更好的决策。如今,我们借助大量传感器获得数据,再利用应用软件将这些数据转化为有价值的信息,更已成为有史以来掌握信息最丰富的人群。

仅手机内置的传感器便能够为我们传递大量信息:全球定位系统(GPS)接收器能以一米级的精度确定我们的位置——部分配备超宽带(UWB)的新型手机定位精度可达厘米级;加速度计测量我们行进的速度;磁力计确定我们移动的方向;智能手表则增加了心率检测功能,甚至可以识别房颤并测量血压。

此外,还有一些传感器可以让我们实现对设备的控制。

人机界面(HMI)传感器已经存在了很长时间,主要用于检测活动变化或测量某些量值。如果您还记得拨盘式电话机;它用一个简单的开关来检测电话号码的位数。当旋转的拨盘回到原位,开关会发出一到十次的“咔嗒”声。重复七次后——十位数拨号是后来才出现的——您最喜欢的姨妈就会接听电话。

随着个人设备(如简单的手表)变得越来越复杂,多个HMI按键的出现让我们可以使用更多功能。如今,每个人都已十分熟悉HMI传感器,尤其是内置于平板电脑、手机、手表、车载系统、机械,甚至冰箱中的触摸感应设备。传感器的发展改变了人们的生活,使我们与更多创新技术的交互变得更容易。

触控界面

电容式触摸感测技术是目前最首要的传感器技术。它通常内置于显示屏中;手指在玻璃上产生一个电容增量,以识别手指在玻璃表面的位置。剩下的工作便交给HMI软件来完成;其将位置信息与功能相关联——无论是激活按钮、画线、通过移动手指来更改参数,还是在手指按住该位置时进行功能设置。一些HMI还以独特的方式添加了应变计、图像传感器(例如用于指纹识别),或简单的按钮;现代手机在复杂的机械设计中整合了许多类似的功能。

电容式触摸感应使我们能够使用手指或为触摸屏设计的触笔。其交互效果卓越,但如需要佩戴手套(以获得保护)、手指被弄湿,或受到其它环境条件影响时,反应就会变得不那么灵敏。当然,特殊的导电手套可以与电容式触控技术配合使用;一些薄手套也可以实现操作。基于应变计和电阻技术的传感器在性能及可靠性方面会随着环境条件的变化而变化,由此可能会导致误报或无感应按钮,降低HMI的可靠性。

当电容式触控需要与其它技术相结合时,机械层面的设计就会变得更加复杂;例如,对于物理和机械按钮,为了满足防尘和防潮要求,必须添加密封件。此外,还需要进行特殊测试来确保满足抗性和可靠性要求。而且,当复杂性增加时,成本也会随之增加。

用于实现更丰富HMI的力敏MEMS器件

借助现代力敏传感器技术,可在任何表面下集成高力敏器件来实现“无间隙”设计——有时厚度超过两英寸。力敏器件消除了对机械按钮的需求,并简化了设计及其要求,同时提供触控响应功能——无论压力如何施加(戴手套的未戴手套的手;手写笔、铅笔或其它物体)亦或环境条件如何(潮湿、干燥、多尘等)。

无间隙设计消除了设计人员和用户面临的诸多挑战,也消除对密封和密封效果有效性测试的需要。按钮不再使用柔性材料,也没有实体按钮经常出现的缝隙(灰尘和细菌可能藏匿其中),而是采用光滑的表面。清洁和护理变得更加简单;这一点在洁净室和医疗应用中尤为重要。

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人机界面(HMI)传感解决方案

无论触控表面是由塑料、皮革、玻璃,还是碳纤维等材料制成,Qorvo的力敏传感器都能在任何工业设计中提供高性能。我们的解决方案可以识别任何环境中任何输入的触摸,实现真正的无间隙和防水设计。

“固体表面”是一个相对概念。即使是最微小的压力,也会让大多数表面发生挠曲,从而使力敏传感器能够检测到变化。为最恶劣环境设计的HMI可能需要非常坚固厚实的表面和“防弹”显示屏。一些高灵敏度的力敏传感器可以检测到施加在超过两英寸厚塑料表面上最轻微的压力——无论是平面还是曲面。

力感测器件还能检测到不同程度的压力。通过对应用编程,可使其对不同的压力做出反应,从而让按钮具备多种功能:轻按可激活一项功能;较重的按压可选择一个参数;最重的压力可改变该参数。创新的HMI设计能够通过单个传感器实现。

当然,并非所有的力敏传感器都是一样的。Qorvo力感测器件作为MEMS硅芯片,可以感知覆盖表面微米甚至纳米级的挠曲,从而让非常厚的表面获得高灵敏度的功能。这些非常小的硅器件几乎可以轻松地安装到任何设计中,而且功耗极低,非常适合手机和可穿戴设备等移动与便携式设备。

力敏传感器可以单独安装在表面下实现多种功能,也能够与电容式触控等其它技术相结合,以构建灵敏、可靠和创新的界面。例如,将力感测与电容式触控相融合,可以创建一个无缝隙的功能界面,将意图与位置相结合,从而减少甚至消除误报。

力感测器件为工程师提供了一个全新的创新自由领域。现在,可以在任何表面、使用任何材料、采用任何形状来实现功能,摆脱了复杂的组件(如密封件)以及随之而来的问题。有了这些传感器,可以不使用实体按键,而在手机上轻松达成无间隙设计。

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Qorvo创新人机界面(HMI)技术在两轮车/μ-Mobility中的应用:Qorvo的HMI传感器将电源按钮、触控显示器、自行车用电脑,和车把开关转变为时尚、智能的操控界面;面向多种输入方式且免受大多数环境因素的影响,也适用于任何材料。

利用力敏传感器获得成功设计

MEMS力感应硅器件是下一代无间隙设计的理想之选。细致的集成取决于多个因素:位置、灵敏度、覆盖材料、软件,以及可能使用的其它技术;这些对于传感器在设计中的成功集成十分重要。因此,在考虑力敏传感器时,需要咨询制造商以确保设计的成功。制造商可以提供针对设计的见解,帮助工程人员选择和集成设备以优化设计。

Qorvo打造业内最灵敏的MEMS力敏传感器,推出了极小、可预测且低功耗的产品选择,从而实现低成本、高可靠的应用。Qorvo还能提供端到端的设计专业技术与协助、仿真功能,和软件集成,助力工程人员在多个市场领域实现产品创新;其中也包括Qorvo的重大设计成果。