Microchip
加上觸控式人機介面 廚房電器更美觀/易操作
電容式觸控技術具低成本/可靠性優勢
電容式觸控技術主要適用於觸控按鈕、滑動條和滾輪,作為機械按鈕和旋鈕的取代產品,廣泛應用於各種白色家電。除了降低系統成本外,電容式觸控技術還能夠提高可靠性,因為隨著時間的推移,機械按鈕或旋鈕更容易損壞,還會粘上廚房和洗衣間裡常見的水、油脂。然而觸控感測器表面覆蓋玻璃或塑膠,清潔起來很容易,同時支援各種時尚的設計(圖1)。
圖1 (a)觸控式螢幕按鈕和滑動條,已在電器上廣泛應用;(b)可連接至互聯網的帶有大顯示幕的冰箱,則可使用觸控式螢幕技術提供整潔而極具吸引力的外觀。
觸控按鈕和滑動條的這些共同優勢適用於電容式觸控HMI觸控式螢幕,使用戶能夠與電器以及互聯網進行通訊。此外,與互聯網相連的物聯網家電為電器製造商帶來了關鍵優勢,包括:
.遠程維護。
.供應商透過資料採擷瞭解使用者模式。
.功耗管理:同步高電流電器以避免電源線出現尖峰。
.針對遠端缺陷修復和產品改進的韌體更新。
同時,物聯網連接為用戶帶來了諸多優勢,有助於製造商推廣和銷售支援觸控式螢幕的家電,包括:
.某些產品的烹飪說明、食譜和最佳做法下載。
.洗衣粉及用量、設定洗衣機(甚至可根據洗衣粉或洗衣精的類型設定)和處理故障。
.為添加新功能和提高效能而進行的韌體更新。
.天氣、新聞和股票更新。
不過,要想為供應商和用戶提供上述優勢,必須解決一些設計問題。
抗噪/防潮/識別 為三大設計挑戰
與現代智慧手機和汽車類似(但重要程度不同),觸控式螢幕HMI在白色家電應用中最常見的三個問題是抗噪性、防潮性以及在用戶戴手套時識別觸控命令。如何妥善解決這些問題端賴於觸控式螢幕控制IC的差異。
在抗噪性方面,微控制供應商如Microchip透過專利技術,幫助控制器提高抵抗電源線雜訊的能力。這對於美國以外因未接地或接地不良而導致電源線雜訊極其嚴重的地區來說尤為重要;雜訊透過電源線傳導到電源,然後傳輸到觸控控制器IC。
觸控控制器是一種極其敏感的元件,可測量奈庫倫(Nanocoulomb)級的電荷。只需用手指輕輕觸碰觸控式螢幕,就能從螢幕上帶走少量電荷,對此需要進行一致的正確解讀。雜訊會向感測器注入大量電荷,擾亂控制器,尤其是沒有足夠抗噪能力的控制器。
出現誤觸控事件或幽靈觸控時,按鈕可能會被隨機地自行按下。對於烤箱而言,這可能非常危險。例如,誤觸控事件可能在使用者不需要的情況下啟動自我清潔進程,存放在其中的物品可能給用戶帶來安全問題,造成危險。這是每個電容式觸控控制器都存在的問題,目前已有半導體廠的專利技術可避免傳導雜訊並控制問題。
為了解決雜訊問題,控制器將過濾共模(Common-mode)雜訊,並透過跳頻方案避免雜訊問題。該專利方法利用自容觸控以及互容觸控掃描,並涉及差分觸控感測。IC不是將每條感測線路視為其自身的獨立元素,而是測量感測線路對之間的差值;這樣就消除了兩條線路共有的雜訊。如果顯示幕的相似區域出現相同的雜訊,則該雜訊將被消除,僅保留有效訊號。這種差分觸控感測提供了非常有效的雜訊消除/抑制能力。
在電器內部,洗衣機馬達、冰箱壓縮機以及電磁爐上,燃燒器輻射的雜訊處於雜訊消除頻寬範圍內,這樣便可為這些電器上的觸控式螢幕提供可靠、穩健的效能。因此,這可避免誤觸控事件。然而,還有一點也同樣重要:檢測合法觸控並向主控制器報告以避免因雜訊而錯過觸控事件,否則會出現用戶預計會發生某事件但實際未發生的情況。
由於水和其他液體在廚房和洗衣間中十分常見,因此需要防潮功能。例如,當爐子上鍋裡的液體因沸騰而飛濺到觸控式螢幕上時,不應發生誤觸控事件。不過,霧或水滴也可能導致問題。因此,能夠在潮濕或有水的情況下檢測觸控應當是每個設計人員研究電器的觸控式螢幕HMI時的關鍵要求。
如果螢幕上有薄霧或小水滴,則應支援多點觸控操作。電器應用通常支援兩點觸控,但電器設計人員可透過大型顯示幕提供10點或10點以上觸控的支援,以便多個用戶可以同時觸控。如果用戶觸控螢幕時水匯集到一起或者較大的水滴落在水平螢幕上,則應該抑制由水引起的誤觸控並且支援正常的單指操作。設計人員應該避免使用鹽水等高導電性液體甚至漂白劑等清潔溶液引起的誤觸控事件,圖2簡要介紹了顯示面板背後的情況。觸控式螢幕HMI技術的另一個優勢是支援戴手套操作。在廚房裡,通常會戴上或薄或厚的手套。在目前上市的電器中,有幾種功能未被用於觸控式螢幕IC,這些功能本可為最終用戶提供重要價值,但卻經常被忽視且不被採用。
圖2 觸控式螢幕後面的觸控IC中有一系列驅動電極、接收電極以及相應電路,能夠準確可靠地檢測用戶觸控。
在開發過程中打開和調整後,控制器中可選的支援戴手套操作功能可針對廚房裡常用的手套(約1.5mm厚)提供多點觸控(最多10點觸控)。如果用戶戴手套站在廚房水槽旁,又須要與冰箱或爐子觸控式螢幕連接時,就可能會用到手套支援功能。
更常見的是,烹飪時會使用通常由矽樹脂製成的厚(最多5mm)手套或烤箱手套,由於支援戴手套操作,控制器仍然可以向HMI提供準確的輸入。這可以自動發生而毋須進入單獨的模式,並且可在不使用手套時返回到正常感測水準,因此系統不會過度敏感,因此可避免誤觸控事件。相比之下,一些控制器要求用戶在潮濕、裸露手指、手寫筆和手套等模式之間進行選擇,無法即時自動檢測和調整設置,以在所有環境下完成自然且直覺的使用者體驗。在這些應用中,使用較大按鈕時,使用者介面往往也更加簡單,在設計電器的觸控式螢幕時也應考慮支援手套。
選擇合適的觸控控制器/感測器/螢幕
對於廚房電器和洗衣間電器,將根據電器的尺寸使用各種螢幕尺寸。例如,咖啡機顯示幕為3英寸,微波爐、爐灶台和洗衣機的顯示幕為5英寸,冰箱和冰櫃的顯示幕則可達到22英寸或更大。
在電器供應鏈中,晶片供應商與感測器供應商合作提供晶片和感測器設計。他們共同完成系統整合:通常,模組/顯示幕製造商會整合包括觸控感測器和觸控介面的系統,然後將其提供給電器製造商(圖3)。這個例子說明了當今的半導體供應商如何在提供晶片之餘,另外提供調整和完善系統的服務,使晶片在供應鏈中更易用。
圖3 除了觸控IC外,觸控IC提供商還額外執行許多功能,以將觸控式螢幕成功推向市場。
標準IC工作在-40~85℃的工業溫度範圍內,具有標準韌體,能夠滿足各種顯示幕尺寸和不同電器製造商的要求。電器觸控式螢幕控制器系列提供各種適當的螢幕尺寸選項,可提高電器觸控式螢幕設計的擴充能力,最終縮短設計階段以及降低系統和開發成本。表1顯示了工業級電器顯示幕的一些設計參數。最後一個考慮因素是電磁相容性(EMC)。顯然,設計必須支援EMC;隨後,必須透過測試,驗證設計是否達到了理想的傳導發射和輻射發射結果。
觸控設計為閱讀/輸入理想方案
另外,為儘早瞭解並提高對觸控式螢幕功能的認識,有些觸控方案供應商會為電器觸控式螢幕系列中的每個控制器,提供指定的評估工具包。該工具包中包括一個帶觸控式螢幕控制器的印刷電路板、一個被動柔性印刷電路的尾部,此尾部可將觸控IC連接到玻璃/塑膠透鏡上的觸控感測器。該工具包透過USB連接到主機PC,包括所有必需的纜線、軟體和文件。該評估工具包可與一個完整的軟體發展環境一起使用,使電器設計人員能夠開發和調整電器觸控控制器。圖4為電器製造商可以在評估工具包中找到的內容。總而言之,電器製造商計畫利用物聯網的功能。為此必須提供一種可供閱讀和輸入資訊的方法,而觸控顯示幕則是最理想的解決方案。為成功從當今的方法過渡到先進的觸控式螢幕技術,電器製造商須與IC供應商合作,為電器應用專門設計觸控控制器。使用合適的觸控控制器,電器可以提供互聯網連接,並實現抗噪性、防潮性以及手套操作。
圖4 評估工具包中包含一個帶柔性連接器的專用感測器和一個電子控制板。
(本文作者皆任職於Microchip)
處理器改朝換代頻繁 周邊橋接需求可期
對工業電腦(IPC)等使用x86架構的嵌入式運算設備而言,處理器平台升級或現有平台停產,往往帶來相當大的麻煩。CPU跟晶片組使用的製程日益先進,其對外連接的介面常常也隨之更新。這些新介面雖然有更好的效能,但卻未必能和環繞在處理器周圍的各種周邊裝置互通。這使得在新處理器跟既有周邊設備之間的橋接器,成為一個看來不顯眼,卻又十分重要的小元件。
Microchip計算產品事業部資深行銷經理Jeannette Wilson表示,使用x86架構的各種嵌入式設備,在你我的日常生活中隨處可見。例如功能比較複雜的自動販賣機、多功能事務機、POS、自動提款機等設備,裡面往往都有一台x86工業電腦或單板電腦。這些嵌入式設備的產品生命週期通常可達五到十年,甚至更久。但x86平台推陳出新的速度卻是以年計算,因此工業電腦製造商常常會遇到新平台跟舊周邊無法相容的情況,因為新的x86平台,有時候會因為製程進步的緣故,必須改用新的匯流排。
舉例來說,從2016年開始,英特爾的處理器平台就已經捨棄原本已沿用十多年的LPC匯流排,改用eSPI匯流排。因此,工業電腦業者很快就會開始遇到新平台與舊周邊不相容的問題。但這些嵌入式設備所使用的周邊,通常有很長的產品生命週期,有些造價更是十分昂貴,不太可能因為處理器平台更新而同步升級。
因此,Microchip認為,LPC跟eSPI介面的橋接轉換,在可預見的未來將會有一定的市場需求,因而推出了專用的ECE1200 eSPI對LPC橋接器。ECE1200可以讓工業電腦業者放心地採用新的x86平台,不必擔心無法與既有的LPC周邊互通,並且還可以支援新x86平台才具備的現代待機模式,可以非常快速地喚醒設備,同時又達到更好的節電效果。
ECE1200其實是一款很單純的元件,僅負責eSPI與LPC的橋接,因此在設計上,Microchip也希望能盡可能簡化工程師設計導入的作業負擔。如果客戶有意採用該橋接器,基本上不需要任何軟體開發作業,Microchip將會提供BIOS修改工具,讓工程師只需要調整BIOS,就能完成所需的設定修改工作。
Microchip推出八埠交換器符合IEEE 802.3bt PoE標準
隨著企業和機構致力於提升建築能源效率、改善建築營運成本,商用智慧照明系統應用日漸普遍。這些系統正逐漸朝向採用乙太網供電(PoE)技術,通過單一乙太網路線同時管理電源和資料,為系統提供可靠、易安裝的解決方案。為推動照明系統規模和效率的提升,Microchip透過其子公司Microsemi Corporation(美高森美)發佈了一款高性價比八埠PoE交換器PDS-408G PoE交換器。新款交換器可為8個埠同時提供60W的功率保障,適用於數位天花板的安裝。新產品符合IEEE 802.3bt標準,採用無風扇設計,在工作時不會產生噪音。
PDS-408G交換器專為企業互聯照明應用而設計,將照明、感測器、暖通空調(HVAC)、Wi-Fi AP等不同系統整合在同一台交換器上。這款交換器擁有8個PoE埠(聯網照明的最佳埠數量),並通過節能和降低營運成本,為終端應用節省額外的成本開支。它符合IEEE 802.3bt標準,提供的總功率為480W,單個埠的最高功率為90W,8個埠同時供電時的功率為60W。
PDS-408G交換器的阻燃等級為增壓級,可安裝在任何通風空間中,是數位天花板安裝的最佳選擇。PDS-408G交換器採用無風扇設計,對於辦公室、醫院、酒店等建築對安靜和可靠性要求較高的建築,可充分滿足這一需求。此外,它還具備PoE的其他優點,例如供電安全、安裝簡單、部署靈活、支援遠端電源管理等。
Microchip類比、分離元件和電源產品事業部資深副總裁Rich Simoncic表示,互聯照明系統對乙太網供電(PoE)的需求不斷增加,新推出的PoE交換器專為這一應用量身打造,PDS-408G將延續Microchip在PoE技術領域的領導力,是一種符合IEEE 802.3bt標準的解決方案,可以提供PoE標準規定值近6倍的功率。
PDS-408G交換器是Microchip端到端PoE解決方案組合的一部分。開發人員可在終端節點使用PDS-408G交換器和Microchip各類8位元和32位元PIC、AVR微控制器。為幫助開發人員加快PoE設計,Microchip提供了大量便於使用的硬體和軟體工具,其中包括裝有PIC18微控制器、ATECC608A安全元件和MIC28512降壓調節器的PIC18 PoE主機板。
貿澤供應ATmega4809 8位元MCU
貿澤電子(Mouser Electronics)開始供應Microchip Technology的ATmega4809 8位元微控制器。ATmega4809為最新的megaAVR微控制器系列,專門用於反應迅速的命令與控制應用設計。此微控制器具備核心獨立周邊(CIP),可直接在硬體內執行作業,無需透過軟體,另外亦具備含電壓參考的整合式高速類比轉數位轉換器(ADC),可快速轉換類比訊號。硬體式CIP的優點讓ATmega4809微控制器成為Arduino Uno Wi-Fi Rev 2板內建微控制器的最佳首選。
貿澤電子所供應的Microchip ATmega4809 8位元微控制器搭載高效能的8位元AVR RISC CPU,彈性且低功耗的架構提供三種休眠模式,能讓開發人員在處理速度與耗電量之間取得最佳的平衡。ATmega4809的CIP含可組態的自訂邏輯(CCL)、循環冗餘檢查(CRC)及五個16位元計時器,可降低延遲回應的頻率,進而改善使用者體驗。ATmega4809微控制器可靠耐用且反應迅速,作業電壓範圍介於1.8V至5.5V,作業溫度範圍介於-40ºC至125ºC。在經工廠校正的振盪器支援下,ATmega4809能在極端溫度的條件下提供高達20MHz的穩定效能。
貿澤亦同時供應ATmega4809 Xplained Pro評估套件,此評估套件由Atmel Studio整合開發平台提供支援,可做為ATmega4809微控制器的展示與開發平台,幫助開發人員瞭解如何將微控制器整合到自訂設計內。ATmega4809 Xplained Pro評估套件內建嵌入式除錯工具,無需外部的程式設計或除錯工具。此外,評估套件亦支援可擴充微控制器功能的其他周邊。
貿澤電子攜手格蘭今原探索模控學技術
貿澤電子(Mouser Electronics)近日與知名工程師格蘭今原(Grant Imahara)一同發表新世代機器人系列的第四部影片,該系列為貿澤獲獎肯定的Empowering Innovation Together計畫的活動之一。
在該影片中,今原拜訪位在東京近郊的Cyberdyne Studio,深入瞭解該公司的Hybrid Assistive Limb(HAL),這是一套醫療用機器套組,結合人類、機器和資訊的功能,可用於恢復或改善人類的行動能力。新世代機器人系列由貿澤與最重要的供應商合作夥伴Analog Devices、Intel、Microchip Technology及Molex聯合推出。
在與Cyberdyne執行長Yoshiyuki Sankai博士訪談的過程中,貿澤與今原探索了人機系統或模控學技術的各種應用和實作。該影片中展示了HAL系統如何支援及改善穿戴者的行動能力。今原也訪問了一位使用HAL的患者,探索及瞭解HAL服裝的穿戴訓練並重溫馬達的運作原理,同時瞭解技術如何改善患者的生活。
貿澤電子總裁暨執行長Glenn Smith表示,人類與機器人系統的結合,使技術創新攀上巔峰。該公司在Cyberdyne Studio看到的技術將徹底改變人類生活,為肢體障礙問題提供長效性的解決方案。
Empowering Innovation Together計畫始於2015年,為電子元件產業最知名且獲肯定的行銷計畫之一,其中包含各種專案。貿澤2018年的目標是將Empowering Innovation Together計畫觸角延伸到世界各地更多的創新技術,將重點放在機器人為人類帶來的衝擊。
貿澤電子攜手格蘭今原發表新世代機器人概念
半導體及電子元件代理商貿澤電子近日與知名工程師Grant Imahara(格蘭今原)一同發表新世代機器人系列的第三部影片,該系列為貿澤獲獎肯定的Empowering Innovation Together計畫的活動之一。
在最新一集的影片中,今原拜訪了位在日本長崎聞名全球的怪異飯店(Henn na Hotel),該飯店幾乎所有員工都是機器人,只有少數幾位人類員工,今原訪問飯店技術長如何在處理複雜的人機通訊,持續改變機器人的工作方式。新世代機器人系列由貿澤最重要的供應商合作夥伴Analog Devices、Intel、Microchip Technology及Molex聯合推出。
這個發生在怪異飯店內的高科技社會實驗提供了罕見且真實的世界,讓我們一窺新世代機器人如何影響現代和未來的社會,並協助解答一個非常實際的問題:我們準備好了嗎?這部新影片探討了與人機互動(HRI)相關的各種不確定性,像是機器人針對各種人機互動情境做調整的能力、在人文情境下解決問題的能力,以及與各種人群溝通成功或失敗的意義。
貿澤電子總裁暨執行長Glenn Smith表示,想要創新必須預想技術在未來的可能性,然後努力讓這些潛能在當下成真。儘管一路走來必須披荊斬棘、跌跌撞撞,但真正的創新就是要不斷突破,才能讓可能性變成真實。
今原則表示,這個驚人的社會實驗讓業界從特殊角度深入探討,人類最終該如何與機器人進行日常的互動。技術勢必會不停地進化,但今原最期待的,還是人類與機器人同等共存的那一天的到來。