消除“間隙”：力敏傳感器如何推動(dòng)新穎的HMI設計

我們掌握的信息越多，就越能做出更好的決策。如今，我們借助大量傳感器獲得數據，再利用應用軟件將這些數據轉化為有價(jià)值的信息，更已成為有史以來(lái)掌握信息最豐富的人群。

僅手機內置的傳感器便能夠為我們傳遞大量信息：全球定位系統（GPS）接收器能以一米級的精度確定我們的位置——部分配備超寬帶（UWB）的新型手機定位精度可達厘米級；加速度計測量我們行進(jìn)的速度；磁力計確定我們移動(dòng)的方向；智能手表則增加了心率檢測功能，甚至可以識別房顫并測量血壓。

此外，還有一些傳感器可以讓我們實(shí)現對設備的控制。

人機界面（HMI）傳感器已經(jīng)存在了很長(cháng)時(shí)間，主要用于檢測活動(dòng)變化或測量某些量值。如果您還記得撥盤(pán)式電話(huà)機；它用一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)來(lái)檢測電話(huà)號碼的位數。當旋轉的撥盤(pán)回到原位，開(kāi)關(guān)會(huì )發(fā)出一到十次的“咔嗒”聲。重復七次后——十位數撥號是后來(lái)才出現的——您最喜歡的姨媽就會(huì )接聽(tīng)電話(huà)。

隨著(zhù)個(gè)人設備（如簡(jiǎn)單的手表）變得越來(lái)越復雜，多個(gè)HMI按鍵的出現讓我們可以使用更多功能。如今，每個(gè)人都已十分熟悉HMI傳感器，尤其是內置于平板電腦、手機、手表、車(chē)載系統、機械，甚至冰箱中的觸摸感應設備。傳感器的發(fā)展改變了人們的生活，使我們與更多創(chuàng )新技術(shù)的交互變得更容易。

觸控界面

電容式觸摸感測技術(shù)是目前最首要的傳感器技術(shù)。它通常內置于顯示屏中；手指在玻璃上產(chǎn)生一個(gè)電容增量，以識別手指在玻璃表面的位置。剩下的工作便交給HMI軟件來(lái)完成；其將位置信息與功能相關(guān)聯(lián)——無(wú)論是激活按鈕、畫(huà)線(xiàn)、通過(guò)移動(dòng)手指來(lái)更改參數，還是在手指按住該位置時(shí)進(jìn)行功能設置。一些HMI還以獨特的方式添加了應變計、圖像傳感器（例如用于指紋識別），或簡(jiǎn)單的按鈕；現代手機在復雜的機械設計中整合了許多類(lèi)似的功能。

電容式觸摸感應使我們能夠使用手指或為觸摸屏設計的觸筆。其交互效果卓越，但如需要佩戴手套（以獲得保護）、手指被弄濕，或受到其它環(huán)境條件影響時(shí)，反應就會(huì )變得不那么靈敏。當然，特殊的導電手套可以與電容式觸控技術(shù)配合使用；一些薄手套也可以實(shí)現操作?；趹冇嫼碗娮杓夹g(shù)的傳感器在性能及可靠性方面會(huì )隨著(zhù)環(huán)境條件的變化而變化，由此可能會(huì )導致誤報或無(wú)感應按鈕，降低HMI的可靠性。

當電容式觸控需要與其它技術(shù)相結合時(shí)，機械層面的設計就會(huì )變得更加復雜；例如，對于物理和機械按鈕，為了滿(mǎn)足防塵和防潮要求，必須添加密封件。此外，還需要進(jìn)行特殊測試來(lái)確保滿(mǎn)足抗性和可靠性要求。而且，當復雜性增加時(shí)，成本也會(huì )隨之增加。

用于實(shí)現更豐富HMI的力敏MEMS器件

借助現代力敏傳感器技術(shù)，可在任何表面下集成高力敏器件來(lái)實(shí)現“無(wú)間隙”設計——有時(shí)厚度超過(guò)兩英寸。力敏器件消除了對機械按鈕的需求，并簡(jiǎn)化了設計及其要求，同時(shí)提供觸控響應功能——無(wú)論壓力如何施加（戴手套的未戴手套的手；手寫(xiě)筆、鉛筆或其它物體）亦或環(huán)境條件如何（潮濕、干燥、多塵等）。

無(wú)間隙設計消除了設計人員和用戶(hù)面臨的諸多挑戰，也消除對密封和密封效果有效性測試的需要。按鈕不再使用柔性材料，也沒(méi)有實(shí)體按鈕經(jīng)常出現的縫隙（灰塵和細菌可能藏匿其中），而是采用光滑的表面。清潔和護理變得更加簡(jiǎn)單；這一點(diǎn)在潔凈室和醫療應用中尤為重要。

人機界面（HMI）傳感解決方案

無(wú)論觸控表面是由塑料、皮革、玻璃，還是碳纖維等材料制成，Qorvo的力敏傳感器都能在任何工業(yè)設計中提供高性能。我們的解決方案可以識別任何環(huán)境中任何輸入的觸摸，實(shí)現真正的無(wú)間隙和防水設計。

“固體表面”是一個(gè)相對概念。即使是最微小的壓力，也會(huì )讓大多數表面發(fā)生撓曲，從而使力敏傳感器能夠檢測到變化。為最?lèi)毫迎h(huán)境設計的HMI可能需要非常堅固厚實(shí)的表面和“防彈”顯示屏。一些高靈敏度的力敏傳感器可以檢測到施加在超過(guò)兩英寸厚塑料表面上最輕微的壓力——無(wú)論是平面還是曲面。

力感測器件還能檢測到不同程度的壓力。通過(guò)對應用編程，可使其對不同的壓力做出反應，從而讓按鈕具備多種功能：輕按可激活一項功能；較重的按壓可選擇一個(gè)參數；最重的壓力可改變該參數。創(chuàng )新的HMI設計能夠通過(guò)單個(gè)傳感器實(shí)現。

當然，并非所有的力敏傳感器都是一樣的。Qorvo力感測器件作為MEMS硅芯片，可以感知覆蓋表面微米甚至納米級的撓曲，從而讓非常厚的表面獲得高靈敏度的功能。這些非常小的硅器件幾乎可以輕松地安裝到任何設計中，而且功耗極低，非常適合手機和可穿戴設備等移動(dòng)與便攜式設備。

力敏傳感器可以單獨安裝在表面下實(shí)現多種功能，也能夠與電容式觸控等其它技術(shù)相結合，以構建靈敏、可靠和創(chuàng )新的界面。例如，將力感測與電容式觸控相融合，可以創(chuàng )建一個(gè)無(wú)縫隙的功能界面，將意圖與位置相結合，從而減少甚至消除誤報。

力感測器件為工程師提供了一個(gè)全新的創(chuàng )新自由領(lǐng)域?，F在，可以在任何表面、使用任何材料、采用任何形狀來(lái)實(shí)現功能，擺脫了復雜的組件（如密封件）以及隨之而來(lái)的問(wèn)題。有了這些傳感器，可以不使用實(shí)體按鍵，而在手機上輕松達成無(wú)間隙設計。

Qorvo創(chuàng )新人機界面（HMI）技術(shù)在兩輪車(chē)/μ-Mobility中的應用：Qorvo的HMI傳感器將電源按鈕、觸控顯示器、自行車(chē)用電腦，和車(chē)把開(kāi)關(guān)轉變?yōu)闀r(shí)尚、智能的操控界面；面向多種輸入方式且免受大多數環(huán)境因素的影響，也適用于任何材料。

利用力敏傳感器獲得成功設計

MEMS力感應硅器件是下一代無(wú)間隙設計的理想之選。細致的集成取決于多個(gè)因素：位置、靈敏度、覆蓋材料、軟件，以及可能使用的其它技術(shù)；這些對于傳感器在設計中的成功集成十分重要。因此，在考慮力敏傳感器時(shí)，需要咨詢(xún)制造商以確保設計的成功。制造商可以提供針對設計的見(jiàn)解，幫助工程人員選擇和集成設備以?xún)?yōu)化設計。

Qorvo打造業(yè)內最靈敏的MEMS力敏傳感器，推出了極小、可預測且低功耗的產(chǎn)品選擇，從而實(shí)現低成本、高可靠的應用。Qorvo還能提供端到端的設計專(zhuān)業(yè)技術(shù)與協(xié)助、仿真功能，和軟件集成，助力工程人員在多個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域實(shí)現產(chǎn)品創(chuàng )新；其中也包括Qorvo的重大設計成果。

作者：Shaune Reynolds，產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理