Projekt fungovania dotykovej obrazovky. Aký druh dotykových displejov majú moderné smartfóny? Vlnové dotykové obrazovky

Obrazovky moderných zariadení môžu nielen zobrazovať obraz, ale umožňujú vám tiež komunikovať so zariadením pomocou senzorov.

Spočiatku sa dotykové obrazovky používali v niektorých vreckových počítačoch, dnes sa však dotykové obrazovky často používajú v mobilných zariadeniach, prehrávačoch, fotografických a videokamerách, informačných kioskoch atď. Každé z uvedených zariadení môže súčasne používať jeden alebo iný typ dotykovej obrazovky. V súčasnosti bolo vyvinutých niekoľko typov dotykových panelov, a podľa toho má každý z nich svoje vlastné výhody a nevýhody. V tomto článku sa len pozrieme na to, aké typy dotykových obrazoviek sú, ich výhody a nevýhody, ktorý typ dotykovej obrazovky je lepší.

Existujú štyri hlavné typy dotykových obrazoviek: odporové, kapacitné, so stanovením povrchových akustických vĺn a infračerveného žiarenia ... V mobilných zariadeniach sú najrozšírenejšie iba dve: odporové a kapacitné ... Ich hlavným rozdielom je skutočnosť, že odporové obrazovky rozpoznávajú stlačenie a kapacitné - dotyk.

Odporové dotykové obrazovky

Táto technológia je medzi mobilnými zariadeniami najrozšírenejšia kvôli jednoduchosti technológie a nízkym výrobným nákladom. Odporovou obrazovkou je LCD displej, na ktorom sú umiestnené dve priehľadné dosky, oddelené dielektrickou vrstvou. Horná doska je pružná, pretože užívateľ na ňu tlačí, zatiaľ čo spodná je pevne pripevnená k obrazovke. Vodiče sa nanášajú na povrchy obrátené k sebe.

Odporová dotyková obrazovka

Mikrokontrolér dodáva sériovo napätie na elektródy hornej a spodnej dosky. Po stlačení obrazovky sa ohybná horná vrstva ohne a jej vnútorný vodivý povrch sa dotkne spodnej vodivej vrstvy, čím sa zmení odpor celého systému. Zmena odporu je zaznamenávaná mikrokontrolérom a tým sú určené súradnice dotykového bodu.

Medzi výhody odporových obrazoviek patrí jednoduchosť a nízka cena, dobrá citlivosť, ako aj možnosť stlačiť obrazovku prstom alebo akýmkoľvek predmetom. Z mínusov je potrebné poznamenať slabú priepustnosť svetla (v dôsledku toho musíte použiť jasnejšie podsvietenie), slabú podporu pre viac kliknutí (multi-touch), nedokážu určiť prítlačnú silu, ako aj pomerne rýchle mechanické opotrebenie, aj keď v porovnaní so životnosťou telefónu táto nevýhoda nie je také dôležité, pretože telefón zvyčajne zlyhá rýchlejšie ako dotyková obrazovka.

Aplikácia: mobilné telefóny, PDA, smartphony, komunikátory, POS terminály, TabletPC, lekárske vybavenie.

Kapacitné dotykové obrazovky

Kapacitné dotykové obrazovky sú rozdelené do dvoch typov: povrchovo kapacitné a projekčne kapacitné . Povrchové kapacitné dotykové obrazovky sú sklo, na ktorého povrchu sa nanáša tenký priehľadný vodivý povlak, na ktorého vrchu sa nanáša ochranný povlak. Pozdĺž okrajov skla sú potlačené elektródy, ktoré napájajú vodivé povlaky striedavým napätím nízkeho napätia.

Povrchová kapacitná dotyková obrazovka

Keď sa dotknete obrazovky, v kontaktnom bode sa vygeneruje prúdový impulz, ktorého veľkosť je úmerná vzdialenosti od každého rohu obrazovky k dotykovému bodu, takže je pre ovládač celkom ľahké vypočítať súradnice dotykového bodu porovnaním týchto prúdov. Medzi výhody povrchovo kapacitných obrazoviek možno spomenúť: dobrý prenos svetla, krátku dobu odozvy a veľký dotykový zdroj. Medzi nevýhody: elektródy umiestnené po stranách sú slabo vhodné pre mobilné zariadenia, náročné na vonkajšiu teplotu, nepodporujú viacdotykové snímanie, môžete sa dotýkať prstami alebo špeciálnym stylusom, nedokážu určiť tlak.

Aplikácia: informačné kiosky v strážených priestoroch, v niektorých bankomatoch.

Projektované kapacitné dotykové obrazovky sú sklo s vodorovnými vodiacimi čiarami vodivého materiálu a zvislými určujúcimi čiarami vodivého materiálu, oddelenými dielektrickou vrstvou.

Projektovaná kapacitná dotyková obrazovka

Takáto obrazovka funguje nasledovne: na každú z elektród vo vodivom materiáli sa pomocou mikrokontroléra postupne privádza napätie a meria sa amplitúda výsledného prúdového impulzu. Keď sa prst priblíži k obrazovke, kapacita elektród pod prstom sa zmení, a teda ovládač určí miesto dotyku, to znamená, že súradnice dotyku pretínajú elektródy so zvýšenou kapacitou.

Navrhované kapacitné dotykové obrazovky majú výhodu rýchlej odozvy na dotyk, podpory viacerých dotykov, presnejšieho určovania polohy ako odporových obrazoviek a snímania tlaku. Preto sa tieto obrazovky častejšie používajú v zariadeniach, ako sú iPhone a iPad. Za zmienku tiež stojí vyššia spoľahlivosť týchto obrazoviek a vo výsledku dlhšia životnosť. Z nedostatkov možno poznamenať, že na takýchto obrazovkách sa môžete dotýkať iba prstami (kreslenie alebo písanie rukou prstami je veľmi nepohodlné) alebo špeciálnym stylusom.

Aplikácia: platobné terminály, bankomaty, elektronické kiosky na uliciach, touchpady notebookov, iPhony, iPady, komunikátory atď.

Dotykové obrazovky SAW (povrchové akustické vlny)

Zloženie a princíp činnosti tohto typu obrazoviek sú nasledovné: v rohoch obrazovky sú umiestnené piezoelektrické prvky, ktoré premieňajú elektrický signál, ktorý sa im dodáva, na ultrazvukové vlny a smerujú tieto vlny pozdĺž povrchu obrazovky. Reflektory sú rozmiestnené pozdĺž okrajov jednej strany obrazovky, ktoré distribuujú ultrazvukové vlny po celej obrazovke. Na protiľahlých okrajoch reflektorov obrazovky sa nachádzajú senzory, ktoré zameriavajú ultrazvukové vlny a prenášajú ich ďalej do meniča, ktorý zase prevádza ultrazvukové vlny späť na elektrický signál. Pre ovládač je teda obrazovka reprezentovaná ako digitálna matica, ktorej každá hodnota zodpovedá určitému bodu na povrchu obrazovky. Keď sa prst v ktoromkoľvek bode dotkne obrazovky, vlny sa pohltia a v dôsledku toho sa zmení celkový obraz šírenia ultrazvukových vĺn a v dôsledku toho bude snímač produkovať slabší elektrický signál, ktorý sa porovná s digitálnou maticou obrazovky uloženou v pamäti, a teda sa vypočítajú súradnice dotyku obrazovky.

Dotykový displej SAW

Medzi výhody možno spomenúť vysokú priehľadnosť, pretože obrazovka neobsahuje vodivé povrchy, odolnosť (až 50 miliónov dotykov), ako aj dotykové obrazovky SAW umožňujú určiť nielen súradnice stlačenia, ale aj silu stlačenia.

Z nedostatkov možno poznamenať nižšiu presnosť určenia súradníc ako presnosť kapacitných, to znamená, že kreslenie na týchto obrazovkách nebude fungovať. Veľkou nevýhodou je nefunkčnosť pri vystavení akustickému hluku, vibráciám alebo pri znečistenej obrazovke, t.j. akékoľvek nečistoty na obrazovke blokujú jej činnosť. Tieto obrazovky tiež fungujú správne iba s objektmi, ktoré absorbujú akustické vlny.

Aplikácia: dotykové obrazovky povrchovo aktívnych látok hlavne v strážených informačných kioskoch, vzdelávacích inštitúciách, v hracích automatoch atď.

Infračervené dotykové obrazovky

Dizajn a prevádzka infračervených dotykových obrazoviek je dosť jednoduchá. Pozdĺž dvoch susedných strán dotykovej obrazovky sú umiestnené LED diódy, ktoré vyžarujú infračervené lúče. A na opačnej strane obrazovky sú fototranzistory, ktoré prijímajú infračervené lúče. Celá obrazovka je teda pokrytá neviditeľnou mriežkou pretínajúcich sa infračervených lúčov a ak sa dotknete obrazovky prstom, lúče sa prekrývajú a nenarážajú na fototranzistory, ktoré ovládač okamžite zaregistruje, a tým sa určia súradnice dotyku.

Infračervená dotyková obrazovka

Aplikácia: Infračervené dotykové obrazovky sa používajú hlavne v informačných kioskoch, automatoch, lekárskych prístrojoch atď.

Medzi výhody môžeme spomenúť vysokú priehľadnosť obrazovky, odolnosť, jednoduchosť a udržiavateľnosť obvodu. Medzi nevýhody: bojí sa nečistôt (preto sa používajú iba v interiéroch), nemôžu určiť prítlačnú silu, priemernú presnosť určenia súradníc.

P.S. Pozreli sme sa teda na hlavné typy najbežnejších technológií snímačov (aj keď existujú aj tie menej bežné, ako napríklad optické, tenzometrické, indukčné atď.). Zo všetkých týchto technológií sú najrozšírenejšie v mobilných zariadeniach odporové a kapacitné, pretože majú vysokú presnosť pri určovaní dotykového bodu. Z nich majú projekčné kapacitné dotykové obrazovky najlepší výkon.

Text bol pripravený na základe materiálov z otvorených zdrojov metodikmi spoločnosti Technology Karabin A.S., L.V. Gavrik, S.V. Usachev

20.07.2016 14.10.2016 do Whymuchka

História vytvorenia dotykovej obrazovky.

Dotykový displej, respektíve obrazovka s možnosťou zadávať informácie dotykom, dnes už nikoho neprekvapí. Takmer všetky moderné smartfóny, tablety, niektoré elektronické knihy a ďalšie moderné pomôcky sú vybavené podobnými zariadeniami. Aká je história tohto úžasného vstupného zariadenia?

Predpokladá sa, že rodičom prvého senzorového zariadenia na svete je americký profesor na univerzite v Kentucky Samuel Hirst. V roku 1970 čelil problému čítania informácií z veľkého množstva magnetofónových pások. Jeho myšlienka automatizácie tohto procesu bola impulzom pre vytvorenie prvej spoločnosti na svete s dotykovým displejom - Elotouch. Prvý vývoj Hirsta a jeho spolupracovníkov sa volal Elograph. Bola vydaná v roku 1971 a na určenie súradníc dotykového bodu bola použitá štvorvodičová odporová metóda.

Prvým počítačovým zariadením s dotykovým displejom bol systém PLATO IV, ktorý sa zrodil v roku 1972 vďaka výskumu uskutočnenému v rámci počítačového školenia v Spojených štátoch. Mal dotykový panel, ktorý sa skladal z 256 blokov (16x16) a pracoval s mriežkou infračervených lúčov.

V roku 1974 dal Samuel Hirst opäť pocítiť. Spoločnosť, ktorú založil, Elographics, uviedla na trh priehľadný dotykový panel a o tri roky neskôr, v roku 1977, vyvinuli päťžilový odporový panel. O niekoľko rokov neskôr sa spoločnosť spojila s najväčším výrobcom elektroniky Siemens a v roku 1982 spoločne uviedli na trh prvý televízor na svete vybavený dotykovou obrazovkou.

V roku 1983 uviedol výrobca počítačového vybavenia Hewlett-Packard počítač HP-150 vybavený dotykovým displejom pracujúcim na princípe infračervenej mriežky.

Prvým mobilným telefónom so vstupným zariadením citlivým na dotyk bol model Alcatel One Touch COM uvedený na trh v roku 1998. Práve ona sa stala prototypom moderných smartfónov, hoci na dnešné pomery mala veľmi skromné \u200b\u200bschopnosti - malý monochromatický displej. Ďalším pokusom o dotykový smartphone je Ericsson R380. Mal tiež monochromatický displej a bol veľmi obmedzený svojimi schopnosťami.

Dotykový displej sa vo svojej modernej podobe objavil v roku 2002 v modeli Qtek 1010/02 XDA, ktorý vydal HTC. Bol to plnofarebný displej s primerane dobrým rozlíšením, podporujúci 4096 farieb. Použil odporovú technológiu dotykových súradníc. Apple posunul dotykové obrazovky na vyššiu úroveň. Práve vďaka jej iPhonu si zariadenia s dotykovými displejmi získali neuveriteľnú popularitu a ich vývoj Multitouch (detekcia dotyku dvoma prstami) výrazne zjednodušil zadávanie informácií.

Vznik dotykových obrazoviek však nebol len pohodlnou inováciou, ale priniesol aj určité nepríjemnosti. Elektronické prístroje vybavené snímačom sú citlivejšie na hrubé zaobchádzanie, a preto sa častejšie lámu. Aj obrazovky v Iphone sa rozbijú. Našťastie ich môže nahradiť aj nekvalifikovaný špecialista.

Ako funguje dotyková obrazovka.

Takáto kuriozita ako dotyková obrazovka - displej so schopnosťou zadávať informácie jednoduchým stlačením na jeho povrch pomocou špeciálneho stylusu alebo iba prstom - už dávno prestala prekvapovať používateľov moderných elektronických prístrojov. Pokúsme sa prísť na to, ako to funguje.

V skutočnosti existuje pomerne veľa druhov dotykových obrazoviek. Odlišujú sa od seba v princípoch, z ktorých vychádza ich práca. Trh s modernou high-tech elektronikou v súčasnosti využíva hlavne odporové a kapacitné snímače. Existujú však aj matice, projekčno-kapacitné, využívajúce povrchové akustické vlny, infračervené a optické. Zvláštnosťou prvých dvoch, najbežnejších, je to, že samotný snímač je oddelený od displeja, takže ak sa pokazí, môže ho ľahko vymeniť aj začínajúci elektrikár. Musíte si len kúpiť dotykovú obrazovku pre mobilný telefón alebo akékoľvek iné elektronické zariadenie.

Odporová dotyková obrazovka sa skladá z pružnej plastovej membrány, ktorú skutočne stlačíme prstom, a skleneného panelu. Na vnútorné povrchy dvoch panelov sa nanáša odporový materiál, ktorý je v podstate vodičom. Mikroizolátor je rovnomerne umiestnený medzi membránou a sklom. Keď stlačíme jednu z oblastí snímača, vodivé vrstvy membrány a skleneného panelu sa na tomto mieste uzavrú a dôjde k elektrickému kontaktu. Regulátor elektronického obvodu snímača prevádza signál z stlačenia na konkrétne súradnice na ploche displeja a prenáša ich do riadiaceho obvodu samotného elektronického zariadenia. Určenie súradníc, respektíve jeho algoritmu, je veľmi zložité a je založené na postupnom výpočte najskôr vertikálnych a potom horizontálnych súradníc kontaktu.

Odporové dotykové obrazovky sú celkom spoľahlivé, pretože fungujú normálne, aj keď je aktívny horný panel znečistený. Navyše sú vďaka svojej jednoduchosti lacnejšie na výrobu. Majú však aj nevýhody. Jedným z hlavných je nízka priepustnosť svetla snímačom. To znamená, že pretože je senzor nalepený na displeji, obraz nie je taký jasný a kontrastný.

Kapacitná dotyková obrazovka. Jeho práca je založená na skutočnosti, že akýkoľvek objekt s elektrickou kapacitou, v tomto prípade prst používateľa, vedie striedavý elektrický prúd. Samotný snímač je sklenený panel potiahnutý priehľadnou odporovou látkou, ktorá vytvára vodivú vrstvu. Na túto vrstvu sa privádza striedavý prúd pomocou elektród. Akonáhle sa prst alebo dotykové pero dotkne jednej z oblastí snímača, v danom bode vytečie prúd. Jeho sila závisí od toho, ako blízko je kontakt k okraju snímača. Špeciálny regulátor meria zvodový prúd a z jeho hodnoty počíta kontaktné súradnice.

Kapacitný snímač, podobne ako odporový, sa nebojí kontaminácie, okrem toho sa nebojí ani kvapaliny. Oproti predchádzajúcemu má však vyššiu priehľadnosť, vďaka ktorej je obraz na displeji jasnejší a jasnejší. Nevýhoda kapacitného snímača spočíva v jeho konštrukčných vlastnostiach. Faktom je, že aktívna časť snímača sa v skutočnosti nachádza na samotnom povrchu, a preto podlieha opotrebovaniu a poškodeniu.

Poďme si teraz povedať o princípoch fungovania senzorov, ktoré sú dnes menej populárne.

Maticové senzory pracujú na princípe odporového, ale líšia sa od prvého v najjednoduchšom prevedení. Na membránu sa nanášajú zvislé vodivé pásy, na sklo vodorovné pásy. Alebo naopak. Pri pôsobení tlaku na určitú oblasť sú dva vodivé pásy uzavreté a pre ovládač je celkom ľahké vypočítať súradnice kontaktu.

Nevýhodou tejto technológie je viditeľné voľným okom - veľmi nízka presnosť, a teda nemožnosť poskytnúť vysoké rozlíšenie snímača. Z tohto dôvodu sa niektoré prvky obrazu nemusia zhodovať s umiestnením vodičových pásikov, a preto kliknutie na túto oblasť môže spôsobiť nesprávne vykonanie požadovanej funkcie alebo nebude fungovať vôbec. Jedinou výhodou tohto typu senzorov je ich nízka cena, ktorá v skutočnosti vychádza z jednoduchosti. Matičné snímače navyše nie sú náhodné na použitie.

Projektované kapacitné dotykové obrazovky sú akoby akési kapacitné, fungujú však trochu inak. Na vnútornej strane obrazovky je umiestnená mriežka elektród. Keď sa prst dotkne príslušnej elektródy a ľudského tela, objaví sa elektrický systém - ekvivalent kondenzátora. Regulátor snímača vydáva mikroprúdový impulz a meria kapacitu vytvoreného kondenzátora. Výsledkom toho, že v okamihu dotyku je súčasne zapojených niekoľko elektród, stačí, aby ovládač vypočítal presné miesto dotyku (podľa najväčšej kapacity).

Hlavnými výhodami projektovaných kapacitných snímačov je veľká priehľadnosť celého displeja (až 90%), extrémne široký rozsah prevádzkových teplôt a životnosť. U tohto typu snímača môže byť podporné sklo hrubé až 18 mm, čo umožňuje výrobu displejov odolných proti otrasom. Snímač je navyše odolný voči nevodivej kontaminácii.

Senzory povrchových akustických vĺn - vlny šíriace sa na povrchu pevnej látky. Senzor je sklenený panel s piezoelektrickými meničmi v rohoch. Podstata takéhoto snímača je nasledovná. Piezoelektrické snímače generujú a prijímajú akustické vlny, ktoré sa šíria medzi snímačmi po povrchu displeja. Ak nedôjde k dotyku, elektrický signál sa prevedie na vlny a potom späť na elektrický signál. Ak dôjde k dotyku, časť energie akustickej vlny bude absorbovaná prstom, a preto sa nedostane na snímač. Regulátor bude analyzovať prijatý signál a pomocou algoritmu vypočítať kontaktný bod.

Výhodou takýchto senzorov je, že pomocou špeciálneho algoritmu môžete určiť nielen súradnice dotyku, ale aj silu stlačenia - ďalšiu informačnú súčasť. Konečné zobrazovacie zariadenie (displej) má navyše veľmi vysokú priehľadnosť, pretože v dráhe svetla nie sú žiadne priesvitné vodivé elektródy. Senzory však majú aj množstvo nevýhod. Po prvé ide o veľmi zložitú štruktúru a po druhé presnosť určovania súradníc veľmi brzdia vibrácie.

Infračervené dotykové obrazovky. Princíp ich fungovania je založený na použití mriežky infračervených lúčov (žiaričov a prijímačov svetla). Približne to isté ako v bankových trezoroch z hraných filmov o špiónoch a lupičoch. Pri dotyku na určitý bod snímača sa časť lúčov preruší a ovládač určí súradnice kontaktu pomocou údajov z optických prijímačov.

Hlavnou nevýhodou takýchto senzorov je veľmi kritický postoj k čistote povrchu. Akákoľvek kontaminácia môže viesť k jej úplnej nefunkčnosti. Aj keď sa kvôli jednoduchosti konštrukcie tento typ snímača používa na vojenské účely, ba dokonca aj v niektorých mobilných telefónoch.

Optické dotykové obrazovky sú logickým pokračovaním tých predchádzajúcich. Infračervené svetlo sa používa ako informačné svetlo. Ak na povrchu nie sú žiadne cudzie predmety, svetlo sa odráža a vstupuje do fotodetektora. Ak dôjde k dotyku, sú niektoré lúče absorbované a ovládač určí súradnice kontaktu.

Nevýhodou tejto technológie je zložitosť dizajnu z hľadiska potreby použitia ďalšej vrstvy displeja citlivého na svetlo. Medzi výhody patrí možnosť pomerne presného určenia materiálu, ktorým sa dotyk robil.

Tenzometre DST a dotykové obrazovky pracujú na princípe povrchovej deformácie. Ich presnosť je dosť nízka, ale dokonale odolávajú mechanickému namáhaniu, preto sa používajú v bankomatoch, automatoch na lístky a iných verejných elektronických zariadeniach.

Indukčné obrazovky sú založené na princípe generovania elektromagnetického poľa pod hornou časťou senzora. Keď sa dotknete špeciálneho pera, zmení sa charakteristika poľa a ovládač zase vypočíta presné súradnice kontaktu. Používajú sa v umeleckých tabletoch najvyššej triedy, pretože poskytujú vyššiu presnosť pri určovaní súradníc.

Ak nie ste technicky zdatní používatelia a čoskoro sa stretnete s otázkou výberu mobilného telefónu alebo smartfónu s dotykovou obrazovkou, pri čítaní špecifikácií mobilných zariadení sa určite stretnete s pojmami ako „kapacitná obrazovka“ alebo „odporová obrazovka“. A potom vám napadne úplne logická otázka - ktorá je lepšia: odporová alebo kapacitná? Poďme zistiť, ako sa líšia dotykové displeje, aké typy existujú a aké sú ich výhody a nevýhody.

ODOLNÉ OBRAZOVKY

V prístupnom jazyku, vyhýbajúc sa múdrym technickým výrazom a frázam, je odporová dotyková obrazovka flexibilná priehľadná membrána, na ktorú sa nanáša vodivý (inými slovami, odporový) povlak. Sklo pokryté tiež vodivou vrstvou je umiestnené pod membránou. Princíp činnosti odporovej obrazovky spočíva v tom, že keď stlačíte obrazovku prstom alebo dotykovým perom, sklo sa uzavrie s membránou v konkrétnom bode. Mikroprocesor zaznamenáva zmenu membránového napätia a počíta súradnice dotyku. Čím presnejší je lis, tým ľahšie môže procesor vypočítať presné súradnice. Preto je s odporovými obrazovkami oveľa jednoduchšie pracovať s dotykovým perom.

Hlavné výhody odporových obrazoviek sú v tom, že sa vyrábajú pomerne lacno, a tiež v tom, že tento typ displeja reaguje na stlačenie akýchkoľvek predmetov. To je pri prezentáciách veľmi užitočné, najmä preto, že ceny projektorov dnes každý deň klesajú.

Nevýhody odporových obrazoviek sú nasledujúce: nízka pevnosť; nízka životnosť (asi 35 miliónov kliknutí za bod); nemožnosť implementácie; veľké množstvo chýb pri spracovaní gest, ako je posúvanie, potiahnutie prstom.

Ktorá obrazovka je teda lepšia: odporová alebo kapacitná?

Ak ste si pozorne prečítali tento článok, môžete ľahko urobiť záver sami. Poviem iba, že tento spor je odsúdený na neúspech. Niektorí používatelia radi používajú dotykové pero a neprijímajú kapacitné displeje. Napriek tomu je pre väčšinu ľudí pohodlnejšie obsluhovať zariadenie vybavené kapacitnou obrazovkou - je to pohodlnejšie a funkcia multitouch veľa rieši. Nie je náhodou, že všetky moderné smartfóny a tablety so systémom Android majú kapacitné displeje.

Súvisiace články:

Existuje veľa situácií, keď potrebujete rýchlo a efektívne vyčistiť pamäť telefónu. Ale ako na to. Poďme sa pozrieť na postup čistenia ...

Včera používateľ Grigoriy poslal na mail žiadosť o načítanie pokynov na získanie koreňových práv pre smartphone LG Optimus L7. Google je vo všeobecnosti skvelý ...

Určite každý z vás používa počítače a mobilné zariadenia a len málokto vo všeobecnosti dokáže povedať, ako fungujú ich procesory, operačné systémy a ďalšie komponenty.

V ére mobilných pomôcok má každý dotykovú obrazovku (ktorá sa nazýva aj inteligentná) a takmer nikto nevie, čo je táto dotyková obrazovka, ako funguje a aké typy existujú.

Čo to je

Dotykový displej (obrazovka) Je zariadenie na vizualizáciu digitálnych informácií so schopnosťou vyvíjať manažérsky vplyv dotykom na plochu displeja.

Na základe rôznych technológií rôzne displeje reagujú iba na určité faktory.

Niektorí čítajú zmenu kapacita alebo odpor v oblasti kontaktu, ostatní na teplotné zmeny, niektoré senzory reagujte iba na špeciálne peroaby sa zabránilo náhodným kliknutiam.

Zvážime princíp fungovania všetkých bežných typov displejov, ich oblasti použitia, silné a slabé stránky.

Medzi všetkými existujúcimi princípmi riadenia zariadenia pomocou matice citlivej na akékoľvek faktory, venujme pozornosť nasledujúcim technológiám:

• odporové (4-5 drôtov);
• matrica;
• kapacitné a jeho varianty;
• povrchová akustika;
• optické a iné menej bežné a praktické.

Všeobecne je pracovná schéma nasledovná: užívateľ sa dotkne oblasti obrazovky, senzory prenášajú dáta do radiča o zmene akejkoľvek premennej (odpor, kapacita), ktorá vypočíta presné súradnice kontaktného bodu a odošle ich.

Posledná uvedená na základe programu primerane reaguje na lisovanie.

Odporové

Najjednoduchšia dotyková obrazovka je odporová. Reaguje na zmeny odporu v oblasti dotyku s cudzím predmetom a obrazovkou.

Toto je najprimitívnejšia a najrozšírenejšia technológia. Zariadenie sa skladá z dvoch hlavných prvkov:

• vodivý priehľadný substrát (panel) vyrobený z polyesteru alebo iného polyméru s hrúbkou niekoľkých desiatok molekúl;
• svetlovodná membrána vyrobená z polymérneho materiálu (zvyčajne sa používa tenká vrstva plastu).

Na obidvoch vrstvách sa nanáša odporový materiál. Medzi nimi sú umiestnené mikroizolátory vo forme guličiek.

V priebehu štádia sa elastická membrána deformuje (ohýba), prichádza do kontaktu so zadnou vrstvou a uzatvára ju.

Regulátor reaguje na skrat pomocou analógovo-digitálneho prevodníka. Vypočíta rozdiel medzi pôvodným a prúdovým odporom (alebo vodivosťou) a súradnicami bodu alebo oblasti, kde sa to robí.

Prax rýchlo odhalila nedostatky takýchto zariadení a inžinieri začali hľadať riešenia, ktoré sa čoskoro našli pridaním 5. drôtu.

Štvorvodičové

Horná elektróda je na 5V a spodná je uzemnená.

Ľavá a pravá strana sú priamo spojené, sú indikátorom zmien napätia pozdĺž osi Y.

Potom sú horná a spodná časť skratované a na čítanie súradnice X je aplikované 5 V vľavo a vpravo.

Päťvodičové

Spoľahlivosť je spôsobená nahradením odporového membránového povlaku vodivým.

Panel je vyrobený zo skla a zostáva pokrytý odporovým materiálom.a na jeho rohoch sú umiestnené elektródy.

Najskôr sú všetky elektródy uzemnené a membrána je napájaná, čo je neustále monitorované rovnakým analógovo-digitálnym prevodníkom.

Po dotyku regulátor (mikroprocesor) zaznamená zmenu parametra a podľa štvorvodičovej schémy vypočíta bod / oblasť, kde sa zmenilo napätie.

Dôležitou výhodou je schopnosť nanášania na konvexné a konkávne povrchy.

Na trhu sú tiež 8-drôtové obrazovky. Ich presnosť je vyššia ako tie, ktoré sa zvažujú, ale to nijako neovplyvňuje spoľahlivosť a cena sa výrazne líši.

Záver

Uvažované snímače sa používajú všade kvôli ich nízkym nákladom a odolnosti voči faktorom prostredia, ako sú znečistenie a nízke teploty (nie však pod nulou).

Reagujú dobre na dotyk s takmer akýmkoľvek predmetom, ale nie s ostrým.

Plocha ceruzky alebo zápalky zvyčajne nestačí na spustenie reakcie ovládača.

Takéto displeje sú inštalované na, používajú sa v sektore služieb (kancelárie, banky, obchody), medicíne a vzdelávaní.

Všade, kde sú zariadenia izolované od externého prostredia, je pravdepodobnosť poškodenia minimálna.

Nízka spoľahlivosť (obrazovka sa ľahko poškodí) je čiastočne kompenzovaná ochrannou fóliou.

Slabá funkcia v chladnom počasí, slabá priepustnosť svetla (0,75 respektíve 0,85), zdroje (viac ako 35 miliónov kliknutí na terminál, ktorý sa neustále používa, veľmi málo) sú slabinami technológie.

Matrix

Zjednodušenejšia odporová technológia, ktorá jej predchádza.

Membrána je pokrytá v radoch zvislé vodičea substrát je horizontálne.

Po stlačení sa počíta plocha, kde sú vodiče uzavreté a prijaté dáta sa prenášajú do procesora.

Už generuje riadiaci signál a zariadenie reaguje určitým spôsobom, napríklad vykoná akciu priradenú k tlačidlu).

Vlastnosti:

• veľmi nízka presnosť (počet vodičov je veľmi obmedzený);
• najnižšia cena zo všetkých;
• implementácia funkcie multitouch vďaka výzve obrazovky po riadkoch.

Používajú sa iba v zastaranej elektronike a sú takmer mimo prevádzky kvôli dostupnosti progresívnych riešení.

Kapacitný

Princíp je založený na schopnosti objektov veľkej kapacity stať sa vodičmi striedavého elektrického prúdu.

Obrazovka je vyrobená ako sklenený panel tenkou vrstvou nastriekanej odporovej látky.

Elektródy v rohoch displeja privádzajú na vodivú vrstvu malé striedavé napätie.

V okamihu kontaktu dôjde k úniku prúduak má objekt vyššiu elektrickú kapacitu ako obrazovka.

Prúd sa zaznamenáva v rohoch obrazovky a informácie zo senzorov sa odosielajú do ovládača na spracovanie. Na ich základe sa počíta kontaktná plocha.

Prvé prototypy používali jednosmerné napätie. Riešenie uľahčilo dizajn, vyskytli sa však časté poruchy, keď sa používateľ nedotkol zeme.

Tieto zariadenia sú veľmi spoľahlivé, ich zdroj prekračuje odporové ~ 60-krát (asi 200 miliónov kliknutí), sú odolné voči vlhkosti a dokonale tolerujú znečistenie, pri ktorom nedochádza k elektrickému prúdu.

Transparentnosť je na úrovni 0,9, čo je o niečo vyššia, rezistívna a pracuje pri teplotách do - 15 0 C.

Nevýhody:

• nereaguje na rukavicu a väčšinu cudzích predmetov;
• vodivý povlak je v hornej vrstve a je veľmi zraniteľný voči mechanickému poškodeniu.

Používajú sa v rovnakých bankomatoch a termináloch pod zatvorenou oblohou.

Projektovaná kapacita

Na vnútorný povrch sa nanáša elektródová mriežka, ktorá vytvára s ľudským telom kapacitu (kondenzátor). Elektronika (mikrokontrolér a snímače) pracuje na výpočte súradníc na a odosiela výpočty do centrálneho procesora.

Majú všetky vlastnosti kapacitných.

Môžu byť navyše vybavené silnou fóliou až do 1,8 cm, čo zvyšuje ochranu pred mechanickým namáhaním.

Vodivú kontamináciu, kde je ťažké alebo nemožné ju odstrániť, je možné bez problémov odstrániť pomocou softvérovej metódy.

Častejšie ako všetky ostatné sa inštalujú do osobných elektronických zariadení, bankomatov a rôznych zariadení, ktoré sa skutočne inštalujú pod šírym nebom (pod krytom). Spoločnosť Apple tiež uprednostňuje premietané kapacitné displeje.

Povrchová akustická vlna

Je vyrobený vo forme skleneného panelu vybaveného piezoelektrickými meničmi, sondami umiestnenými v protiľahlých rohoch a prijímačmi.

Sú tiež dvojicou a sú umiestnené v opačných rohoch.

Generátor vyšle vysokofrekvenčný elektrický signál do sondy, ktorá premení sled impulzov na SAW a reflektory ho distribuujú.

Odrazené vlny sú snímané senzormi a privádzané k sonde, ktorá ich premieňa späť na elektrinu.

Signál sa odošle do radiča, ktorý ho analyzuje.

Pri dotyku sa menia parametre vlny, najmä časť jej energie sa absorbuje na určitom mieste. Na základe týchto informácií sa vypočíta oblasť dotyku a jeho sila.

Veľmi vysoká priehľadnosť (nad 95%) je spôsobená absenciou vodivých / odporových povrchov.

Niekedy odrážače svetla spolu s prijímačmi eliminujú odlesky namontované priamo na obrazovke.

Zložitosť dizajnu nijako neovplyvňuje činnosť zariadenia s takouto obrazovkou a počet dotykov v jednom bode je 50 miliónov krát, čo mierne prevyšuje zdroj odporovej technológie (celkovo 65 miliónov krát).

Vyrábajú sa s tenkým filmom asi 3 mm a silným - 6 mm. Vďaka tejto ochrane vydrží displej mierny úder.

Slabé stránky:

• slabý výkon pri vibráciách a otrasoch (v doprave, pri chôdzi);
• nedostatok odolnosti proti nečistotám - akýkoľvek cudzí predmet ovplyvňuje funkciu displeja;
• rušenie za prítomnosti akustického šumu určitej konfigurácie;
• presnosť je o niečo nižšia ako u kapacitných, preto sú nevhodné na kreslenie.

Mnoho ľudí si myslí, že éra dotykových obrazoviek začala v roku 2000 vydaním prvých PDA (dúfam, že neexistujú ľudia, ktorí si myslia, že sa prvá dotyková obrazovka objavila v iPhone?) To však nie je tak - prvým spotrebiteľským zariadením s dotykovou obrazovkou bola ... televízor v 1982 rok. O rok neskôr sa objavil prvý počítač s dotykovou obrazovkou od spoločnosti HP. O 10 rokov neskôr, v roku 1993, sa objavil Apple Newton - zakladateľ PDA, ktorý predstavil módu pre stylusy (aj keď to bola skôr nevyhnutnosť - obrazovka bola odolná), a už v roku 2007, s vydaním iPhonu, sa objavila moderná kapacitná obrazovka v podobe ktoré sme všetci zvyknutí vidieť. Takže história dotykových obrazoviek siaha 35 rokov dozadu a za ten čas sa toho udialo veľa.

Už z názvu je zrejmé, čo je jadrom takéhoto displeja elektrický odpor. Zariadenie takejto obrazovky je jednoduché: nad displejom je substrát (aby sa nedeformoval silným tlakom), po ktorom je na membráne už jedna odporová vrstva, izolátor a druhá odporová vrstva:


Napätie sa privádza na ľavý a pravý okraj membrány a na spodný a horný okraj odporovej vrstvy na podklade. Čo sa stane, keď klikneme na takýto displej? Odporové vrstvy sú uzavreté, odpor sa mení, čo znamená, že sa mení aj napätie - a to je ľahké zaregistrovať, po ktorom, keď poznáte odpor jednotky odporovej vrstvy, môžete ľahko zistiť odpor pozdĺž oboch osí k bodu depresie, a preto vypočítať samotný bod depresie:

Toto je princíp činnosti štvorvodičovej odporovej clony a tieto sa už nepoužívajú z jedného jednoduchého dôvodu: najmenšie poškodenie membrány odporovou vrstvou vedie k tomu, že clona prestane správne fungovať. A vzhľadom na skutočnosť, že takáto obrazovka je zvyčajne prepichnutá ostrým stylusom, nie je vôbec ťažké dosiahnuť jej poškodenie.

Potom sa rozhodli urobiť to inak: membrána sa stala vodivou a všetky 4 elektródy sa teraz nachádzajú na odporovej vrstve substrátu, ale v rohoch a napätie sa dodáva iba na membránu - to znamená, že obrazovka sa stala päťvodičovou. Čo sa stane, keď kliknete? Membrána sa dotýka odporovej vrstvy, začne tiecť prúd, ktorý je odstránený zo 4 elektród, čo opäť umožňuje, s vedomím odporu odporovej vrstvy, určiť bod dotyku:

Tento typ je už viac „odolný voči vandalom“ - aj keď je membrána narezaná, obrazovka bude naďalej fungovať normálne (samozrejme okrem miesta rezu). Toto však, bohužiaľ, nevyvracia ďalšie problémy spoločné pre všetky odporové obrazovky a je ich veľa.

Po prvé, takáto obrazovka vníma iba jeden dotyk: je ľahké uhádnuť, že keď stlačíte dva prsty naraz, bude si obrazovka myslieť, že ste stlačili uprostred čiary spájajúcej body stlačenia. Druhým problémom je, že musíte skutočne tlačiť na obrazovku, najlepšie ostrým predmetom (necht, dotykové pero). Samozrejme, dá sa na to zvyknúť, ale často to viedlo k charakteristickým škrabancom, ktoré obrazovke nepridali na kráse. Tretím problémom je, že takáto obrazovka neprepustí viac ako 85% svetelného toku a kvôli jej hrúbke nie je cítiť, že sa prsta priamo dotýkate obrazu.

Má však aj svoje plusy: po prvé, je veľmi, veľmi ťažké rozbiť displej na takejto obrazovke - má „trojitú ochranu“ vo forme membrány, izolátorov a substrátu. Druhým plusom je, že obrazovke je úplne jedno, čo do nej strčíte - dá sa s ňou pracovať aj s obyčajnými rukavicami (čo je v zime veľmi dôležité). Ale bohužiaľ, tieto výhody neprevážili nevýhody a s uvedením iPhonu na trh začal rozmach kapacitných obrazoviek.

Obrazovky kapacitného povrchu

Toto by sa dalo povedať, je to prechodný typ medzi kapacitnými obrazovkami, na ktoré sme zvyknutí (čo sú projekčné obrazovky), a starými odporovými. Princíp činnosti je tu podobný ako pri päťvodičovom tienidle: je tu sklenená doska pokrytá odporovou vrstvou a 4 elektródy v rohoch, ktoré na dosku privádzajú malé striedavé napätie (prečo nie konštantné napätie, vysvetlím nižšie). Keď stlačíte takúto obrazovku vodivým uzemneným predmetom, dôjde k úniku prúdu v mieste stlačenia, ktorý je možné ľahko zaregistrovať:


Tu je odpoveď, prečo je napätie premenlivé - pri konštantnom napätí, pri zlom uzemnení môže dôjsť k prerušeniu práce, ale pri premennej to tak nie je.

Majú tiež dosť problémov: obrazovka je teraz menej chránená a ak je sklenená doska poškodená, celá prestane fungovať. Multitouch opäť nie je podporovaný a navyše - teraz obrazovka nereaguje na ruku v ruke alebo dotykové pero - v podstate nevedú prúd.

Jediným plusom takejto obrazovky je, že sa stala tenšou a priehľadnejšou ako odporová, ale všeobecne ju málokto ocenil. Všetko sa to ale zmenilo s vydaním iPhonu, ktorý používal mierne odlišný typ dotykovej obrazovky, ktorý už podporoval multitouch.

Premietané kapacitné obrazovky

Teraz sme sa dostali k modernému typu dotykových obrazoviek. Podľa princípu fungovania sa výrazne líši od predchádzajúcich - tu sú elektródy umiestnené s mriežkou na vnútornej strane obrazovky (a nie 4 elektródy v rohoch), a keď stlačíte obrazovku, váš prst vytvorí s elektródami kondenzátory, podľa ktorých kapacity môžete určiť miesto stlačenia:

S takýmto obrazovkovým zariadením ho môžete stlačiť niekoľkými prstami naraz - ak sú umiestnené dostatočne ďaleko (ďalej ako dve susedné elektródy v mriežke), potom sa tieto lisy určia ako odlišné - takto sa objavil multitouch, najskôr 2 prstami v iPhone, a teraz pre 10 prstov v tabletách. Už nie je potrebný veľký počet kliknutí (nie je dostatok ľudí s viac ako 10 prstami) a definícia viac ako 5 - 7 kliknutí súčasne spôsobuje vážne zaťaženie ovládača kolieska.

Jednou z výhod takejto obrazovky je okrem podpory multitouch aj možnosť výroby OGS (One Glass Solution): ochranné sklo obrazovky s integrovanou mriežkou elektród a displej sú z jedného kusu: v tomto prípade je hrúbka najmenšia a zdá sa, že sa dotknete obrazu prstami. To tiež vedie k problému krehkosti: keď sa na skle objaví prasklina, mriežka elektród sa zaručene zlomí a obrazovka prestane reagovať na stlačenie.

Toto sú hlavné typy dotykových obrazoviek, ale existuje veľa ďalších. Začnime najstarším typom, ktorým dotykové obrazovky začínali.

Infračervené obrazovky

Princíp činnosti je opäť zrejmý z názvu: na okrajoch obrazovky je veľa infračervených lúčov a prijímačov svetla. Po stlačení prst blokuje časť svetla, čo umožňuje určiť miesto tlaku. Výhody takýchto obrazoviek na úsvite ich vzhľadu spočívali v tom, že mohli byť vybavené ľubovoľným displejom, čo sa stalo s televízorom v roku 1982. Nevýhody sú tiež zrejmé - hrúbka takého dizajnu sa ukazuje byť pôsobivá a presnosť nastavenia je dosť nízka.

Obrazovky tenzometra

Obrazovky, ktoré reagujú na tlak (silný tlak). Ich obrovským plusom je, že sú čo najviac „odolné voči vandalom“, a preto sa používajú v rôznych bankomatoch na ulici.

Indukčné obrazovky

Z názvu je opäť všetko zrejmé: vo vnútri obrazovky je tlmivka a sieťka drôtov. Keď sa dotknete obrazovky špeciálnym aktívnym perom, zmení sa intenzita vytvoreného magnetického poľa - tým sa zaznamená tlač. Hlavnou výhodou takejto obrazovky je najvyššia možná presnosť, takže sa dobre osvedčili v drahých grafických tabletoch.

Optické obrazovky

Princíp je založený na úplnom vnútornom odraze: sklo je osvetlené infračerveným osvetlením a zatiaľ čo nedochádza k stlačeniu, lúče svetla sa úplne odrážajú na hranici skla a vzduchu (to znamená, že nedochádza k lomu lúčov). Keď kliknete na takúto obrazovku, objaví sa lomený lúč a podľa uhla lomu (jamky alebo odrazu) môžete vypočítať bod tlaku.

Obrazovky na povrchových akustických vlnách

Možno jedna z najkomplexnejších obrazoviek. Princíp činnosti je taký, že ultrazvukové vibrácie sa vytvárajú v hrúbke skla. Keď sa dotknete vibrujúceho skla, vlny sa pohltia a špeciálne snímače v rohoch to zaregistrujú a vypočítajú kontaktný bod:


Výhodou tejto technológie je, že sa môžete dotknúť obrazovky akýmkoľvek predmetom, ktorý nemusí byť nevyhnutne vodivý a uzemnený. Mínus - obrazovka sa bojí akýchkoľvek nečistôt, takže bude nemožné ju použiť napríklad v daždi.

DST obrazovky

Ich princíp činnosti je založený na piezoelektrickom efekte - keď sa dielektrikum deformuje, je polarizované, čo znamená, že vzniká potenciálny rozdiel - a ten je už možné vypočítať. Z výhod - veľmi rýchla rýchlosť reakcie a schopnosť pracovať s vážne znečistenou obrazovkou. Mínus - na určenie polohy prsta sa musí neustále pohybovať.

Všeobecne ide o všetky typy dotykových obrazoviek. Samozrejme, väčšina z nich je bizarná a je nepravdepodobné, že by ste sa s nimi stretli, ale samotná rozmanitosť a vývoj tejto technológie potešia.