Arduino Lab 10 Interface com um touch capacitivo, controlador GT801 Goodix

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1 Arduino Lab 10 Interface com um touch capacitivo, controlador GT801 Goodix Neste Lab trabalharemos com um touch capacitivo de 8, retirado de um tablete antigo e sem uso, afim de estabelecer uma engenharia reversa sobre o funcionamento, comunicação e design deste tipo de tela. Imagem tela touch Telas sensíveis ao toque As telas sensíveis ao toque se tornaram parte importante dos equipamentos que permitem interação com o usuário incorporando características atrativas, sejam elas funcional ou comercialmente. Talvez não notamos o quanto esta tecnologia está presente em nosso dia a dia. Praticamente 99,99% dos celulares atuais utilizam tecnologia touch e nós, usuários, interagimos a todo momento com estes dispositivos. Outros aparelhos como caixas

2 de autoatendimento bancário e de estacionamento, telas de centrais multimídia automotivas, refrigeradores domésticos mais modernos, impressoras de papel, telas de computador entre outros apresentam esta tecnologia em sua construção. Enquanto um painel sensível ao toque deve incorporar uma grande variedade de características, incluindo visibilidade sobre a tela de fundo, precisão na posição de toque, resposta rápida, durabilidade, custos de instalação, suas características se diferem dependendo do método utilizado para detectar os toques. Citaremos os displays resistivos e capacitivos. Telas resistivas Painéis touch baseados neste método também são chamados de sensores de pressão ou painéis de filme resistivos. Esta tecnologia dominou o mercado de telas sensíveis ao toque por muitos anos incorporando celulares, automotivos e o famoso Nintendo DS. monitores LCD, GPS Neste método, a posição do toque é detectada quando há uma mudança no valor da tensão aplicada no display devido ao contato dos dois eletrodos da tela alterar a resistência do ponto tocado. Uma pressão deve ser feita no momento do toque para que possa ser detectada. A figura abaixo, retirada do site ilustra estre princípio.

3 Resistive Touch Uma vantagem deste sistema está no baixo custo de produção grassas a sua simples estrutura construtiva. Este sistema também apresenta um consumo menor comparado ao capacitivo e uma ótima resistência a poeira e água já que sua superfície é feita com um filme de contato. Já que a detecção do ponto de toque demanda uma pressão para o contato dos eletrodos, este sistema funciona não só com o acionamento dos dedos como com canetas e até mesmo quando o usuário utiliza luvas protetoras. Um exemplo são os terminais de dados aplicados nas viaturas policiais fornecidos pela empresa Maxtrak. Telas capacitivas Um capacitor é um componente elétrico que, de uma forma bem simples, é composto por duas placas condutivas chamadas de eletrodos separadas por um dielétrico. Uma tela capacitiva do tipo Projected Capacitive é construída de forma parecida a um capacitor. A estrutura interna destes tipos de painéis consiste de uma camada de proteção, uma malha de eletrodos que determinam a posição do toque em X e Y e um substrato de vidro. A figura

4 abaixo, também retirada do site ilustra esta estrutura. Capacitive touch O campo elétrico gerado por um dos eletrodos é recebido no eletrodo vizinho. Quando um dedo ou uma caneta especial condutora toca o painel, o circuito é interrompido e o acoplamento do campo passa a ser através do corpo humano. Esta alteração de campo produz uma alteração de corrente que é percebida pelo controlador do touch. A posição então é determinada em coordenadas cartesianas referente a X e Y. A figura abaixo, retirada de um White Paper da empresa 3M ilustra o que foi citado acima.

5 Toque no painel Na imagem acima observamos os eletrodos e o campo formado por eles. Na imagem abaixo, já no touch que vamos trabalhar neste Lab, notamos que os eletrodos possuem o mesmo formato identificado na imagem anterior. Imagem dos Eletrodos no touch

6 Controlador GT801 Goodix O controlador do touch que vamos trabalhar neste Lab foi produzido pela empresa Goodix. Seu modelo é o GT801 e apresenta como principal característica a comunicação de dados no protocolo I2C e uma detecção de até 5 pontos de toque na tela. Uma imagem da montagem do controlador no Flat Cable do touch está indicada abaixo. Imagem do CI controlador GT801 Como observado na descrição do flat cable, temos 6 pontos a serem conectados no circuito do lado do host, porém, não era possível trabalhar com os terminais de um flat sem um circuito intermediário que fosse possível a conexão de cabos. Logo, como o conector no antigo tablet permitia a solda dos cabos, o mesmo foi cortado da placa principal e disponível para a montagem. A imagem abaixo ilustra este circuito.

7 Imagem montagem conector Os pinos INT e SHUTDOWN são responsáveis pelo controle e indicação do CI, sendo que o INT apresenta um pulso de aproximadamente 100us que pode ser um pulso de 0 para 1 ou de 1 para zero de acordo com a configuração. Comportamento Pino INT Já o pino shutdown é responsável por colocar o controlador no modo de economia de energia. Este pino de controle é muito útil nas aplicações que envolvam o uso de baterias. Todas as informações necessárias para trabalhar com este controlador foram obtidas no datasheet do fabricante, que diga-se de passagem não foi muito fácil de encontrar, e a princípio estava em Chinês, sendo necessária sua tradução página a página para o Inglês. As duas versões podem ser encontradas nos links acima. A comunicação entre o Arduino e o controlador segue o padrão I2C normal. A biblioteca padrão I2C disponível na IDE do Arduino não funcionou corretamente devido ao tempo entre enviar um dado e a resposta do sinal de ACK. Optamos então por utilizar a biblioteca SoftI2CMaster, modificando apenas o

8 tamanho do buffer de dados para 53 bytes. Algoritmo e testes Não há nenhuma complicação na ligação dos componentes para este teste. Basta ligar os pinos SDA e SCL aos pinos A4 e A5 do Arduino passando por um shift level que reduz a tensão de 5V do Arduino para 3V3 do touch e os 6 LED s conectados aos pinos D2 a D7 com um resistor de 470 Ohms em série. O pino D8 está conectado ao terminal shutdown do touch. No algoritmo, inicialmente é necessário enviar 53 bytes de configuração para o controlador GT801. Uma tabela que indica a descrição de cada byte é mostrada abaixo.

9 Tabela registradores de configuração do GT801 O vetor de dados GT801_RegData[53]{} e a função init_touchgt801() utilizados para a configuração do controlador estão indicados abaixo.

10 Vetor de dados de configuração Função init_touch() Parte de um diagrama gerado pelo analisador lógico, onde é mostrada a linha de clock SCL, a linha de dados SDA e a decodificação dos bytes está indicado na imagem abaixo. Imagem dados no analisador lógico Observamos que o primeiro byte de dados é o comando de escrita 0xAA, logo após temos o endereço do primeiro registrador de configuração a ser escrito 0x30 e então é iniciada a escrita dos dados iniciando pelo 0x19 correspondendo ao registrador 0x30. O ponteiro de incremento dos registradores e dos dados no vetor de configuração é incrementado automaticamente pelo algoritmo. O próximo passo foi ler o registrador que guarda as

11 informações sobre a versão do touch localizado no endereço inicial 0x69. A função read_version_touchgt801() que apanha estes dados está indicada abaixo. Função read_version_touch() O retorno desta função é a cadeia de dados indicada abaixo: 0x47 0x54 0x38 0x30 0x31 0x5F 0x31 0x52 0x30 0x38 0x5F 0x32 0x30 0x31 0x31 0x31 0x32 0x31 0x35 0x30 0x31 0x5F 0x47 0x6F 0x6F 0x64 0x69 0x78 0x5F 0x54 0x65 0x63 0x68 Quando convertida em ASCII, a sequencia acima gera a seguinte string correspondente a versão do touch: GT801_1R08_ _Goodix_Tech A partir deste ponto a comunicação com o touch já está estabelecida e as coordenadas em X e Y podem ser obtidas pelos registradores de leitura. O endereço e a descrição destes registradores estão indicados abaixo.

12 Tabela dos registradores de leitura Neste Lab trabalhamos apenas com somente um ponto de toque dos cinco que são suportados pelo controlador, logo somente os registradores 0x02 a 0x05 foram lidos pelo algoritmo. Para o teste ser efetivamente finalizado, uma folha com números foi elaborada e colada no lado oposto ao touch apenas como referência do posicionamento das coordenadas X e Y coletadas dos registradores descritos acima. Estas posições, após o mapeamento de cada número, entra em um laco if() que compara as coordenadas lidas com as do local de cada posição na folha. A imagem da folha elaborada e do touch estão indicados abaixo.

13 Folha de teste e touch Os botões de 1 a 9 comutam os LED s conectados aos pinos D2 a D7 do Arduino. O acionamento dos destes pode ser observado vídeo no final deste Lab. Todo o código está indicado abaixo. [crayon-5af332dad6e /] Conclusão Neste Lab trabalhamos com uma tela sensível ao toque do tipo capacitiva que foi retirada de um antigo tablet já em desuso. Um grande conhecimento com relação a este tipo de dispositivo, no âmbito do protocolo de comunicação I2C e funcionamento, foi adquirido visto que não é comum encontrarmos touch s capacitivos para protótipos em lojas de componentes eletrônicos. Uma atenção especial deve ser tomada ao manusear o flat cable desta tela pois o mesmo é colado sobre as pads do display e pode soltar-se facilmente inutilizando toda a tela.