A pesar de la continua automatización de muchas tareas monótonas, la interfaz humana siempre ha sido (y siempre será) un requisito para que algunas herramientas y máquinas funcionen de manera correcta. Hay muchos tipos de dispositivos disponibles para lograr esta interacción, pero solo unos pocos proporcionan retroalimentación táctil al usuario. En este artículo de CUI Devices, obtenga más información sobre conmutadores táctiles, lo que incluye la construcción, las especificaciones de diseño, el cableado y mucho más.
El origen de los conmutadores táctiles se remonta a principios de la década de 1980, cuando surgieron por primera vez como conmutadores de membrana o serigrafiados, destinados principalmente a su uso en teclados. Sin embargo, su falta inicial de retroalimentación táctil y su rendimiento deficiente enfrentaron gran resistencia de parte de los usuarios. Esto impulsó la necesidad de realizar mejoras, lo que llevó a la introducción de conmutadores de domo de metal como parte de su diseño a finales de la década de 1980.
La incorporación de domos de metal produjo mejoras notables en la retroalimentación táctil, ofreciendo a los usuarios una sensación de activación distintiva. Además, esta modificación del diseño tuvo como resultado un método más sólido de activación del conmutador y una mayor longevidad, lo que solucionó los problemas de durabilidad anteriores.
Como testimonio de sus avances, los conmutadores táctiles modernos se han generalizado como dispositivos de entrada en numerosos productos comerciales y de consumo. Su uso generalizado es prueba de la importancia y el valor que aportan a una amplia gama de dispositivos electrónicos e interfaces.
Conceptos básicos del conmutador táctil
Cuando un usuario aplica presión a un conmutador táctil, se completa el circuito y se genera un flujo de corriente. Esta acción produce una sensación "táctil", a menudo un clic perceptible o un golpe háptico, que confirma el funcionamiento del conmutador. Al liberar la presión, se interrumpe el flujo de corriente y se apaga el conmutador. En esencia, un conmutador táctil es un dispositivo de acción momentánea que proporciona retroalimentación perceptible a través del tacto, lo que le confirma al usuario que ha funcionado el conmutador y que se ha transmitido la señal. Además, ciertos modelos de conmutadores táctiles están diseñados como conmutadores "normalmente cerrados", lo que significa que desactivan la corriente cuando se presionan y la vuelven a activar al soltarlos. CUI Devices también ofrece una selección de estos conmutadores táctiles "normalmente cerrados".
De hecho, la confusión del usuario puede surgir a partir de la terminología que se usa para describir los conmutadores táctiles, a los que a menudo se hace referencia como conmutadores pulsadores. Si bien ambos tipos comparten similitudes, es fundamental diferenciar sus características.
Un conmutador pulsador está diseñado para permitir el flujo de corriente dentro de un circuito cuando se presiona el actuador y recorre una distancia específica, e interrumpe el flujo de corriente cuando se presiona nuevamente. Estos conmutadores se pueden montar en paneles o directamente en placas de circuito impreso (PCB, por sus siglas en inglés). Para profundizar más en los conmutadores pulsadores, consulte el blog Aspectos básicos de conmutadores pulsadores de CUI Devices.
Por el contrario, un conmutador táctil permite el flujo de corriente cuando se presiona y mantiene presionado el actuador, deteniendo el flujo de corriente al soltarlo, o viceversa. La distancia de recorrido del actuador es mínima. Dichos conmutadores entran en la categoría de conmutadores de "acción momentánea" y, aunque ciertos pulsadores también son momentáneos, todos los conmutadores táctiles entran en esta clasificación. En particular, los conmutadores táctiles suelen ser mucho más pequeños que los conmutadores pulsadores y, a menudo, tienen valores nominales de tensión y corriente más bajos, debido a su diseño. Además, ofrecen retroalimentación audible o háptica, y están diseñados de manera exclusiva para el montaje directo en PCB.
Construcción básica
Un conmutador táctil típico se compone de solo cuatro piezas principales: una base de resina moldeada (4), un domo de contacto (3), un émbolo (2) y una cubierta (1). Debido a esta simplicidad, con muy pocas piezas móviles, los conmutadores táctiles normalmente duran más que otros conmutadores mecánicos.
El domo de contacto posee una forma arqueada que encaja en la base, que alberga los terminales y contactos para el montaje en PCB. Cuando se somete a fuerza, el domo sufre una desviación o inversión de forma, lo que genera la característica distintiva de clic audible y háptico. La flexión del domo también une dos contactos fijos dentro de la base, lo que completa de manera efectiva el circuito. Luego que se quita la fuerza, el domo recupera su forma original, lo que provoca que se interrumpa el circuito. Los domos se pueden fabricar con diversos materiales, lo que incluye metales, según el nivel deseado de retroalimentación háptica y audible.
Sobre el domo de contacto se encuentra el émbolo. Esto sirve para empujar y flexionar el domo, lo que activa el conmutador. Los émbolos se pueden fabricar con materiales como metal, caucho u otros, y pueden tener un actuador plano o elevado. El material que se utilice tanto para el émbolo como para el domo de contacto influye de manera significativa en la sensación y el sonido del clic táctil.
Sobre el émbolo se encuentra la cubierta, responsable de proteger el mecanismo interno del conmutador. La elección del material para la cubierta, que podría incluir metales u otros materiales, depende del uso previsto del conmutador y del nivel de protección deseado. Ciertas cubiertas también pueden incorporar un terminal a tierra para mitigar los riesgos de descarga estática.
Especificaciones clave
Seleccionar el conmutador táctil más adecuado para su producto implica algo más que examinar las especificaciones en una hoja de datos. Los conmutadores táctiles, con su "sensación" y "sonido" distintivos, pueden afectar de manera significativa la percepción del usuario de la calidad general del producto. Aunque es difícil de cuantificar, esta percepción juega un papel crucial en la satisfacción del usuario.
La fuerza que se requiere para activar el conmutador y la retroalimentación háptica que percibe el usuario deben alinearse con la aplicación específica, y esto puede variar de manera significativa entre productos de consumo e industriales. Por lo tanto, es prudente probar el conmutador real en uso como prototipo, asegurándose que sus características coincidan con la aplicación prevista. Por ejemplo, un conmutador de automóvil podría necesitar una mayor fuerza de actuación para contrarrestar los errores de entrada debidos a las vibraciones del vehículo, mientras que un conmutador utilizado en una impresora o en un producto de videojuegos de consumo podría ser menos sensible. Sin embargo, independientemente de la aplicación, el conmutador debe mantener una funcionalidad confiable durante la vida útil del producto.
Varias especificaciones de diseño son relevantes para los conmutadores táctiles, por ejemplo:
- Valor nominal de tensión: indica la tensión máxima que el conmutador puede soportar cuando está abierto o cerrado. Los conmutadores táctiles normalmente tienen valores nominales de tensión bajos.
- Valor nominal de corriente: especifica la corriente máxima (en amperios) que un conmutador puede transportar de manera segura sin sufrir daños.
- Fuerza de activación: también conocida como fuerza de operación, representa la cantidad de fuerza o presión (medida en gramos fuerza o gf) que se requiere para accionar el conmutador.
- Desviación: se refiere a la distancia total de recorrido de un conmutador presionado, normalmente llamado recorrido del actuador.
- Fuerza de contacto: indica la fuerza o presión (en gramos) necesaria para que el conmutador establezca una conexión entre sus terminales y permita el flujo de energía.
- Altura del actuador: la altura del actuador sobre el cuerpo del conmutador, lo que influye en la experiencia táctil del usuario. Consulte la Figura 3.
- Rango de ciclo: duración prevista de un conmutador en condiciones normales de funcionamiento, lo que es esencial para evaluar la durabilidad.
- Rango de temperatura: especifica el rango de temperatura en el que el conmutador funciona de manera óptima y cumple con las especificaciones.
- Estilo de montaje: describe cómo se monta el conmutador en la PCB, que puede ser de montaje en orificio pasante o en superficie.
- Valor nominal IP: norma internacional que clasifica el grado de protección de un conmutador (u otros productos) contra la entrada de polvo y líquidos, lo que proporciona información valiosa para condiciones ambientales específicas.
- Iluminación: los conmutadores táctiles están disponibles en una variedad de opciones de colores de LED iluminados, lo que brinda a los usuarios identificación visual adicional y retroalimentación en su aplicación.>
Cableado de conmutadores táctiles
Los conmutadores táctiles se componen normalmente de 4 pines, que están conectados internamente en 2 juegos. La inclusión de 4 pines sirve para mejorar la estabilidad del dispositivo cuando se monta en una placa de circuito. Desde una perspectiva de cableado, técnicamente solo necesita utilizar 2 de los conductores, pero se considera una mejor práctica utilizar todos los pines disponibles, teniendo en cuenta que los pares están interconectados de manera interna. Además, también se pueden encontrar conmutadores táctiles con solo 2 pines. Además, se encuentran disponibles conmutadores táctiles de 5 pines, diseñados específicamente para permitir un control similar a un joystick dentro de un paquete compacto.
Resumen
Los conmutadores táctiles se han ganado su popularidad gracias a su tamaño compacto, baja altura y larga vida útil, lo que los hace muy adecuados para una amplia gama de productos de consumo e industriales. Además, con los avances tecnológicos, los conmutadores táctiles se están abriendo camino en usos más nuevos, como dispositivos portátiles, que aprovechan su tamaño reducido, ligereza y durabilidad. En última instancia, los conmutadores táctiles demuestran ser una opción inteligente cuando un producto exige baja potencia, control de potencia de acción momentánea o entrada de datos, y donde la retroalimentación táctil y auditiva es una característica deseable. CUI Devices ofrece una línea completa de conmutadores táctiles que vienen en paquetes compactos, varias alturas de actuador y múltiples opciones de configuración, lo que proporciona soluciones versátiles para diversos requisitos de diseño.