Projekt pokazujący działanie ekranu dotykowego. Infografika: jak działa ekran dotykowy telefonu

Telefon z ekranem dotykowym nikogo już nie zaskoczy. Sterowanie ręczne stało się modne, ale niewiele osób myśli o tym, co dzieje się po dotknięciu wyświetlacza. Omówię sposób działania najpopularniejszych typów ekranów dotykowych. Wygoda i produktywność pracy technologia cyfrowa zależą przede wszystkim od używanych urządzeń wprowadzania informacji, za pomocą których człowiek steruje sprzętem i pobiera dane. Najbardziej rozpowszechnionym i uniwersalnym instrumentem jest klawiatura, która jest obecnie szeroko rozpowszechniona. Jednak nie zawsze korzystanie z niego jest wygodne. Na przykład wymiary telefonów komórkowych nie pozwalają na instalację duże klawisze, w efekcie czego zmniejsza się prędkość wprowadzania informacji. Problem ten został rozwiązany poprzez zastosowanie ekranów dotykowych. W ciągu zaledwie kilku lat zrobiły prawdziwą rewolucję na rynku i zaczęto je wdrażać wszędzie – od telefonów komórkowych i e-booków po monitory i drukarki.

Początek boomu sensorycznego

Kupno nowego smartfon, którego korpus nie ma ani jednego przycisku ani joysticka, raczej nie zastanawiasz się, jak będziesz nim sterować. Z punktu widzenia użytkownika nie ma w tym nic skomplikowanego: wystarczy dotknąć palcem ikony na ekranie, co doprowadzi do wykonania jakiejś akcji - otwarcia okna wprowadzania danych numer telefonu, SMS-em Lub książka adresowa. Tymczasem 20 lat temu o takich możliwościach można było tylko marzyć.

Ekran dotykowy został wynaleziony w USA w drugiej połowie lat 60-tych ubiegłego wieku, jednak do początku lat 90-tych był stosowany głównie w sprzęcie medycznym i przemysłowym w celu zastąpienia tradycyjnych urządzeń wejściowych, których użycie w pewnych warunkach jest obarczone trudnościami. Warunki pracy. Wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów komputerów i pojawieniem się urządzeń PDA pojawiło się pytanie o ulepszenie ich systemów sterowania. W 1998 roku pojawił się pierwszy handheld z ekranem dotykowym i systemem rozpoznawania wprowadzania i pisma ręcznego Komunikator Apple Newton, a wkrótce komunikatory z ekranami dotykowymi.

W 2006 roku prawie wszyscy duzi producenci rozpoczęła produkcję smartfonów z ekranami dotykowymi, a po ich pojawieniu się Apple iPhone w 2007 roku rozpoczął się prawdziwy boom na dotyk – wyświetlacze tego typu pojawiły się w drukarkach, e-booki, różne typy komputerów itp. Co się dzieje, gdy dotkniesz ekranu dotykowego i skąd urządzenie „wie”, gdzie dokładnie nacisnąłeś?

Zasada działania rezystancyjnego ekranu dotykowego

W ciągu 40-letniej historii ekranów dotykowych opracowano kilka typów tych urządzeń wejściowych, opartych na różnych zasadach fizycznych, które służą do określenia lokalizacji dotyku. Obecnie najbardziej rozpowszechnione są dwa rodzaje wyświetlaczy - rezystancyjne i pojemnościowe. Ponadto istnieją ekrany, które mogą rejestrować wiele kliknięć jednocześnie ( Wielodotykowy) lub tylko jeden.

Ekrany wykonane w technologii rezystancyjnej składają się z dwóch głównych części - elastycznej warstwy górnej i sztywnej warstwy dolnej. Jako pierwszą można zastosować różne folie plastikowe lub poliestrowe, a druga jest wykonana ze szkła. NA strony wewnętrzne warstwy elastycznej membrany i rezystancyjnej (posiadającej opór elektryczny) materiał przewodzący Elektryczność. Przestrzeń pomiędzy nimi wypełniona jest dielektrykiem.

Na krawędziach każdej warstwy znajdują się cienkie metalowe płytki - elektrody. W warstwie tylnej z materiałem oporowym są one umieszczone pionowo, a w warstwie przedniej - poziomo. W pierwszym przypadku są podawane stałe ciśnienie, a prąd elektryczny przepływa z jednej elektrody na drugą. W tym przypadku spadek napięcia występuje proporcjonalny do długości przekroju ekranu.

Po dotknięciu ekranu dotykowego przednia warstwa wygina się i wchodzi w interakcję z tylną warstwą, co pozwala sterownikowi określić znajdujące się na niej napięcie i obliczyć za jego pomocą współrzędne punkty dotykowe poziomo (oś X). Aby zmniejszyć wpływ rezystancji przedniej warstwy oporowej, znajdujące się w niej elektrody są uziemione. Następnie wykonywana jest operacja odwrotna: do elektrod warstwy przedniej przykładane jest napięcie, a elektrody znajdujące się w warstwie tylnej są uziemiane – w ten sposób można obliczyć współrzędną pionową punktu styku (oś Y). Jest to zasada działania czteroprzewodowego (nazwa pochodzi od liczby elektrod) rezystancyjnego ekranu dotykowego.

Oprócz czteroprzewodowych dostępne są także pięcio- i ośmioprzewodowe ekrany dotykowe. Te ostatnie mają podobną zasadę działania, ale wyższą dokładność pozycjonowania.

Zasada działania i konstrukcja pięcioprzewodowych rezystancyjnych ekranów dotykowych różnią się nieco od opisanych powyżej. Przednia warstwa powłoki rezystancyjnej została zastąpiona warstwą przewodzącą i służy wyłącznie do odczytu wartości napięcia na tylnej warstwie rezystancyjnej. Ma wbudowane cztery elektrody w rogach ekranu, piąta elektroda jest wyjściem przedniej warstwy przewodzącej. Początkowo wszystkie cztery elektrody tylnej warstwy są pod napięciem, a na przedniej warstwie jest zero. Po dotknięciu takiego ekranu dotykowego warstwa górna i dolna zostają w pewnym momencie połączone, a sterownik wyczuwa zmianę napięcia na warstwie przedniej. W ten sposób wykrywa dotknięcie ekranu. Następnie dwie elektrody w tylnej warstwie są uziemiane, obliczana jest współrzędna punktu dotykowego na osi X, następnie uziemiane są pozostałe dwie elektrody i obliczana jest współrzędna punktu dotykowego na osi Y.

Zasada działania pojemnościowego ekranu dotykowego

Zasada działania pojemnościowych ekranów dotykowych opiera się na zdolności organizmu ludzkiego do przewodzenia prądu elektrycznego, co wskazuje na obecność pojemności elektrycznej. W najprostszym przypadku taki ekran składa się z wytrzymałego podłoża szklanego, na które nałożona jest warstwa materiału oporowego. W jego rogach umieszczono cztery elektrody. Materiał rezystancyjny pokryty jest na wierzchu warstwą przewodzącą.

Niewielką ilość nanosi się na wszystkie cztery elektrody. Napięcie prądu przemiennego. Kiedy osoba dotyka ekranu, ładunek elektryczny przepływa przez skórę do ciała, tworząc prąd elektryczny. Jego wartość jest proporcjonalna do odległości elektrody (narożnika panelu) od punktu styku. Sterownik mierzy natężenie prądu na wszystkich czterech elektrodach i na podstawie tych wartości oblicza współrzędne punktu dotyku.

Dokładność pozycjonowania ekranów pojemnościowych jest prawie taka sama jak w przypadku ekranów rezystancyjnych. Jednocześnie przepuszczają więcej światła (aż do 90%) emitowanego przez urządzenie wyświetlające. A brak elementów podlegających odkształceniom czyni je bardziej niezawodnymi: ekran pojemnościowy wytrzymuje w jednym miejscu ponad 200 milionów kliknięć i może pracować z prędkością niskie temperatury(do -15°C). Jednakże przednia powłoka przewodząca stosowana do określania położenia jest wrażliwa na wilgoć, uszkodzenia mechaniczne i zanieczyszczenia przewodzące. Pojemnościowy ekrany Uruchamiają się dopiero po dotknięciu ich przedmiotem przewodzącym (dłonią bez rękawiczek lub specjalnym rysikiem). Ekrany tego typu wykonane w klasycznej technologii również nie są w stanie śledzić wielu kliknięć jednocześnie.

Projektowany pojemnościowy ekran dotykowy, który jest używany w telefony iPhone i podobne urządzenia. Ma bardziej złożoną strukturę w porównaniu do konwencjonalnych ekranów pojemnościowych. Na szklane podłoże nałożone są dwie warstwy elektrod, oddzielone dielektrykiem i tworzące siatkę (elektrody w warstwie dolnej umieszczone są pionowo, a w warstwie górnej – poziomo). Siatka elektrod wraz z ciałem człowieka tworzy kondensator. W miejscu styku z palcem następuje zmiana jego pojemności, sterownik wykrywa tę zmianę, określa, na którym przecięciu elektrod nastąpiła i na podstawie tych danych oblicza współrzędną punktu styku.

Takie ekrany również mają wysoką przezroczystość i mogą pracować w jeszcze niższych temperaturach (do -40°C). W mniejszym stopniu oddziałują na nie zanieczyszczenia elektroprzewodzące, reagują na dłoń w rękawiczce. Wysoka czułość pozwala na zastosowanie grubej warstwy szkła (aż do 18 mm) do zabezpieczenia takich ekranów.

Zasada działania czteroprzewodowego rezystancyjnego ekranu dotykowego

1. Górna warstwa oporowa wygina się i styka się z dolną.
2. Sterownik wykrywa napięcie w punkcie dotyku na dolnej warstwie i oblicza współrzędną osi X punktu dotyku.
3. Sterownik wykrywa napięcie w punkcie dotyku na warstwie wierzchniej i wyznacza współrzędną punktu dotyku wzdłuż osi Y.

Zasada działania pięcioprzewodowego rezystancyjnego ekranu dotykowego

1. Ekranu można dotykać dowolnym twardym przedmiotem.
2. Górna warstwa przewodząca ugina się i styka się z dolną, co sygnalizuje dotknięcie ekranu.
3. Dwie z czterech elektrod dolnej warstwy są uziemione, sterownik określa napięcie w miejscu styku i oblicza współrzędną punktu wzdłuż osi X.
4. Pozostałe dwie elektrody są uziemione, sterownik określa napięcie w miejscu styku i oblicza współrzędną punktu wzdłuż osi Y.

Zalety

• Niska cena
• Wysoka odporność na plamy
• Można go dotknąć dowolnym twardym przedmiotem

Wady

• Niska trwałość (1 milion kliknięć w jednym punkcie w przypadku sieci czteroprzewodowej, 35 milionów kliknięć w przypadku sieci pięcioprzewodowej) i odporność na wandalizm
• Słaba przepuszczalność światła (nie więcej niż 85%)
• Nie obsługuje wielodotyku

Przykłady urządzeń

• Telefony (na przykład Nokia 5800, NTS Dotknij Diamentu), PDA, komputery (np. MSI Wind Top AE1900), sprzęt przemysłowy i medyczny.

Zasada działania

1. Dotykanie ekranu przedmiotem przewodzącym (palec, specjalny rysik).
2. Prąd przepływa od ekranu do obiektu.
3. Sterownik mierzy prąd w rogach ekranu i wyznacza współrzędne punktu dotyku.

Zalety

• Wysoka trwałość (aż do 200 milionów kliknięć), możliwość pracy w niskich temperaturach (do -15°C)

Wady

• Wrażliwy na wilgoć, zanieczyszczenia przewodzące
• Nie obsługuje wielodotyku

Przykłady urządzeń

• Telefony, touchpady (np. w odtwarzaczu iRiver VZO), PDA, bankomaty, kioski.

Zasada działania

1. Dotknięcie ekranu lub zbliżenie go do niego bliskie kwatery obiekt przewodzący prąd, który razem tworzy kondensator.
2. W punkcie styku zmienia się pojemność elektryczna.
3. Sterownik rejestruje zmianę i określa, na którym przecięciu elektrod nastąpiła. Na podstawie tych danych obliczane są współrzędne punktu dotykowego.

Zalety

• Wysoka trwałość (aż do 200 milionów kliknięć), możliwość pracy w niskich temperaturach (do -40°C)
• Wysoka odporność na wandalizm (ekran można przykryć warstwą szkła o grubości do 18 mm)
• Wysoka przepuszczalność światła (ponad 90%)
• Obsługiwany wielodotyk

Wady

• Reaguj tylko na dotyk przedmiotu przewodzącego (palec, specjalny rysik)

Przykłady urządzeń

• Telefony (np. iPhone), touchpady, ekrany laptopów i komputerów (np. HP TouchSmart tx2), kioski elektroniczne, bankomaty, terminale płatnicze.

System Windows 7

Stało się możliwe sterowanie komputerem za pomocą gestów „Przewiń”, „Do przodu/do tyłu”, „Obróć” i „Powiększ”. System operacyjny Windows 7 jest znacznie lepiej przystosowany do pracy z wyświetlaczami dotykowymi niż wszystkie poprzednie wersje. 06 świadczy o tym zmodyfikowany interfejs i pasek zadań, w którym zamiast prostokątnych przycisków symbolizujących uruchomione programy pojawiły się kwadratowe ikony – znacznie wygodniej jest je nacisnąć palcem. Poza tym było Nowa cecha- Listy szybkiego dostępu, które pozwalają szybko znaleźć ostatnio otwierane pliki lub często uruchamiane elementy. Aby aktywować tę funkcję, po prostu przeciągnij ikonę programu na Pulpit.

Pierwszy raz na sali operacyjnej System Windows dodana opcja rozpoznawania gesty dotykowe, z którym związana jest realizacja poszczególnych funkcji. Tak więc w Windows 7 pojawił się przewijanie dotykowe i taka sama jak np. w Apple iPhone możliwość powiększania zdjęć czy dokumentów przesuwając dwoma palcami różne strony. Nie zabrakło ruchu odpowiedzialnego za obrót obrazu. Operacjom takim jak kopiowanie, usuwanie i wklejanie można także przypisać osobne gesty. guziki klawiatura ekranowa Podświetla się po dotknięciu, co ułatwia obsługę na ekranie dotykowym. A umiejętność rozpoznawania tekstu pisanego odręcznie pozwala szybko wprowadzać małe wiadomości.

Trwa ciągła debata na temat tego, który telefon ma lepszy ekran. Szczególnie pomiędzy właścicielami Technologia Apple oraz tych, którzy preferują urządzenia na platformie Android.

Ta prosta infografika pięknie przedstawia wszystkie zalety każdego typu ekranu dotykowego. Mam nadzieję, że kupując kolejny smartfon, pomoże on Państwu dokonać właściwego wyboru i nie przepłacić pokaźnej sumki.

Istnieją więc trzy typy ekranów dotykowych: rezystancyjne, pojemnościowe i na podczerwień.

Rezystancyjny

Telefony z ekranami rezystancyjnymi: Samsung Messager Touch, Samsung Instinct, HTC Touch Diamond, LG Dare

Jak oni pracują? Małe kropki oddzielają kilka warstw materiału przewodzącego prąd. Kiedy górna elastyczna warstwa naciska na dolną warstwę, zmienia się prąd elektryczny i obliczane jest miejsce uderzenia, czyli dotyku.

Ile kosztuje produkcja? Koszt produkcji rezystancyjnych ekranów dotykowych nie jest zbyt wysoki - $ .

Materiał ekranu. Na szybę nakładana jest warstwa elastycznego materiału (najczęściej folii poliestrowej).

Narzędzia wpływu. Palce, palce w rękawiczkach lub rysik.

Widoczność na ulicy. Słaba widoczność przy słonecznej pogodzie.

Możliwość wykonywania wielu gestów. NIE.

Trwałość. Jak na swoją cenę ekran wytrzymuje dość długo. Łatwo porysowany i podatny na inne drobne uszkodzenia. Dość szybko się zużywa i wymaga wymiany.

Pojemnościowy

Telefony z pojemnościowymi ekranami dotykowymi: Huawei Ascend, Sanyo Zio, iPhone, HTC Hero, DROID Eris, Palm Pre, Blackberry Storm.

Jak oni pracują? Prąd nadawany jest z rogów ekranu. Kiedy palec dotyka ekranu, zmienia kierunek prądu i w ten sposób obliczane jest miejsce dotknięcia.

Ile kosztuje produkcja? Dość drogi - $$ .

Materiał ekranu. Szkło.

Narzędzia wpływu. Tylko palce bez rękawiczek.

Widoczność na ulicy. Widoczność w słoneczny dzień jest dobra.

Możliwość wykonywania wielu gestów. Jeść.

Trwałość.

Podczerwień

Telefony z ekranami dotykowymi na podczerwień: Samsung U600 (ciepło), Neonode N2 (optyczny).

Jak oni pracują? Aby ekran wrażliwy na ciepło zareagował, należy go dotknąć ciepłym przedmiotem. Ekran optyczny wykorzystuje siatkę niewidzialnych czujników bezpośrednio nad ekranem. Punkt dotyku jest obliczany na podstawie punktu, w którym oś x-y został naruszony.

Ile kosztuje produkcja? Bardzo drogi - $$$ .

Materiał ekranu. Szkło.

Narzędzia wpływu. Optyczny - palce, rękawiczki i rysik. Wrażliwe na ciepło - ciepłe palce bez rękawiczek.

Widoczność na ulicy. Widoczność przy słonecznej pogodzie jest dobra, ale silne światło słoneczne wpływa na wydajność i dokładność.

Możliwość wykonywania wielu gestów. Tak.

Trwałość. Utrzymuje się dość długo. Szkło pęka tylko w przypadku poważnych uszkodzeń.

Nie często zastanawiamy się nad tym, jak działa wyświetlacz urządzenia, które trzymamy w rękach. Ale czasami zdarzają się przypadki, gdy niedawno zakupiony telefon lub tablet nie reaguje na zwykłe pióro cyfrowe ze starego urządzenia. W tym przypadku staje się oczywiste, że ekran nowego produktu jest montowany przy użyciu innej technologii. Tutaj pamiętamy już, że istnieją ekrany rezystancyjne i pojemnościowe, z których te ostatnie stopniowo zastępują te pierwsze.

Warto zauważyć, że niewiele osób wie, jaka jest różnica między wyświetlaczami pojemnościowymi do montażu powierzchniowego i projekcyjnymi. Ale ekrany prawie wszystkich nowoczesne tablety, smartfony z systemem Android lub iOS firmy Apple są specjalnie projektowane-pojemnościowe, dzięki czemu m.in wymagana funkcja, jak wielodotyk.

Powierzchniowe ekrany pojemnościowe

Wszystkie ekrany pojemnościowe korzystają z faktu, że wszystkie obiekty posiadają pojemność elektryczna, ciało ludzkie jest dobrym przewodnikiem prądu przemiennego.

Pierwsze egzemplarze pojemnościowych ekranów dotykowych działały na prąd stały, co upraszczało konstrukcję elektroniki, zwłaszcza przetwornika analogowo-cyfrowego, ale zanieczyszczenie ekranu lub dłoni często prowadziło do awarii. Dla prąd stały nawet nieznaczne pojemność jest przeszkodą nie do pokonania.

Ekrany pojemnościowe, podobnie jak ekrany rezystancyjne, montuje się w najprostszym przypadku z LCD Lub AMOLEDOWE ekran dający obraz na samym dole i dotykowy panel aktywny na górze .

Aktywną częścią powierzchniowych ekranów pojemnościowych jest kawałek szkła pokryty jednostronnie przezroczystym materiałem o wysokiej wytrzymałości. Jako substancję przewodzącą prąd elektryczny stosuje się tlenek indu lub tlenek cyny.

W rogach ekranu znajdują się cztery elektrody, przez które dostarczane jest niewielkie napięcie przemienne, identyczne ze wszystkich stron. Dotykając powierzchni ekranu przedmiotem przewodzącym prąd elektryczny lub bezpośrednio palcem, przez ciało człowieka przepływa prąd. Przepływ znikomych prądów rejestrowany jest jednocześnie we wszystkich czterech narożnikach przez czujniki, a mikroprocesor na podstawie różnicy wartości prądów wyznacza współrzędne punktu styku.

Powierzchniowy ekran pojemnościowy jest nadal delikatny, ponieważ jego powłoka przewodząca jest nałożona na zewnętrzną powierzchnię i nie jest niczym chroniona. Ale nie tak delikatny, jak rezystancyjny, ponieważ na jego powierzchni nie ma cienkiej miękkiej membrany. Brak membrany poprawia przejrzystość wyświetlacza i pozwala na zastosowanie mniej jasnego i energooszczędnego podświetlenia.

Projektowane ekrany pojemnościowe

Ten typ ekranu dotykowego jest w stanie jednocześnie określić współrzędne dwóch lub więcej punktów dotykowych, czyli obsługuje funkcję multi-touch. To ten typ wyświetlacza jest instalowany na wszystkich nowoczesnych urządzeniach mobilnych.

Działają na podobnej zasadzie jak ekrany pojemnościowe powierzchniowe, z tą różnicą, że ich aktywna warstwa przewodząca osadza się wewnątrz, a nie na powierzchni zewnętrznej. Dzięki temu panel aktywny jest znacznie bezpieczniejszy. Można go pokryć szkłem o grubości do 18 mm, dzięki czemu ekran dotykowy jest wyjątkowo odporny na wandalizm.

Kiedy dotkniesz ekranu dotykowego, pomiędzy palcem osoby a jedną z elektrod za szkłem tworzy się niewielka pojemność. Mikrokontroler sonduje prądem pulsacyjnym dokładnie tam, gdzie na siatce elektrod wzrosło napięcie na skutek nagle utworzonej pojemności. Ekran nie reaguje na spadające krople wody, ponieważ takie zakłócenia przewodzące można łatwo stłumić za pomocą oprogramowania.

Wspólną wadą wszystkich ekranów pojemnościowych jest niemożność pracy z nimi z dowolnymi obiektami izolacyjnymi. Można używać tylko specjalnego rysika lub gołego palca. Nie zareagują na wygodny plastikowy rysik ani na dłoń w ciepłej rękawiczce.

Trawienie PCB Domowa miniaturowa lutownica niskonapięciowa Trudny sposób na wylutowanie desek

iPhone 2G był pierwszym telefonem komórkowym działającym wyłącznie na ekranie dotykowym. Od jego prezentacji minęło ponad dziesięć lat, a wielu z nas wciąż nie wie, jak działa ekran dotykowy. Ale to intuicyjne narzędzie do wprowadzania danych spotykamy nie tylko w smartfonach, ale także w bankomatach, terminalach płatniczych, komputerach, samochodach i samolotach – dosłownie wszędzie.
Przed ekranami dotykowymi najpopularniejszy interfejs do wprowadzania poleceń urządzenia elektryczne był różne klawiatury. Choć pozornie nie mają one nic wspólnego z ekranami dotykowymi, tak naprawdę podobieństwo ekranu dotykowego do klawiatury może zaskakiwać. Przyjrzyjmy się szczegółowo ich urządzeniu.

Klawiatura jest płytka drukowana, na którym zainstalowano kilka rzędów przełączników-przycisków. Niezależnie od ich konstrukcji, membranowej czy mechanicznej, po naciśnięciu każdego z klawiszy dzieje się to samo. Na płycie komputera pod przyciskiem jest zwarcie. obwód elektryczny, komputer rejestruje przepływ prądu w tym miejscu obwodu, „rozumie”, który klawisz został wciśnięty i wykonuje odpowiednie polecenie. W przypadku ekranu dotykowego dzieje się prawie to samo.

Jest ich około tuzina różne rodzaje ekrany dotykowe, jednak większość tych modeli jest albo przestarzała i nieużywana, albo ma charakter eksperymentalny i prawdopodobnie nigdy nie pojawi się w urządzeniach produkcyjnych. Na początek opowiem o strukturze obecnych technologii, z którymi stale stykasz się lub przynajmniej możesz spotkać w życiu codziennym.

Rezystancyjny ekran dotykowy

Rezystancyjne ekrany dotykowe zostały wynalezione w 1970 roku i od tego czasu niewiele się zmieniły.
W wyświetlaczach z takimi czujnikami nad matrycą znajduje się kilka dodatkowych warstw. Zastrzegam jednak, że matrix nie jest tu wcale potrzebny. Pierwsze rezystancyjne urządzenia dotykowe w ogóle nie były ekranami.

Dolna warstwa czujnika składa się ze szklanej podstawy i nazywana jest warstwą rezystancyjną. Nakładana jest na niego przezroczysta powłoka metaliczna, która dobrze przepuszcza prąd, na przykład z półprzewodnika, takiego jak tlenek indu i cyny. Wierzchnia warstwa ekranu dotykowego, z którą użytkownik wchodzi w interakcję poprzez naciśnięcie ekranu, wykonana jest z elastycznej i sprężystej membrany. Nazywa się to warstwą przewodzącą. W przestrzeni pomiędzy warstwami pozostaje szczelina powietrzna lub jest ona równomiernie usiana mikroskopijnymi cząsteczkami izolującymi. Wzdłuż krawędzi do warstwy czujnikowej podłączone są cztery, pięć lub osiem elektrod, łącząc ją z czujnikami i mikrokontrolerem. Im więcej elektrod, tym wyższa czułość rezystancyjnego ekranu dotykowego, ponieważ zmiany napięcia na nich są stale monitorowane.

Oto ekran z włączonym rezystancyjnym ekranem dotykowym. Nic się jeszcze nie dzieje. Prąd elektryczny przepływa swobodnie przez warstwę przewodzącą, ale gdy użytkownik dotknie ekranu, membrana na górze wygina się, cząstki izolacyjne rozpadają się, a następnie dotyka dolnej warstwy ekranu dotykowego i wchodzi w kontakt. Następuje jednoczesna zmiana napięcia na wszystkich elektrodach ekranu.

Kontroler z ekranem dotykowym wykrywa zmiany napięcia i odczytuje odczyty z elektrod. Cztery, pięć, osiem znaczeń i wszystkie inne. Na podstawie różnicy odczytów między prawą i lewą elektrodą mikrokontroler obliczy współrzędną X prasy, a na podstawie różnic w napięciu na górnej i dolnej elektrodzie określi współrzędną Y i w ten sposób poinformuje komputerze punkt, w którym zetknęły się warstwy warstwy ekranu dotykowego.

Rezystancyjne ekrany dotykowe mają długą listę wad. Zatem w zasadzie nie są w stanie rozpoznać dwóch jednoczesne naciśnięcia, nie wspominając więcej. Nie zachowują się dobrze na mrozie. Ze względu na konieczność stosowania warstwy pomiędzy warstwami sensorów, matryce takich ekranów zauważalnie tracą jasność i kontrast, mają tendencję do olśniewania w słońcu i ogólnie wyglądają zauważalnie gorzej. Jednak tam, gdzie jakość obrazu ma drugorzędne znaczenie, są one nadal stosowane ze względu na odporność na plamy, możliwość obsługi w rękawiczkach i, co najważniejsze, niską cenę.

Takie urządzenia wejściowe są wszechobecne w niedrogich urządzeniach produkowanych masowo, takich jak terminale informacyjne w miejscach publicznych, i nadal można je znaleźć w starzejących się gadżetach, takich jak tanie odtwarzacze MP3.

Ekran dotykowy na podczerwień

Kolejną, znacznie mniej powszechną, ale mimo to istotną opcją ekranu dotykowego, jest ekran dotykowy na podczerwień. Nie ma on nic wspólnego z czujnikiem rezystancyjnym, choć pełni podobne funkcje.

Ekran dotykowy na podczerwień zbudowany jest z układów diod LED i światłoczułych fotokomórek umieszczonych po przeciwnych stronach ekranu. Diody LED oświetlają powierzchnię ekranu niewidzialnym światłem podczerwonym, tworząc na niej coś w rodzaju pajęczyny lub siatki współrzędnych. To przypomina alarm przeciwwłamaniowy jak to jest pokazane w szpiegowskich filmach akcji czy grach komputerowych.

Kiedy coś dotknie ekranu, niezależnie od tego, czy jest to palec, dłoń w rękawiczce, rysik czy ołówek, dwie lub więcej wiązek zostaje przerwanych. Fotokomórki rejestrują to zdarzenie, sterownik dotykowy dowiaduje się, które z nich nie otrzymują wystarczającej ilości światła podczerwonego i na podstawie ich położenia oblicza obszar ekranu, na którym pojawiła się przeszkoda. Reszta to dopasowanie dotyku do tego, jaki element interfejsu znajduje się na ekranie w danym miejscu – zadanie oprogramowania.

Dziś ekrany dotykowe na podczerwień można spotkać w tych gadżetach, których ekrany mają niestandardową konstrukcję, gdzie dodanie dodatkowych warstw dotykowych jest technicznie trudne lub niepraktyczne – np. w e-bookach opartych na wyświetlaczach E-link, np. Amazon Kindle Dotyk i Sony Ebook. Ponadto urządzenia z podobnymi czujnikami, ze względu na swoją prostotę i łatwość konserwacji, przyciągnęły uwagę wojska.

Pojemnościowy ekran dotykowy

Jeśli w rezystancyjnych ekranach dotykowych komputer rejestruje zmianę przewodności następującą po naciśnięciu ekranu bezpośrednio pomiędzy warstwami czujnika, wówczas czujniki pojemnościowe rejestrują dotyk bezpośrednio.

Ciało ludzkie i skóra są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego i posiadają ładunek elektryczny. Zwykle zauważasz to, chodząc po wełnianym dywanie lub zdejmując ulubiony sweter, a następnie dotykając czegoś metalowego. Wszyscy znamy elektryczność statyczną, sami doświadczyliśmy jej skutków i widzieliśmy maleńkie iskry spadające z naszych palców w ciemności. Słabsza, niezauważalna wymiana elektronów pomiędzy ciałem człowieka a różnymi powierzchniami przewodzącymi zachodzi stale i to właśnie rejestrują ekrany pojemnościowe.

Pierwsze tego typu ekrany dotykowe nazywano powierzchniowymi pojemnościowymi i stanowiły logiczne rozwinięcie czujników rezystancyjnych. W nich tylko jedna warstwa przewodząca, podobna do tej stosowanej wcześniej, została zainstalowana bezpośrednio na górze ekranu. Przymocowano do niego także czułe elektrody, tym razem w rogach panel dotykowy. Czujniki monitorujące napięcie na elektrodach i ich stan oprogramowanie stały się zauważalnie bardziej czułe i mogły teraz wykrywać najmniejsze zmiany w przepływie prądu elektrycznego przez ekran. Kiedy palec (inny przewodzący przedmiot, np. rysik) dotknie powierzchni z powierzchniowym pojemnościowym ekranem dotykowym, warstwa przewodząca natychmiast zaczyna z nim wymieniać elektrony, a mikrokontroler to zauważa.

Pojawienie się powierzchniowych, pojemnościowych ekranów dotykowych było przełomem, jednak ze względu na to, że warstwa przewodząca nałożona bezpośrednio na szkło łatwo ulegała uszkodzeniu, nie nadawały się one do urządzeń nowej generacji.

Do stworzenia pierwszego iPhone'a potrzebne były projektowane czujniki pojemnościowe. Ten typ ekranu dotykowego szybko stał się najpopularniejszym we współczesnym świecie elektroniki użytkowej: smartfony, tablety, laptopy, monobloki i inne urządzenia gospodarstwa domowego.

Wierzchnia warstwa tego typu ekranów dotykowych pełni funkcję ochronną i może być wykonana ze szkła hartowanego, takiego jak słynne Gorilla Glass. Poniżej znajdują się najcieńsze elektrody tworzące siatkę. Początkowo układano je jedna na drugiej w dwóch warstwach, następnie w celu zmniejszenia grubości ekranu zaczęto je układać na tym samym poziomie.

Te przewodzące włosy, wykonane z materiałów półprzewodnikowych, w tym wspomnianego tlenku indu i cyny, wytwarzają pole elektrostatyczne w miejscu ich przecięcia.

Kiedy palec dotyka szkła, ze względu na właściwości przewodzące prądu elektrycznego skóry, zniekształca on lokalne pole elektryczne w punktach najbliższego przecięcia elektrod. Zniekształcenie to można zmierzyć jako zmianę pojemności w pojedynczym punkcie siatki.

Ponieważ układ elektrod jest dość mały i gęsty, taki system jest w stanie bardzo dokładnie śledzić dotyk i z łatwością wychwycić wiele dotknięć jednocześnie. Ponadto brak dodatkowych warstw i międzywarstw w warstwie matrycy, czujnika i szkło ochronne pozytywnie wpływa na jakość obrazu. To prawda, z tego samego powodu rozbite ekrany z reguły są całkowicie wymieniane. Po złożeniu wyświetlany pojemnościowy ekran dotykowy jest niezwykle trudny do naprawy.

Teraz zalety projektowanych pojemnościowych ekranów dotykowych nie brzmią jak coś niesamowitego, ale w tej chwili Prezentacje iPhone'a zapewniły technologii ogromny sukces, pomimo obiektywnych wad - wrażliwości na brud i wilgoć.

Ekrany dotykowe wrażliwe na nacisk – 3D Touch

Ideologiczny poprzednik ekranów dotykowych czułych na nacisk był zastrzeżony Technologia Apple, zatytułowany Wymuś dotyk, stosuje się w inteligentny zegarek Company, MacBook, MackBook Pro i Magic Trackpad 2.

Po przetestowaniu rozwiązań interfejsowych i różnych scenariuszy wykorzystania rozpoznawania ciśnienia na tych urządzeniach, Zaczęło się Apple wdrożenie podobnego rozwiązania w swoich smartfonach. W iPhone'ach 6s i 6s Plus rozpoznawanie i pomiar nacisku stało się jedną z funkcji ekranu dotykowego i otrzymało komercyjną nazwę 3D Touch.

Chociaż Apple nie ukrywał tego Nowa technologia modyfikuje tylko czujniki pojemnościowe, do których jesteśmy przyzwyczajeni, a nawet pokazaliśmy schemat Ogólny zarys który wyjaśnił zasadę jego działania, szczegóły dotyczące konstrukcji ekranów dotykowych z 3D Touch pojawiły się dopiero później pierwsze iPhone'y nowa generacja została zdemontowana przez entuzjastów.

Aby nauczyć pojemnościowy ekran dotykowy rozpoznawać kliknięcia i rozróżniać kilka stopni nacisku, inżynierowie z Cupertino musieli przebudować kanapkę z ekranem dotykowym. Dokonali zmian w poszczególnych jego częściach i dodali kolejną, nową warstwę do pojemnościowej. I co ciekawe, robiąc to wyraźnie inspirowali się przestarzałymi ekranami rezystancyjnymi.

Internet czujniki pojemnościowe pozostał niezmieniony, ale został przesunięty z powrotem, bliżej matrycy. Pomiędzy zestawem styków elektrycznych monitorujących miejsce dotknięcia wyświetlacza a szkłem ochronnym zintegrowano dodatkowy układ 96 pojedynczych czujników.

Jego zadaniem nie było określenie położenia palca ekran iPhone'a. Pojemnościowy ekran dotykowy nadal radził sobie z tym doskonale. Płytki te są niezbędne do wykrywania i pomiaru stopnia zgięcia szkła bezpiecznego. Firma Apple specjalnie dla iPhone'a zleciłem opracowanie i produkcję takiego od Gorilla Glass pokrycie ochronne, który zachowałby tę samą wytrzymałość, a jednocześnie byłby na tyle elastyczny, aby ekran reagował na nacisk.

Rozwój ten mógłby oznaczać koniec materiału o ekranach dotykowych, gdyby nie inna technologia, która kilka lat temu przewidywała wielką przyszłość.

Falowe ekrany dotykowe

Co zaskakujące, nie zużywają prądu i nie mają nawet nic wspólnego ze światłem. Technologia systemu Surface Acoustic Wave wykorzystuje powierzchniowe fale akustyczne rozchodzące się po powierzchni ekranu w celu wykrycia punktu dotyku. Ultradźwięki generowane przez elementy piezoelektryczne w rogach są zbyt wysokie, aby mogły zostać wykryte przez ludzki słuch. Rozprzestrzenia się tam i z powrotem, wielokrotnie odbijając się od krawędzi ekranu. Dźwięk jest analizowany pod kątem anomalii spowodowanych przez obiekty dotykające ekranu.

Ekrany dotykowe Wave mają kilka wad. Zaczynają popełniać błędy, gdy szkło jest mocno zabrudzone i w nieodpowiednich warunkach głośny hałas, ale jednocześnie w ekranach z takim sensorem nie ma dodatkowych warstw zwiększających grubość i wpływających na jakość obrazu. Wszystkie elementy czujnika są ukryte pod ramą wyświetlacza. Dodatkowo czujniki fal pozwalają dokładnie obliczyć powierzchnię styku ekranu z palcem lub innym przedmiotem i na podstawie tej powierzchni pośrednio obliczyć siłę docisku ekranu.

Z tą technologią raczej nie spotkamy się w smartfonach ze względu na panującą modę na wyświetlacze bezramkowe, ale już kilka lat temu Firma Samsunga eksperymentowałem z systemem Surface Acoustic Wave w monoblokach i jako komponenty do jednoręki bandyta i terminali reklamowych, w dalszym ciągu w sprzedaży znajdują się panele z akustycznymi ekranami dotykowymi

Zamiast wniosków

W bardzo krótkim czasie ekrany dotykowe podbiły świat elektroniki. Pomimo braku informacji dotykowej i innych niedociągnięć, ekrany dotykowe stały się bardzo intuicyjną, zrozumiałą i wygodną metodą wprowadzania informacji do komputerów. Wreszcie, sukces zawdzięczają swojej różnorodności wdrożenia techniczne. Każdy ma swoje zalety i wady, odpowiednie dla swojej klasy urządzeń. Ekrany rezystancyjne do najtańszych i najbardziej rozpowszechnionych gadżetów, ekrany pojemnościowe do smartfonów i tabletów oraz komputerów stacjonarnych, z którymi mamy do czynienia na co dzień, a także ekrany dotykowe na podczerwień w przypadkach, gdy konstrukcja ekranu powinna pozostać nienaruszona. Podsumowując, pozostaje tylko stwierdzić, że ekrany dotykowe są z nami już od dawna i w najbliższej przyszłości nie należy spodziewać się ich wymiany.

Z pewnością każdy z Was korzysta z komputerów i urządzenia mobilne, a w ogóle tylko nieliczni są w stanie powiedzieć, jak działają ich procesory, system operacyjny i inne komponenty.

W epoce gadżety mobilne Każdy ma ekran dotykowy (zwany także inteligentnym ekranem), a prawie nikt nie wie, czym jest ten ekran dotykowy, jak działa i jakie istnieją jego rodzaje.

Co to jest

Ekran dotykowy(ekran) jest urządzeniem wizualizacyjnym informacje cyfrowe z możliwością wywierania wpływu zarządczego poprzez dotknięcie powierzchni wyświetlacza.

Oparte na różne technologie, różne wyświetlacze reagować tylko na określone czynniki.

Niektórzy czytają tę zmianę pojemność lub rezystancja w obszarze kontaktu, inne na zmiany temperatury, niektóre czujniki reaguj tylko na specjalny długopis aby uniknąć przypadkowych kliknięć.

Przyjrzymy się zasadzie działania wszystkich popularnych typów wyświetlaczy, ich obszarom zastosowania, mocnym i słabym stronom.

Wśród wszystkich istniejących zasad sterowanie urządzeniem za pomocą matrycy wrażliwej na wszelkie czynniki, Zwróćmy uwagę na następujące technologie:

• rezystancyjny (4-5 przewodów);
• matryca;
• pojemnościowy i jego warianty;
• powierzchnia akustyczna;
• optyczne i inne mniej powszechne i praktyczne.

W ogólny schemat praca wygląda następująco: użytkownik dotyka obszaru ekranu, czujniki przekazują do sterownika dane o zmianach dowolnej zmiennej (rezystancji, pojemności), który oblicza dokładne współrzędne punkty kontaktowe i wysyła je.

Ten ostatni, w zależności od programu, odpowiednio reaguje na naciśnięcie.

Rezystancyjny

Najprostszy ekran dotykowy jest rezystancyjny. Reaguje na zmiany oporu w obszarze kontaktu ciała obcego z ekranem.

Jest to najbardziej prymitywna i rozpowszechniona technologia. Urządzenie składa się z dwóch głównych elementów:

• przewodzące przezroczyste podłoże (panel) wykonane z poliestru lub innego polimeru o grubości kilkudziesięciu cząsteczek;
• światłoprzewodząca membrana wykonana z materiału polimerowego (zwykle stosuje się cienką warstwę tworzywa sztucznego).

Obie warstwy pokryte są materiałem rezystancyjnym. Pomiędzy nimi znajdują się mikroizolatory w formie kulek.

Na tym etapie elastyczna membrana odkształca się (wygina), styka się z warstwą podłoża i zamyka ją.

Sterownik reaguje na zwarcie za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego. Oblicza różnicę między pierwotną i obecną rezystancją (lub przewodnością) oraz współrzędne punktu lub obszaru, w którym to występuje.

Praktyka szybko ujawniła wady takich urządzeń, a inżynierowie zaczęli szukać rozwiązań, które wkrótce znaleziono, dodając piąty przewód.

Czteroprzewodowy

Górna elektroda jest zasilana napięciem 5 V, a dolna jest uziemiona.

Lewy i prawy są połączone bezpośrednio, są wskaźnikiem zmian napięcia wzdłuż osi Y.

Następnie zwiera się górę i dół, a po lewej i prawej stronie podaje się napięcie 5 V w celu odczytania współrzędnej X.

Pięcioprzewodowy

Niezawodność wynika z zastąpienia rezystancyjnej powłoki membrany powłoką przewodzącą.

Panel wykonany jest ze szkła i pokryty jest materiałem rezystancyjnym, a w jego rogach umieszczono elektrody.

Po pierwsze, wszystkie elektrody są uziemione, a membrana znajduje się pod napięciem, które jest przez to stale monitorowane Analogowy do cyfrowego konwertera.

Podczas dotyku sterownik (mikroprocesor) wykrywa zmianę parametru i przeprowadza obliczenia punktu/obszaru, w którym zmieniło się napięcie, według obwodu czteroprzewodowego.

Ważna zaleta– możliwość aplikacji na powierzchnie wypukłe i wklęsłe.

Na rynku dostępne są także ekrany 8-przewodowe. Ich dokładność jest wyższa od testowanych, ale nie wpływa to w żaden sposób na niezawodność, a cena jest zauważalnie inna.

Wniosek

Rozważane czujniki znajdują zastosowanie wszędzie ze względu na ich niski koszt i odporność na wpływ czynników środowiskowych, takich jak zanieczyszczenia i niskie temperatury (ale nie poniżej zera).

Dobrze reagują na dotyk niemal każdego przedmiotu, ale nie ostrego.

Powierzchnia ołówka lub zapałki zwykle nie wystarcza, aby wywołać reakcję kontrolera.

Wyświetlacze tego typu są instalowane i wykorzystywane w sektorze usług (biura, banki, sklepy), medycynie i edukacji.

Wszędzie tam, gdzie urządzenia są odizolowane od środowiska zewnętrznego i prawdopodobieństwo ich uszkodzenia jest minimalne.

Niską niezawodność (ekran łatwo ulega uszkodzeniu) częściowo rekompensuje folia ochronna.

Słabe działanie w niskich temperaturach, słaba transmisja światła (odpowiednio 0,75 i 0,85), zasoby (nie więcej niż 35 milionów kliknięć w przypadku terminala, który jest stale używany, bardzo niewiele) to słabe strony tej technologii.

Matryca

Bardziej uproszczona technologia rezystancyjna, która powstała jeszcze wcześniej.

Membrana pokryta jest rzędami przewody pionowe i podłoże – poziomy.

Po naciśnięciu obliczany jest obszar połączenia przewodów, a uzyskane dane przesyłane są do procesora.

Generuje już sygnał sterujący i urządzenie reaguje w określony sposób, np. wykonuje akcję przypisaną do przycisku).

Osobliwości:

• bardzo niska dokładność (liczba przewodów jest bardzo ograniczona);
• najbardziej niska cena wśród wszystkich;
• wdrożenie funkcji multi-touch dzięki odpytywaniu ekranu linia po linii.

Stosowane są wyłącznie w przestarzałej elektronice i prawie wyszły z użycia ze względu na obecność postępowych rozwiązań.

Pojemnościowy

Zasada opiera się na zdolnościach obiektów Duża pojemność stają się przewodnikami przemiennego prądu elektrycznego.

Ekran wykonany jest w formie szklanego panelu cienką warstwą natryskiwanej substancji oporowej.

Elektrody w rogach wyświetlacza dostarczają niewielkie napięcie prąd przemienny do warstwy przewodzącej.

W momencie kontaktu następuje upływ prądu, jeżeli obiekt ma większą pojemność elektryczną niż ekran.

Prąd rejestrowany jest w rogach ekranu, a informacje z czujników przesyłane są do sterownika w celu przetworzenia. Na ich podstawie obliczana jest powierzchnia styku.

Pierwsze prototypy wykorzystywały napięcie stałe. Rozwiązanie upraszczało konstrukcję, ale często zawieszało się, gdy użytkownik nie miał kontaktu z podłożem.

Urządzenia te są bardzo niezawodne, ich żywotność jest ~60 razy większa od rezystancyjnych (około 200 milionów kliknięć), są odporne na wilgoć i wytrzymują zanieczyszczenia, które nie przewodzą prądu elektrycznego.

Przezroczystość kształtuje się na poziomie 0,9, czyli jest nieco wyższa od rezystancyjnej, i pracuje w temperaturach do -15 0 C.

Wady:

• nie reaguje na rękawicę i większość ciał obcych;
• powłoka przewodząca znajduje się w wierzchniej warstwie i jest bardzo podatna na uszkodzenia mechaniczne.

Są używane w tych samych bankomatach i terminalach w zamkniętym pomieszczeniu.

Przewidywana pojemność

Na wewnętrzną powierzchnię nakładana jest siatka elektrod, tworząc pojemność (kondensator) z ciałem ludzkim. Elektronika (mikrokontroler i czujniki) oblicza współrzędne i wysyła obliczenia do centralnego procesora.

Posiadają wszystkie cechy pojemnościowych.

Dodatkowo można je wyposażyć w grubą folię aż do 1,8 cm, co zwiększa ochronę przed wpływy mechaniczne.

Zanieczyszczenia przewodzące, tam gdzie są trudne lub niemożliwe do usunięcia, można łatwo usunąć metodą programową.

Najczęściej instalowane są w osobistych urządzeniach elektronicznych, bankomatach i różne wyposażenie, instalowane praktycznie na świeżym powietrzu (pod zadaszeniem). Apple preferuje także ekrany pojemnościowe z projekcją.

Powierzchniowa fala akustyczna

Wykonany jest w formie szklanego panelu wyposażonego w przetworniki piezoelektryczne PET umieszczone w przeciwległych narożnikach i odbiornikach.

Jest ich również para i znajdują się w przeciwległych rogach.

Generator wysyła sygnał elektryczny HF na sondzie zamienia serię impulsów w środki powierzchniowo czynne, które rozprowadzają reflektory.

Odbite fale są wychwytywane przez czujniki i wysyłane do sondy, która przekształca je z powrotem w energię elektryczną.

Sygnał przesyłany jest do sterownika, który go analizuje.

Podczas dotyku zmieniają się parametry fali, w szczególności część jej energii jest pochłaniana pewne miejsce. Na podstawie tych informacji obliczany jest obszar kontaktu i jego siła.

Bardzo wysoka przezroczystość (powyżej 95%) wynika z braku powierzchni przewodzących/rezystancyjnych.

Czasami, aby wyeliminować odblaski, stosuje się reflektory świetlne wraz z odbiornikami montowany bezpośrednio na ekranie.

Złożoność konstrukcji w żaden sposób nie wpływa na działanie urządzenia z takim ekranem, a liczba dotknięć w jednym punkcie wynosi 50 milionów razy, co nieznacznie przekracza żywotność technologii rezystancyjnej (w sumie 65 milionów razy).

Produkowane są z cienkiej folii o grubości około 3 mm i grubej folii o grubości 6 mm. Dzięki temu zabezpieczeniu wyświetlacz wytrzyma lekkie uderzenie pięścią.

Słabe strony:

• słaba wydajność w warunkach wibracji i wstrząsów (w transporcie, podczas chodzenia);
• brak odporności na zabrudzenia – wszelkie ciała obce wpływają na funkcjonowanie wyświetlacza;
• zakłócenia w obecności hałasu akustycznego o określonej konfiguracji;
• dokładność jest nieco niższa niż pojemnościowych, dlatego nie nadają się do rysowania.