Сенсорный экран

• Сенсорный экран.

•    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сенсорный экран - устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Пользуются большим популярностью на сегодняшний день

• История.

В 1971 году Сэмюэлем Херстом был  разработан элограф - графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу. 1974 году он же сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 - разработал пятипроводной экран.

Элограф. (http://www.alex-syritza.com/2013/01/lcd-e-ink-1.html)

 

В 1983 году вышел компьютер HP-150 с сенсорным экраном на ИК-сетке. Первый коммерческий компьютер с тачскрином.

• Типы.

Резистивные сенсорные экраны.

Свою очередь делиться на Четырёхпроводной и Пятипроводной экраны.

Четырёхпроводной экран.

 Основу устройства составляет стеклянная панель и гибкая сенсорная мембрана сверху, изготовленная из пластика.

Резистивное покрытие нанесено и на панель и на мембрану. Пространство между мембраной и панелью  заполнено изолирующим наполнителем, который равномерно распределён  по экрану и надёжно изолирует пластину от мембраны. Во время нажатия на мембрану       

замыкаются резистивные покрытия и специальный контроллер регистрирует изменение сопротивления между  электродами, преобразуя это изменение  в координаты.

Алгоритм работы контроллера можно представить следующим образом: когда нажимают на мембрану экрана, она замыкается с панелью, и контроллер последовательно в два приёма определяет две координаты на плоскости экрана, соответственно X и Y. 1.Сначала постоянное напряжение, обычно 5 вольт, подаётся на боковые электроды мембраны. Электроды подложки в это время закорачиваются и на них измеряется полученное напряжение.

 

 

НР-150 (http://www.ht.ua/pub/81884.html)

Это напряжение с помощью аналого-цифрового  преобразователя преобразуется  в координату X. 2.После чего такое же напряжение подаётся уже на электроды подложки. Соответственно в этот момент электроды мембраны замыкаются, и уже с них напряжение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь). На выходе АЦП теперь уже получаем координату Y. Это и есть обобщённая и упрощённая схема определения координат. Таким образом после нажатия на резистивный экран система получает информацию о том,                                                 Резистивные сенсорные экраны  

 что нажатие произошло, и получает координаты активируемой точки экрана. Соответственно, координаты сравниваются с элементами текущего интерфейса - ввод информации произошёл. Такая конструкция резистивного сенсорного экрана выдерживает несколько миллионов нажатий. Пожалуй, для мегаполиса это не очень много.

Пятипроводной экран

Это разновидность резистивного сенсорного экрана обладает некоторым преимуществом. По сранению с четырёхпроводным на мембране резистивное покрытие заменено проводящим.

Это позволяет сохранить работоспособность резистивного экрана даже при порезах на мембране. Резистивное покрытие нанесено на стекле, а четыре электрода размещены по углам. Во время нажатия на мембрану микропроцессор отслеживает изменение в напряжении на мембране, определяя по нему координаты точки нажатия.

1-стекло, 2-резистивное покрытие, 3-изолирующий наполнитель, 4-мембрана

В этом случае электроды уже размещены по углам. На мембрану подаётся напряжение 5 вольт через резистор. Четыре угловых электрода в исходном состоянии заземлены.         

  Алгоритм работы следующий: если мембрана не прожата, на ней имеем напряжение в 5 вольт. Как только происходит нажатие, мембрана замыкается на резистивный слой подложки. Напряжение на ней, естественно, падает. Контроллер фиксирует изменение напряжения на мембране, и сообразив, что произошло нажатие, начинает вычислять координаты в два приёма.1. На правые электроды подаётся одинаковое напряжение +5вольт. На левые два -5 вольт. А с мембраны в этот момент полученное напряжение подаётся на АЦП. На выходе АЦП получаем координату X. 2. На втором этапе на верхние электроды подаётся одинаковое напряжение +5 вольт, а на нижние -5 вольт. Опять с мембраны полученное напряжение подаётся на АЦП. И с выхода АЦП снимаем координату Y экрана.

Пользуясь полученными координатами, система, как и в первом случае определяет, на какой элемент интерфейса решил повоздействовать пользователь. Если этот элемент окажется активной кнопочкой, то произойдёт ввод информации.

 Разницы между Четырёхпроводной и Пятипроводной экраном.

В силу того, что на мембране заменён  резистивный слой на проводящий, мембрана выступает исключительно в роли простого электрода. По этой причине  мембрана становится не столь чувствительной к повреждениям и износу. Как следствие, резко возрастает надёжность такого резистивного экрана и количество возможных нажатий в одну точку. Тыкать в экран в одном месте теперь уже можно до 30 миллионов раз.

Недостатки:

1. Низкое светопропускание. Мембрана  задерживает значимую часть светового  потока. Пропускная способность состовляет около 80%. Четырехпроводные модели задерживают поток сильнее за счёт резистивного покрытия. ( В ряде случаев это не существенно. Например, на терминале оплаты в первую очередь важно, чтобы пользователь рассмотрел виртуальные кнопки интерфейса. А насколько красиво и ярко они будут смотреться на резистивном экране - это уже второстепенный момент. Меня, например, гораздо больше раздражают лошадиные комиссионные проценты. Особенно, если заявлены были 3% , а срубили все 20%.)

2. Неустойчивость к вандализму. Плёнка мембраны может быть разрезана острыми предметами.

3. Относительно невысокая долговечность.  Число нажатий ограничено лимитом  порядка 30 млн. в одно место.

Все эти недостатки компенсируются невысокой стоимость экрана, обеспечивая  широкое внедрение сенсорных экранов указанного типа.

• Матричные сенсорные экраны.

Сенсорный экран представляет собой  плёночную, прозрачную конструкцию, размещаемую  на поверхности дисплея, в описываемом  случае LCD панели. На поверхности экрана расположены болшое количество виртуальных кнопок заменяющих механические ключи. Такое решение имеет ряд преимуществ над применением механических ключей.

Первое, очевидно. Это естественное желание оператора прикосновением к изображению на дисплее осуществить  выбор соответствующей отображаемой функции.

Второе, универсализм. Разработчик, практически  может пользоваться любым большим  числом иконок- слов в качестве кнопок. При этом отпадает необходимость  использования сложных клавиатур  с большим числом механических кнопок. Такое решение позволяет дизайнеру простым изменением программ изменять вид и назначение отображаемых кнопок, что конечно –же дешевле применения множества механических кнопок и усложнения схем.

В третьих, заведомо дешевле размещение интерфейсов человек- машина на подобных простых программируемых устройствах.

 

                                                                               Матричный сенсорный экран(http://kazus.ru/articles/190.html)

 

LCD сенсорный экран может быть  представлен, как поле прозрачных  кнопочных ключей, расположенных на поверхности графического дисплея. Конструкция сенсорных ключей представляет собой пластиковую поверхность с нанесёнными на неё прозрачными метеллическими контактами. Слой гибких распорок расположен между металлическими контактами на поверхности пластика. Завершает этот сандвич гибкий майларовый слой с прозрачными вторыми контактами сенсоров. Контакты одного слоя соединены вместе столбцами, другого слоя – строками. Строки и столбцы выведены на контакты внешнего разъёма.

Недостатки:

Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать  с учётом клеток матричного экрана.

• Ёмкостные сенсорные экраны.

Принцип работы емкостного сенсорного экрана основан на том факте, что  предмет, обладающий определённой ёмкостью, способен проводить переменный электрический ток. При этом стоит заметить, что используемый ток невелик, и не представляет какой либо угрозы для жизни человека. Вообще, такой малый ток человек ощутить не сможет.

В общем случае, емкостной сенсорный  экран представляет собой панель из стекла, которая покрыта прозрачным резистивным материалом. По углам емкостного сенсорного экрана расположены электроды, на которые и подаётся небольшое переменное напряжение. Оно обычно одинаково для всех четырёх точек.

 

 

 

При касании пальцем такого сенсорного экрана (либо нужно касание другого  обязательно электропроводящего предмета) возникает утечка переменного тока через тело человека на землю. Естественно, чем ближе касание к электроду, тем больше возникает ток через  цепь этого электрода емкостного сенсорного экрана. На этом и основано определение координат точки касания. Датчики определяют ток по всем четырём электродам емкостного сенсорного экрана, и на основе этих показаний контроллер вычисляет координаты точки касания.

 

 

Емкостной сенсорный экран

Недостатки:

Не проводящий ток предмет не может быть использован для воздействия  на этот тип сенсорных экранов. Даже рука в перчатке не может использоваться для ввода данных на емкостном  сенсорном экране. Проводящее покрытие прочное, но и оно при определённых условиях уязвимо. Кроме того, этот тип экрана может пострадать от вандализма. Учитывая такое обстоятельство, экраны подобного типа могут располагаться в защищённых местах общественного пользования.

• Проекционно-ёмкостные экраны.

 Проекционно емкостный сенсорный экран конструктивно состоит, как и емкостный экран, из стеклянной основы. С обратной стороны стекла нанесена сетка из электродов. Принцип работы такого экрана основан на том эффекте, который происходит между рукой человека и электродом из той самой сетки. Между ними образуется ёмкость, другими словами образуется конденсатор. Ёмкость этого конденсатора тем больше, чем ближе расположена рука к электроду из сетки.

Электронная начинка  проекционно емкостного экрана измеряет полученную емкость: подаётся импульс тока через образованный конденсатор и по замеренному напряжению вычисляется емкость экрана в конкретной точке. Далее определяется электрод на всей поверхности проекционно емкостного экрана, на котором зафиксирована наибольшая ёмкость. Это, собственно говоря, и будет искомая точка касания такого емкостного сенсорного экрана.

Недостатки:

Необходимость использования сложной  электроники. Соответственно, это отражается на стоимости устройства и повышает сложность его настройки. Всё это отражается на стоимости конечного продукта. Не мудрено, что телефоны с емкостным экраном, как и планшеты с таким же экраном гораздо дороже своих резистивных собратьев. Цена - существенное отличие емкостного экрана от резистивного.

• Оптические экраны.

Оптический экран –  недалекое прошлое сенсорного мира. На сегодняшний день такие экраны практически не используются, однако именно они в свое время были наиболее функциональной моделью.

Оптический экран представляет собой стеклянную панель с инфракрасной подсветкой. На границе стекла и воздуха получается полное внутреннее давление, а на границе стекла и постороннего предмета свет рассеивается. Остается только заснять картину рассеяния, для чего используются две технологии:

• В проекционный экран ставится камера рядом с проектором.
• Дополнительный четвертый субпиксель ЖК-экрана делают светочувствительным.

Оптический экран позволяет  отличить нажатие рукой от нажатия  посторонними предметами. Такой экран  реагирует даже на руку в перчатке. На него можно воздействовать проводящим или непроводящим предметом. Оптический сенсорный экран поддерживает мультитач. Благодаря этому, возможно одновременно отслеживать несколько разных точек нажатия. Пользователь, сближая пальцы рук, может уменьшить картинку, и наоборот, раздвигая пальцы, увеличивать изображение.

Сенсорную поверхность можно сделать  довольно большого размера, вплоть до школьной доски.

Оптический сенсорный экран  имеет самую высокую предельную прозрачность, которая составляет 100%. Экран характеризуется средней точностью до нескольких пикселей, но ее вполне достаточно для нажатия пальцем. Поддерживается изменение силы нажатия.

Долговечность оптического экрана зависит от надежности электроники. Такой экран защищен от воздействия  посторонних жидкостей и грязи, он устойчив к вандализму. Тем не менее, оптический сенсорный экран рекомендуется использовать в помещении.

Основные характеристики оптического  экрана:

• Самая высокая прозрачность;
• Универсальность нажатия (пальцем, рукой в перчатке, другим предметом);
• Возможно изменение силы нажатия;
• Поддерживает мультитач;
• Вандалоустойчив;
• Защита от жидкости и грязи;
• Возможность выполнения в больших размерах;
• Рекомендован для эксплуатации в помещении.

Если проводить подробный анализ различных типов сенсорных экранов, в итоге будет очевидно, что оптические экраны, наравне с проекционно-емкостными, являются самыми оптимальными.

• Тензометрические сенсорные экраны.