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"Los diseñadores pueden elegir varias aplicaciones de controladores para disfrutar de los beneficios de controles táctiles en aparatos médicos"

Las interfaces táctiles de usuario son cada vez más populares en aparatos que van desde productos para los consumidores a un precio razonable hasta instrumentos profesionales. La eliminación de botones y mandos tradicionales puede ofrecer ventajas técnicas y comerciales para los diseñadores de los productos y los usuarios finales. Con menos componentes mecánicos y soldaduras, se pueden mejorar la fiabilidad y la resistencia, lo que ofrece ventajas importantes para los diseñadores de equipos portátiles.  Se puede disminuir el tamaño y el peso de los aparatos, y los controles táctiles también se pueden configurar dinámicamente en un software para brindar funciones adicionales y modos de operación según el contexto, aún en el caso de aparatos portátiles pequeños. Esta flexibilidad que da el uso del software también permite que se realicen mejoras operativas o se incorporen funcionalidades adicionales de manera fácil, y los diseñadores también pueden incorporar cambios durante el desarrollo de los aparatos sin que esto implique un cambio significativo en el diseño del hardware.

Los controles táctiles también ofrecen beneficios de compra para los fabricantes, no sólo porque ahorran el coste de comprar componentes mecánicos discretos, sino porque reducen significativamente la cantidad de partes que se deben manejar. En la producción, la eliminación de procesos como el corte de aperturas y la incorporación de componentes mecánicos también pueden reducir el coste de montaje.
Uno de los beneficios principales para los usuarios finales es la facilidad de uso optimizada. Como los diseñadores de productos tienen más libertad para mejorar la ergonomía mediante el diseño, color e iluminación, los equipos profesionales táctiles pueden ayudar a reducir la formación necesaria para su uso, aumentar su rendimiento y eliminar errores operativos. Otras ventajas incluyen la capacidad de fácil limpieza del panel frontal. Esto es particularmente importante en aparatos médicos, por ejemplo, en los que la higiene es una prioridad. Los instrumentos médicos que se pueden beneficiar de los controles táctiles incluyen los escáneres utilizados en áreas de consulta, los equipos de monitorización de pacientes para uso en la cama, u otras interfaces de uso personal en el hogar o aparatos de monitorización utilizados por pacientes bajo supervisión o de manera independiente.

Implementación de un sensor táctil
Un interruptor táctil se puede implementar usando una placa de circuito impreso o un sustrato similar montado detrás de un panel de cristal. Un pad de cobre en la placa determina la posición deseada del interruptor y se produce un cambio en la capacitancia cuando un conductor (como el dedo del usuario) toca el cristal cerca del pad.  Un circuito analógico, como un oscilador RC, puede detectar tal cambio. Otras técnicas de detección incluyen el equilibrio de la carga o la medición del tiempo de ascenso y de descenso. El cambio en la capacitancia que se registra es luego comparado con un umbral de referencia para determinar si el interruptor se ha pulsado. La figura 1 muestra un controlador táctil genérico, e ilustra los bloques funcionales necesarios para comparar la capacitancia del pad del interruptor con la capacitancia de referencia, coordinar el escaneo del interruptor y comunicar la detección del táctil al sistema o a otro circuitos. Se puede usar un microcontrolador para monitorizar la salida del comparador y generar las señales apropiadas. De manera alternativa, los CIs CapSense de Cypress Semiconductor integran las funciones que se muestran en la figura 1 en un solo dispositivo que los diseñadores pueden configurar según la aplicación.
Los microcontroladores como las familias PIC16F616 o PIC16F887 de Microchip ofrecen una combinación adecuada de temporizadores integrados capaces de monitorizar los efectos de los cambios de capacitancia. Estos dispositivos ofrecen dos temporizadores, uno con una base temporal fija que puede ser usada en conjunto para monitorizar la frecuencia del oscilador detector táctil mediante un escaneo de duración definida para la detección táctil fiable. Varios algoritmos de detección se encuentran disponibles y se puede usar una lógica adicional para mejorar la exactitud de la detección táctil, por ejemplo promediando los valores del temporizador. Las unidades de microcontroladores como las familias PIC16Fxxx también ofrecen multiplexores analógicos que les permiten a los diseñadores implementar sensores de botones múltiples usando los temporizadores disponibles on-chip.  De manera alternativa se puede usar un multiplexor externo.

Controladores de sistema “on chip”
Los paneles táctiles más sofisticados pueden requerir varios interruptores y controles deslizantes para ajustar valores analógicos como la sensibilidad al escaneo ultrasonido o el brillo del display. Otras capacidades que requieren los sensores incluyen un “touchpad”, por ejemplo para implementar el control de dispositivos en movimiento mediante un joystick como en el caso de las cámaras miniatura, o para mover el cursor en una pantalla.  En otros sistemas como equipos que funcionan a pilas de baja potencia, puede ser deseable un sensor de proximidad que active el dispositivo antes de que se oprima un botón.
Para resolver este desafío, los conroladores táctiles capacitivos de Cypress Semiconductor  les permiten a los diseñadores incluir controladores sofisticados en hardware configurable. Las herramientas de diseño “drag-and-drop” simplifican el proceso. Una gran familia de CIs CapSense se encuentra disponible usando la tecnología PSoC de Cypress para ayudarles a los diseñadores a integrar funciones adicionales como controladores y retroiluminación LED, así como para permitir la implementación sencilla de comunicaciones que utilizan estándares como I2C, UART o interfaces USB.   Los CIs de CapSense disponibles soportan hasta 30 botones y seis deslizantes así como un máximo de 33 E/S para uso general. Esto les permite a los diseñadores implementar funcionalidades adicionales como “touchpads” y también se puede usar para soportar funciones adicionales de monitorización de la luz de ambiente, controlar el oscurecimiento PWM de retroiluminación de LCD, o controlar altavoces o timbres.  La serie de CIs CapSense Plus™ añade otras capacidades que incluyen control de motores, gestión de potencia y sensores giroscópicos. Estos dispositivos les ofrecen a los diseñadores una manera fácil y rápida para implementar funciones de soporte importantes.

Soluciones para pantallas táctiles
Los CIs y las herramientas de diseño de CapSense también se pueden usar para implementar pantallas táctiles en mandos y dispositivos pequeños. Para pantallas táctiles más grandes, un sistema táctil capacitivo como el 3M MicroTouch™ (figura 2) reúne paneles capacitivos de pantallas táctiles desde 6,4 hasta 32 pulgadas en diagonal, integrados con controladores de llave en mano que se pueden conectar directamente al sistema host.  Esto puede ofrecer una solución fácil y rápida para la construcción de un HMI para equipos que se usan en la monitorización de varios signos vitales como la presión sanguínea, el ritmo cardiaco, la actividad cardiaca (electrocardiogramas), los niveles de oxígeno y muchos otros. Junto con el software de aplicación adecuado, las pantallas táctiles les permiten a los usuarios realizar funciones como la configuración del display o el ajuste de la escala de lectura al tocar la pantalla directamente. Las pantallas Táctiles ClearTek II de 3M combinan un sensor táctil capacitivo de alta claridad óptica con electrónica y software de control pre-integrado para resolver la mayoría de los desafíos que presenta el desarrollo de pantallas táctiles. Los módulos de control MicroTouch también se encuentran disponibles por separado y les permiten a los diseñadores cambiar los sensores capacitivos por sensores resistivos si así lo requieren sin tener que cambiar el factor de forma o la ubicación de los orificios de montaje del controlador. Los controladores comparten un esquema común de 33 mm x  65 mm y soportan una gran variedad de opciones de comunicación que incluyen USB y RS-232 serie.
Pantallas táctiles resistivas como aquellas disponibles en 3M o Densitron son ampliamente usadas en productos para consumidores preocupados por los precios como las PDAs. Una pantalla táctil resistiva reviste el panel de display del dispositivo y detecta cualquier cambio en la resistencia al ser comprimida al tacto. Esto se puede implementar en aparatos médicos a gran escala como en el caso de equipos para uso en el hogar en los que el revestimiento resistivo puede ofrecer una solución económica. Los controladores integrados como MAX1233 de Maxim, TSC2007 de Texas Instrumets o LM8300/8500 de Nacional Semiconductor resuelven los requisitos de control para pantallas táctiles resistivas con una cantidad mínima de componentes externos e incluyen funciones adicionales como la toma de temperatura. El embalaje de chips a escala permite tener muchas E/S en un área de superficie pequeña, y se puede completar el controlador usando solamente un número restringido de componentes pasivos externos.

De manera alternativa, un controlador de pantalla táctil resistiva se puede construir usando un convertidor de analógico a digital como el LTC1298 de Linear Technology para digitalizar las tensiones de los ejes X e Y (figura 3). Con una selección completa disponible de dispositivos discretos, integrados o controladores programables, los diseñadores pueden desarrollar una solución de sensores táctiles óptima para las interfaces médicas de las generaciones futuras.

Autor: Jamie Furness, Director Global de Desarrollo Tecnológico de Farnell.

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