کاربرد فناوری حسگر خازنی در مدارهای کنترلی بازی های ویدیویی

　　گرافیک و سرعت پردازش می تواند وضعیت توسعه نرم افزار در بازی ها را محدود یا به نمایش بگذارد و باعث شود این نرم افزار بیشترین احتمال را برای جلب توجه مصرف کنندگان و منتقدان داشته باشد. کنترلر کنسول هم به همان اندازه مهم است. روش های رابط کاربری کنترلرهای بازی ویدیویی به طور مداوم به روزرسانی می شوند تا تعامل مؤثرتری با صحنه های نمایش داده شده روی صفحه فراهم شود.

　　اگرچه بیشتر توسعه بازی های ویدیویی بر نرم افزار و پردازنده ها تمرکز دارد، بسیاری از ایده های خلاقانه و آینده نگر بزرگ مرتبط با کنترلرها هستند. از آنجا که سیستم های بازی و توسعه دهندگان لوازم جانبی تلاش می کنند نحوه تعامل بازیکنان با سیستم های خود را بهبود بخشند، توسعه و بهبودهای مستمر در ارگونومی، سبک، عملکرد و ویژگی های منحصر به فرد صورت می گیرد.

　　جستجوی مدل های جدید

　　شاید همه ما اولین کنترلرهای آتاری با پایه های مربعی را به یاد داشته باشیم که دارای جوی کی مرکزی و دکمه ای در کنار آن بودند—طراحی ای که در آن زمان برای بازی های ویدیویی کاملا مناسب بود. در آن زمان، تنها چیزی که نیاز داشتید کنترل های پایه جهت و یک دکمه انتخاب برای بازی کردن بود و این کنترلر کاملا این شرایط را برآورده می کرد. نینتندو بعدها سیستم سرگرمی نینتندو را با کنترلر مربعی عرضه کرد که دکمه فلش جایگزین دسته بازی شد و دکمه دوم اضافه شد—تغییری بزرگ که با فناوری موجود توسعه یافته بود.

　　از آن زمان به بعد، کنترلر پیچیده تر شد. اکنون کنترلرهای کنسول استاندارد دکمه های بیشتری نسبت به گذشته دارند و هر کلید عملکردهای قدرتمندتری ارائه می دهد. دکمه هایی با وقفه حساس به فشار، کنترل بهتری بر اثر ماشه فراهم می کنند که به ویژه برای کنترل ترمز و شتاب در بازی های ویدیویی رانندگی مفید است.

　　در بازی های مبارزه ای، مبدل های خازن به ولتاژ از فناوری خازن سوئیچینگ استفاده می کنند. ویژگی لرزش پک به بازیکنان اجازه می دهد احساسات واقعی را تجربه کنند، نه فقط افکت های صوتی و نوری. به لطف قابلیت های برجسته شبیه سازی جوی استیک، روی جدیدترین کنترلرها جان می گیرد. فناوری حسگر خازنی (حسگر لمسی خازنی) جدیدترین فناوری رابط کاربری است که قابلیت استفاده کنترلرهای بازی را افزایش داده و طراحی های مکانیکی چشمگیری ارائه می دهد.

　　مروری بر فناوری حسگر خازنی

　　حسگرهای خازنی بیشتر در تاچ پدهای کامپیوتر شخصی و پخش کننده های رسانه قابل حمل استفاده می شوند. تولیدکنندگان تلفن همراه نیز شروع به سرمایه گذاری برای ترویج استفاده از آن کرده اند و چندین مدل برای فروش توسعه داده اند. معماری ساده، عایق بندی دستگاه و طراحی مکانیکی مقاوم، همگی ویژگی های بسیار جذابی در رابط های حسگر خازنی هستند.

　　روش

　　راه های مختلفی برای دستیابی به اثرات حسگر خازنی وجود دارد، اما عناصر پایه ثابت باقی می مانند. در میان آن ها، حسگرهای خازنی صرفا پدهای مسی هستند که به مدار کنترلر روی برد مدار چاپی متصل می شوند. ترکیب دکمه های حسگر و سیم های اتصال آن ها باعث ایجاد ظرفیت در اطراف آن ها می شود.

　　صفحه اتصال زمین، دستگاه های فلزی پشتیبانی و سایر قطعات الکترونیکی و مکانیکی که در طول طراحی در نظر گرفته شده اند، همگی بر مقدار ظرفیت حسگر تأثیر می گذارند. به طور کلی باور بر این است که مقدار ظرفیت حسگر معادل مقدار ظرفیت بین آن و صفحه زمین است. وقتی یک ماده ماشه رسانا (مانند انگشت) تا حدی به حسگر نزدیک می شود، مقدار ظرفیت افزایش می یابد. این به این دلیل است که خود هادی مسیرهای بیشتری بین حسگر و صفحه زمین ایجاد می کند و هرچه مسیرهای بیشتری وجود داشته باشد، خطوط میدان بیشتری تولید می شود که به نوبه خود مقدار کلی ظرفیت را افزایش می دهد.

　　در بخش جلویی یک حسگر خازنی، خازن های سوئیچ شده، منبع جریان داخلی یا منبع ولتاژ با مقاومت های خارجی وجود دارد. این روش ها همگی برای وارد کردن مقادیر ولتاژ به خازن حسگر طراحی شده اند. این مقدار ولتاژ می تواند توسط ADC یا مدار اندازه گیری زمان شارژ متشکل از مقایسه گرها پردازش شده و سپس به شمارنده یا تایمر ارسال شود. وقتی مقادیر خروجی دیجیتال برای پردازش داده و تصمیم گیری در سیستم های حسگر خازنی استفاده می شوند، دگرگونی در مقدار خروجی ADC یا تغییرات آنالوگ در مقدار شمارش در خازن را تجربه می کنند. بعدا به دو روش رایج خواهیم پرداخت: نوسان ساز آرامش و روش تقریب متوالی.

　　طراحی واقعی

　　ساخت یک حسگر خازنی در طراحی واقعی کار دشواری نیست. همان طور که پیش تر اشاره شد، حسگرهای خازنی به سادگی یک ورق هادی را روی برد مدار چاپی، معمولا یک ورق مسی، قرار می دهند. این ورق هادی توسط یک ماده—معمولا یک انگشت—فعال می شود و می تواند مستقیما به اجزای کنترلی متصل شود؛ و شما می توانید مستقیما با آن تعامل داشته باشید. صفحه القایی روی سطح روشی مستقیما زیر ناحیه حسگر قرار می گیرد. بهتر است اطمینان حاصل شود که بین سنسور و پوشش هوا وجود ندارد و باید از چسب غیررسانا برای چسباندن محکم زیرلایه سنسور به پوشش استفاده شود.

　　مدار کنترل را می توان نزدیک حسگر تنظیم کرد و هرچه نزدیک تر بهتر. نیازهای ساختاری مکانیکی حسگرها پیکربندی مدارهای کنترل را تعیین می کند. هرچه حسگر و مدار کنترل دورتر باشند، ظرفیت اولیه بین سنسور و صفحه زمین بیشتر می شود، زیرا هادی با محیط اطراف تعامل دارد و ظرفیت را افزایش می دهد؛ هرچه مسافت طولانی تر باشد، افزایش وزن بیشتر است.

　　اگرچه تعیین حداکثر فاصله آسان نیست، اما به طور کلی ۶ تا ۱۲ اینچ به عنوان حد عملکردی در نظر گرفته می شود. زیرلایه دستگاه های القایی خازنی ثابت نیست؛ در میان این ها، رایج ترین طراحی، برد مدار چاپی پایه FR4 با سیم های مسی است. علاوه بر این، بردهای مدار چاپی کشسان با ورق های مسی (معمولا با فیلم پلی ایماید—کپتون) نیز رایج هستند. زیرلایه های الاستیک طراحی مکانیکی را آسان تر می کنند، به ویژه روی سطوح منحنی. حسگرهای خازنی که با جوهر رسانا مانند کربن یا نقره روی مواد الاستیک چاپ می شوند، می توانند با هزینه بسیار پایین تولید شوند، اما این فرآیند نیازمند کنترل برد مدار چاپی و کانکتورها است زیرا ماده الاستیک قابل لحیم کاری نیست.

　　مواد رسانای شفاف، مانند ایندیوم تین اکسید (Indium TinOxide؛ ITO همچنین به سرعت و به طور گسترده در برنامه های صفحه لمسی مورد استفاده قرار گرفته است. حسگرهای ITO روی فیلم های شیشه ای یا پلی اتیلن ترفتالات (PET) چاپ شده و سپس با طرح نهایی ترکیب می شوند. اگرچه اکنون چیپ روی شیشه برای کنترل چنین کاربردهایی در دسترس است، استفاده از کانکتورهای الاستیک یا لحیم کاری میله داغ روی بردهای مدار چاپی رویکردی اقتصادی تر است.