Wraz z rozwojem zintegrowanych urządzeń przenośnych, systemy haptyczne stają się coraz istotniejszym elementem wielu urządzeń i rozwijają się w bardzo szybkim tempie. Większość osób, które używają np. smartfonów nie zastanawia się nad sprzężeniem zwrotnym, jakie pozwala im czuć wykorzystywane urządzenie - zazwyczaj interakcja pomiędzy człowiekiem a urządzeniem skupia się na wzroku i słuchu, jednakże wraz z zmianami w charakterze tych interakcji, zmienia się także miejsce, na które kładziony jest akcent. Coraz więcej osób woli wykorzystywać dyskretniejsze niż dzwonki metody powiadomień - na przykład wibracje w telefonach. Wraz z rozwojem elektroniki noszonej systemy haptyczne rozwijają się coraz bardziej, ale pamiętajmy - nie wszystkie są takie same.
Aby zapewnić bardziej realistyczne doznania użytkownikom układów haptycznych specjaliści z Texas Instrument tworzą nowe drivery dla silników haptycznych, takie jak układy z rodziny DRV262x. W poniższych przykładach skupimy się na analizie ośmiu kwestii, które rozróżniają dwa układy z tej rodziny - DRV2624 i DRV26245 - aby na tych przykładach opisać ogólnie istotne kwestie dotyczące tego rodzaju systemów. Aby zapewnić możliwie realistyczne doznanie dla użytkownika urządzenia w systemie, w jego części mechanicznej, wykorzystać należy albo układy z niecentryczną obracającą się masą (ERM) lub liniowe siłowniki rezonansowe (LRA). Wspomniana rodzina układów od TI idealnie nadaje się do sterowania tymi elementami mechanicznymi.
1. Overdrive, automatyczne hamowanie i przebiegi prostokątne i sinusoidalne.
Funkcje takie jak overdrive czy automatyczne hamowanie silników istotnie poprawiają odbiór informacji haptycznej przez użytkownika urządzenia. Overdrive pomaga pokonać wstępne opory ruchu siłownika, poprzez podanie nieznacznie wyższego napięcia na element wykonawczy w początkowej fazie, tj. podczas jego rozruchu. Dzięki temu element ten startuje szybciej, zapewniając wyższy komfort odczuwania jego sygnału. Podczas zatrzymywania siłownika analogiczną rolę pełni system automatycznego hamowania, który pozwala na szybsze zatrzymanie wibracji poprzez albo podanie na element wykonawczy sygnału zmiennego o przeciwnej fazie do rzeczywistego przebiegu drgań albo też zmianę polaryzacji przykładanego sygnału, jeśli siłownik sterowany jest napięciem stałym. Tego rodzaju siłownik zatrzyma się istotnie szybciej.
Projektant urządzenia przenośnego jest zdecydowanie zainteresowany wykorzystaniem opisanych powyżej funkcji i szybkiego zatrzymywania i uruchamiania systemu haptycznego najlepiej w układzie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego. Dzięki szybkiemu zanikowi sygnału haptycznego rozdzielczość informacji odbieranych poprzez dotyk jest o wiele większa, a same sygnały istotnie wyraźniejsze. Sterowniki z rodziny DRV262x pozwalają na automatyczne hamowanie ruchu siłowników w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, ale możliwe jest ich wykorzystanie także podczas pracy systemu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego. Jak? Działanie tego sterownika jest dosyć proste w tym zakresie; wykorzystując układy takie jak DRV2624 i DRV2625 możemy normalnie pracować w otwartej pętli, jeśli nasz układ tego wymaga, a w momencie gdy chcemy zahamować siłownik - to jest gdy pojawi się na wejściu układu "bit stopu", układ przejdzie automatycznie do trybu z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego na czas automatycznego hamowania siłownika.
Najnowsze generacje sterowników systemów haptycznych pozwalają na przełączanie sygnału wyjściowego z prostokąta na sinusoidę w czasie pracy w otwartej pętli. Czasami, pewne elementy mechaniczne lepiej odpowiadają na sygnał prostokątny, a inne na sinusoidalny, więc dzięki tej funkcjonalności możemy bezproblemowo, z pomocą pojedynczego układu, przetestować oba tryby pracy, płynnie przełączając się pomiędzy nimi. W pracy z obydwoma przebiegami wyjściowymi możemy także korzystać z wszystkich dodatkowych funkcji. Na rysunkach 1 i 2 (poniżej) zaprezentowano przebiegi w obu trybach. Elastyczność jest podstawą dobrego sterownika do systemu haptycznego.

Rys.1. Przykładowe wyjście ze sterownika układu haptycznego z przebiegiem prostokątnym.

Rys.2. Przykładowe wyjście ze sterownika układu haptycznego z przebiegiem sinusoidalnym
2. Interfejs jednoprzewodowy.
Projektanci systemów elektronicznych nadzwyczaj często wybierają elementy, jakie chcą implementować w układzie na podstawie tego, ile pinów sterujących mikrokontrolera potrzebnych jest do komunikacji z nim w systemie. Dlatego też projektanci sterowników systemów haptycznych z TI zaimplementowali interfejs, który wykorzystuje jedynie pojedynczą linię cyfrową. Są dwa sposoby, na wykorzystanie tego interfejsu. Pierwszy z nich polega na zwarciu linii NRST i TRIG układu i podawanie na nie sygnału z mikrokontrolera. Podanie na nie sygnału od razu (w czasie ok 1 ms) uruchomi sterownik. Można też zewrzeć razem linie NRST, TRIG oraz VDD układu. Sterowanie w ten sposób oznacza, że driver zasilanie zacznie pobierać z pinu wyjściowego GPIO, więc zadbać trzeba o odpowiednią jego wydajność prądową. Takie sterowanie pozwoli uruchomić siłownik równie szybko, bo w czasie poniżej 2 ms.
3. Wielkość systemu.
Oczywiście, opisane powyżej funkcje wydają się bardzo wartościowe, możecie pomyśleć, że układ, który posiada takie możliwości musi być bardzo duży... nic bardziej mylnego! Sterowniki z tej rodziny zajmują zaledwie około 2 mm? na płytce drukowanej, co czyni jednymi z najmniejszych sterowników systemów haptycznych, jakie dostępne są na rynku.
Podsumowanie
W części pierwszej artykułu omówiliśmy pięć pierwszych istotnych funkcji, które skłaniać mogą nas do wyboru sterowników z rodziny TI DRV242x dla projektowanych przez nas systemów haptycznych:
1. Overdrive
2. Automatyczne hamowanie
3. Możliwość pracy z sygnałem prostokątnym i sinusoidalnym na wyjściu
4. Interfejs jednoprzewodowy
5. Niewielki rozmiar zajmowany na PCB przez sterownik.
W drugiej części artykułu przyjrzymy się pozostałym charakterystykom, które skłaniać mogą do wybrania tych driverów: pracy w architekturze z zamkniętą pętlą sprzężenia, niskiemu poborowi mocy i bogatej bibliotece funkcji sterujących i generujących różne przebiegi dla tego rodzaju driverów.
Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/08/09/eight-things-to-consider-when-choosing-haptic-feedback-part-1[/u][/align]
Aby zapewnić bardziej realistyczne doznania użytkownikom układów haptycznych specjaliści z Texas Instrument tworzą nowe drivery dla silników haptycznych, takie jak układy z rodziny DRV262x. W poniższych przykładach skupimy się na analizie ośmiu kwestii, które rozróżniają dwa układy z tej rodziny - DRV2624 i DRV26245 - aby na tych przykładach opisać ogólnie istotne kwestie dotyczące tego rodzaju systemów. Aby zapewnić możliwie realistyczne doznanie dla użytkownika urządzenia w systemie, w jego części mechanicznej, wykorzystać należy albo układy z niecentryczną obracającą się masą (ERM) lub liniowe siłowniki rezonansowe (LRA). Wspomniana rodzina układów od TI idealnie nadaje się do sterowania tymi elementami mechanicznymi.
1. Overdrive, automatyczne hamowanie i przebiegi prostokątne i sinusoidalne.
Funkcje takie jak overdrive czy automatyczne hamowanie silników istotnie poprawiają odbiór informacji haptycznej przez użytkownika urządzenia. Overdrive pomaga pokonać wstępne opory ruchu siłownika, poprzez podanie nieznacznie wyższego napięcia na element wykonawczy w początkowej fazie, tj. podczas jego rozruchu. Dzięki temu element ten startuje szybciej, zapewniając wyższy komfort odczuwania jego sygnału. Podczas zatrzymywania siłownika analogiczną rolę pełni system automatycznego hamowania, który pozwala na szybsze zatrzymanie wibracji poprzez albo podanie na element wykonawczy sygnału zmiennego o przeciwnej fazie do rzeczywistego przebiegu drgań albo też zmianę polaryzacji przykładanego sygnału, jeśli siłownik sterowany jest napięciem stałym. Tego rodzaju siłownik zatrzyma się istotnie szybciej.
Projektant urządzenia przenośnego jest zdecydowanie zainteresowany wykorzystaniem opisanych powyżej funkcji i szybkiego zatrzymywania i uruchamiania systemu haptycznego najlepiej w układzie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego. Dzięki szybkiemu zanikowi sygnału haptycznego rozdzielczość informacji odbieranych poprzez dotyk jest o wiele większa, a same sygnały istotnie wyraźniejsze. Sterowniki z rodziny DRV262x pozwalają na automatyczne hamowanie ruchu siłowników w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, ale możliwe jest ich wykorzystanie także podczas pracy systemu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego. Jak? Działanie tego sterownika jest dosyć proste w tym zakresie; wykorzystując układy takie jak DRV2624 i DRV2625 możemy normalnie pracować w otwartej pętli, jeśli nasz układ tego wymaga, a w momencie gdy chcemy zahamować siłownik - to jest gdy pojawi się na wejściu układu "bit stopu", układ przejdzie automatycznie do trybu z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego na czas automatycznego hamowania siłownika.
Najnowsze generacje sterowników systemów haptycznych pozwalają na przełączanie sygnału wyjściowego z prostokąta na sinusoidę w czasie pracy w otwartej pętli. Czasami, pewne elementy mechaniczne lepiej odpowiadają na sygnał prostokątny, a inne na sinusoidalny, więc dzięki tej funkcjonalności możemy bezproblemowo, z pomocą pojedynczego układu, przetestować oba tryby pracy, płynnie przełączając się pomiędzy nimi. W pracy z obydwoma przebiegami wyjściowymi możemy także korzystać z wszystkich dodatkowych funkcji. Na rysunkach 1 i 2 (poniżej) zaprezentowano przebiegi w obu trybach. Elastyczność jest podstawą dobrego sterownika do systemu haptycznego.
Rys.1. Przykładowe wyjście ze sterownika układu haptycznego z przebiegiem prostokątnym.
Rys.2. Przykładowe wyjście ze sterownika układu haptycznego z przebiegiem sinusoidalnym
2. Interfejs jednoprzewodowy.
Projektanci systemów elektronicznych nadzwyczaj często wybierają elementy, jakie chcą implementować w układzie na podstawie tego, ile pinów sterujących mikrokontrolera potrzebnych jest do komunikacji z nim w systemie. Dlatego też projektanci sterowników systemów haptycznych z TI zaimplementowali interfejs, który wykorzystuje jedynie pojedynczą linię cyfrową. Są dwa sposoby, na wykorzystanie tego interfejsu. Pierwszy z nich polega na zwarciu linii NRST i TRIG układu i podawanie na nie sygnału z mikrokontrolera. Podanie na nie sygnału od razu (w czasie ok 1 ms) uruchomi sterownik. Można też zewrzeć razem linie NRST, TRIG oraz VDD układu. Sterowanie w ten sposób oznacza, że driver zasilanie zacznie pobierać z pinu wyjściowego GPIO, więc zadbać trzeba o odpowiednią jego wydajność prądową. Takie sterowanie pozwoli uruchomić siłownik równie szybko, bo w czasie poniżej 2 ms.
3. Wielkość systemu.
Oczywiście, opisane powyżej funkcje wydają się bardzo wartościowe, możecie pomyśleć, że układ, który posiada takie możliwości musi być bardzo duży... nic bardziej mylnego! Sterowniki z tej rodziny zajmują zaledwie około 2 mm? na płytce drukowanej, co czyni jednymi z najmniejszych sterowników systemów haptycznych, jakie dostępne są na rynku.
Podsumowanie
W części pierwszej artykułu omówiliśmy pięć pierwszych istotnych funkcji, które skłaniać mogą nas do wyboru sterowników z rodziny TI DRV242x dla projektowanych przez nas systemów haptycznych:
1. Overdrive
2. Automatyczne hamowanie
3. Możliwość pracy z sygnałem prostokątnym i sinusoidalnym na wyjściu
4. Interfejs jednoprzewodowy
5. Niewielki rozmiar zajmowany na PCB przez sterownik.
W drugiej części artykułu przyjrzymy się pozostałym charakterystykom, które skłaniać mogą do wybrania tych driverów: pracy w architekturze z zamkniętą pętlą sprzężenia, niskiemu poborowi mocy i bogatej bibliotece funkcji sterujących i generujących różne przebiegi dla tego rodzaju driverów.
Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/08/09/eight-things-to-consider-when-choosing-haptic-feedback-part-1[/u][/align]
Fajne? Ranking DIY
