Kritische Betrachtungen zu Touchsensorik im Industrieeinsatz

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Automatische Kalibrierung der Erkennungsschwelle

Die Touchsensorik wird einen weiteren Innovationsschub durchlaufen, sodass sich mehr Elektroden unterstützen lassen, die Auswertung schneller erfolgt, die Anwendung noch robuster wird und für die Lösung die geringst möglichen Zusatzkosten entstehen.

Was die Software betrifft, so wird die ideale Softwarebibliothek bei möglichst geringem Speicherbedarf noch komplexere Funktionen anbieten. Mit der TSS-Bibliothek lassen sich diverse Funktionen bei der Kompilierung einbinden oder ausschließen, sodass Entwickler die optimale Kombination aus Funktionsumfang und Speicher- bzw. Ressourcenbedarf erreichen können.

Eine weitere Funktion, die in Softwarebilbiotheken für die Touchsensorik immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die automatische Kalibrierung der Erkennungsschwelle. Bei der Integration von Touchfunktionen in eine MCU müssen Entwickler normalerweise eine Kalibrierungsroutine ablaufen lassen, welche die Empfindlichkeit des Systems misst und dann eine Schwelle einstellt, bei deren Überschreiten die Touchsensor-Software eine Elektrode als „berührt“ erkennt.

Dieses Verfahren birgt gleich mehrere Nachteile in sich. Erstens ist es komplex und zweitens nicht besonders genau (weil die Elektroden sich im Gegensatz zu idealen Kapazitäten über die Zeit, mit der Temperatur usw. tendenziell verändern). Es sind immer Umwelteinflüsse vorhanden, die eine Drift der Kalibrierung und damit Ungenauigkeiten verursachen. Um dem ersten Problem, der Komplexität, zu begegnen, bieten die Hersteller Visualisierungstools an, mit deren Hilfe man die tatsächlichen Kapazitätswerte in Echtzeit erfassen und so die Schwellenwerte besser einstellen kann.

Was das zweite Problem angeht, so beinhalten die Touchsensor-Bibliotheken einen Nullwertabgleich. Bei diesem Verfahren verfolgt die Bibliothek automatisch langsame Änderungen über der Zeit und sorgt für eine dynamische Nachführung der Bezugswerte bzw. des Nullwerts. Die Schwelle wird somit nicht mehr von einem einmal festgelegten, fest definierten Wert abgeleitet, sondern als Abweichung zum dynamischen Bezugswert errechnet.

Neue Generationen von Touchsensorik werden mit Funktionen zur Autokalibrierung oder zum automatischen Abgleich ausgestattet. Diese Funktion analysiert die im System vorhandenen Störbedingungen und Bezugswerte. Über die wiederholte Auswertung von Benutzereingaben kann automatisch die ideale Schwelle für die Berührungserkennung bestimmt und so die richtige Kalibrierung im Handumdrehen „erlernt“ werden. Solche Systeme sind dann immun gegen Drifteffekte an den Elektroden, weil sie ja ständig eine entsprechende Nachkalibrierung vornehmen.

Ein weiteres Problem, das man nicht vernachlässigen kann, ist die Toleranz gegen Feuchtigkeit. Wasser ist für kapazitive Touchsysteme ein großes Problem, da sich die Elektrodenkapazität ähnlich wie bei einer Berührung mit dem Finger verändert. Salzhaltiges Wasser (und somit auch Schweiß) haben hier einen unerwünschen Effekt. Touchsensor-Lösungen müssen daher zwischen Wasser und einer echten Berührung unterscheiden können. Insbesondere gilt dies für Haushaltsgeräte und Industrieanwendungen.

Resümee: Obwohl die Touchsensor-Technologie beileibe nichts Neues ist, konnte sie sich erst in den letzten zehn Jahren einen Weg in den Markt bahnen. Konsumelektronikgeräte, Tablet-PCs und PDAs gehörten zu den ersten Einsatzgebieten. Mit steigender Robustheit und sinkenden Kosten wird diese Technologie verstärkt Anwendung finden – auch im Industriesegment. Mit seinem CRTOUCH ermöglicht Freescale eine Gestenerkennung auch auf resistiven Displays. Aufgrund der höheren Benutzerfreundlichkeit und des günstigen Preises eröffnen sich zahlreiche Chancen im Industriesegment. Allerdings ist das Tragen von Handschuhen immer noch ein nicht zu vernachlässigendes Problem für kapazitive Lösungen.

Dennoch: Anwendungen mit kapazitiver Touchsensorik lassen sich einfach und kostengünstig realisieren. Der Großteil der Sensorik wird heute schon in MCUs implementiert. Die einzige verbleibende externe Komponente ist die eigentliche Elektrode, und diese ist denkbar einfach zu realisieren: zum Beispiel als Kupferbahn auf einer Platine. Dank immer ausgeklügelterer, bereits in der MCU integrierter IP-Module für Touchfunktionen und neuer Software kann man kapazitive Touch-Schnittstellen möglich, ohne großartige Eingriffe am System vornehmen zu müssen. Und das geht so weit, dass die MCU, die die HMI-Schnittstelle bedient, auch noch andere Aufgaben im System übernehmen kann, was in einer Kosteneinsparung und einer höheren Zuverlässigkeit resultiert.

* Eduardo Viramontes und Raul Hernandez Arthur arbeiten als Touch Sensing Applications Engineer und Touch Sensing Product Manager in der Automotive & Industrial Solutions Group bei Freescale

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