Ứng dụng công nghệ cảm biến điện dung trong mạch điều khiển cho trò chơi điện tử

　　Đồ họa và tốc độ xử lý có thể hạn chế hoặc giới thiệu tình trạng phát triển của phần mềm trong trò chơi, khiến chúng có nhiều khả năng thu hút sự chú ý từ người tiêu dùng và nhà phê bình. Bộ điều khiển bảng điều khiển cũng quan trọng không kém. Các phương pháp giao diện của bộ điều khiển trò chơi điện tử liên tục được cập nhật, nhằm mục đích cho phép tương tác hiệu quả hơn với các cảnh hiển thị trên màn hình.

　　Mặc dù hầu hết việc phát triển trò chơi điện tử tập trung vào phần mềm và bộ xử lý, nhưng nhiều ý tưởng sáng tạo và tư duy tiến bộ chính liên quan đến bộ điều khiển. Bởi vì hệ thống trò chơi và các nhà phát triển thiết bị ngoại vi cố gắng cải thiện cách người chơi tương tác với hệ thống của họ, nên việc phát triển và cải tiến liên tục được thực hiện về công thái học, phong cách, chức năng và các tính năng độc đáo.

　　Tìm kiếm các mô hình mới

　　Tất cả chúng ta có thể nhớ những bộ điều khiển Atari đầu tiên với đế vuông, có joyckey trung tâm và một nút bên cạnh nó - một thiết kế khá đủ cho trò chơi điện tử vào thời điểm đó. Vào thời điểm đó, tất cả những gì bạn cần là điều khiển định hướng cơ bản và nút chọn để chơi trò chơi và bộ điều khiển này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đó. Nintendo sau đó đã phát hành Nintendo Entertainment System với một bộ điều khiển hình vuông, trong đó nút mũi tên thay thế thanh trò chơi và thêm nút thứ hai — một thay đổi lớn được phát triển với công nghệ hiện có.

　　Kể từ thời điểm đó, bộ điều khiển ngày càng trở nên phức tạp. Giờ đây, bộ điều khiển bảng điều khiển tiêu chuẩn có nhiều nút hơn bao giờ hết và mỗi phím cung cấp nhiều chức năng mạnh mẽ hơn. Các nút có tính năng ngắt nhạy cảm với áp lực giúp kiểm soát hiệu ứng kích hoạt tốt hơn, đặc biệt hữu ích cho việc phanh và kiểm soát tăng tốc trong trò chơi điện tử lái xe.

　　Trong các trò chơi chiến đấu, bộ chuyển đổi tụ điện sang điện áp sử dụng công nghệ tụ điện chuyển mạch. Tính năng gói ầm ầm cho phép người chơi trải nghiệm cảm giác chân thực, thay vì chỉ hiệu ứng âm thanh và ánh sáng. Nhờ khả năng mô phỏng vượt trội của cần điều khiển, nó trở nên sống động trên các bộ điều khiển mới nhất. Công nghệ cảm biến điện dung (cảm ứng điện dung) là công nghệ giao diện mới nhất giúp nâng cao khả năng sử dụng của bộ điều khiển trò chơi và cung cấp các thiết kế cơ học ấn tượng nhất.

　　Tổng quan về công nghệ cảm biến điện dung

　　Cảm biến điện dung được sử dụng phổ biến nhất trên bàn di chuột máy tính cá nhân và trình phát đa phương tiện di động. Các nhà sản xuất điện thoại di động cũng đã bắt đầu đầu tư để thúc đẩy việc sử dụng nó và đã phát triển một số mẫu để bán. Kiến trúc đơn giản, chống thấm thiết bị và thiết kế cơ học mạnh mẽ đều là những tính năng rất hấp dẫn của giao diện cảm biến điện dung.

　　Phương pháp

　　Có một số cách để đạt được hiệu ứng cảm biến điện dung, nhưng các yếu tố cơ bản vẫn cố định. Trong số đó, cảm biến điện dung chỉ đơn giản là các miếng đệm đồng được kết nối với mạch điều khiển trên bảng mạch in. Sự kết hợp của các nút cảm biến và dây kết nối của chúng tạo ra điện dung xung quanh chúng.

　　Mặt phẳng nối đất, thiết bị hỗ trợ kim loại và các thành phần điện tử và cơ khí khác được xem xét trong quá trình thiết kế đều ảnh hưởng đến giá trị điện dung của cảm biến. Người ta thường tin rằng giá trị điện dung của cảm biến tương đương với giá trị điện dung giữa nó và mặt đất. Khi vật liệu kích hoạt dẫn điện (chẳng hạn như ngón tay) tiếp cận cảm biến ở một mức độ nhất định, giá trị điện dung sẽ tăng lên. Điều này là do bản thân dây dẫn tạo ra nhiều đường dẫn khả thi hơn giữa cảm biến và mặt phẳng mặt đất, và càng có nhiều đường dẫn, càng tạo ra nhiều đường trường, do đó làm tăng giá trị điện dung tổng thể.

　　Ở đầu trước của cảm biến điện dung, có các tụ điện chuyển mạch, nguồn dòng điện bên trong hoặc nguồn điện áp có điện trở bên ngoài. Tất cả các phương pháp này đều nhằm mục đích nhập các giá trị điện áp vào tụ điện cảm biến. Giá trị điện áp này có thể được xử lý bởi ADC hoặc mạch đo thời gian sạc bao gồm các bộ so sánh, sau đó được truyền đến bộ đếm hoặc bộ hẹn giờ. Khi các giá trị đầu ra kỹ thuật số được sử dụng để xử lý dữ liệu và ra quyết định trong các hệ thống cảm biến điện dung, chúng sẽ trải qua các biến đổi trong giá trị đầu ra ADC hoặc thay đổi tương tự trong giá trị đếm trong tụ điện. Sau đó, chúng ta sẽ đi sâu vào hai phương pháp thường được sử dụng: bộ dao động thư giãn và phương pháp xấp xỉ liên tiếp.

　　Thiết kế thực tế

　　Xây dựng một cảm biến điện dung trong thiết kế thực tế không khó. Như đã đề cập ở trên, cảm biến điện dung chỉ cần đặt một tấm dây dẫn trên bảng mạch in, thường là một tấm đồng. Tấm dẫn điện này được kích hoạt bởi một vật liệu — thường là một ngón tay — và có thể được kết nối trực tiếp với các thành phần điều khiển; Và bạn có thể tương tác trực tiếp với nó. Tấm cảm ứng được đặt trên bề mặt lớp phủ ngay bên dưới vùng cảm biến. Tốt nhất là đảm bảo không có không khí giữa cảm biến và lớp phủ, và nên sử dụng chất kết dính không dẫn điện để dính chặt chất nền cảm biến vào lớp phủ.

　　Mạch điều khiển có thể được đặt gần cảm biến và càng gần càng tốt. Các yêu cầu về cấu trúc cơ học của cảm biến xác định cấu hình của các mạch điều khiển. Cảm biến và mạch điều khiển càng xa thì điện dung sơ cấp giữa cảm biến và mặt phẳng mặt đất càng cao, vì dây dẫn tương tác với môi trường xung quanh và do đó làm tăng điện dung; Khoảng cách càng xa, mức tăng càng rõ rệt.

　　Mặc dù không dễ để đặt khoảng cách tối đa, nhưng nói chung, 6 đến 12 inch được coi là giới hạn chức năng. Chất nền của thiết bị cảm ứng điện dung không cố định; Trong số này, thiết kế phổ biến nhất là bảng mạch in FR4 cơ bản với dây đồng. Ngoài ra, bảng mạch in đàn hồi với các tấm đồng (thường sử dụng màng polyimamide — Kapton) cũng phổ biến. Chất nền đàn hồi giúp thiết kế cơ học dễ dàng hơn, đặc biệt là trên các bề mặt cong. Được in bằng mực dẫn điện như carbon hoặc bạc trên vật liệu đàn hồi, cảm biến điện dung có thể được sản xuất với chi phí cực kỳ thấp, nhưng quá trình này yêu cầu kiểm soát PCB và các đầu nối vì vật liệu đàn hồi không thể hàn được.

　　Vật liệu dẫn điện trong suốt, chẳng hạn như Indium TinOxide (Indium TinOxide; ITO cũng đã được sử dụng nhanh chóng và rộng rãi trong các ứng dụng màn hình cảm ứng. Cảm biến ITO được in lên màng thủy tinh hoặc polyethylene terephthalate (PET), sau đó kết hợp với thiết kế hoàn thiện cuối cùng. Mặc dù chip-on-glass hiện có sẵn để điều khiển các ứng dụng như vậy, nhưng sử dụng đầu nối đàn hồi hoặc hàn thanh nóng trên bảng mạch in là một cách tiếp cận kinh tế hơn.