Wiele osób, zwłaszcza w średnim wieku i młodych, aktywnie korzysta ze smartfonów, tabletów i innych inteligentnych gadżetów wyświetlających. Jednak niewielu z nich zastanawiało się nad zasadą działania ekranu dotykowego i ich odmianami. Spróbujmy zrozumieć to bardziej szczegółowo.
Historia wynalazku
Po raz pierwszy na świecie prototypowe urządzenie dotykowe zostało użyte przez Sama Hursta, nauczyciela z USA. W 1970 roku rozwinął pomysł odczytywania danych z dużej liczby rejestratorów paskowych. Automatyzacja tego procesu stała się swego rodzaju trampoliną do tworzenia monitorów dotykowych, znanych jako Elotouch. Opracowanie grupy współpracowników Hursta zostało opublikowane w 1971 roku, które obejmowały czteroprzewodową technologię rezystancyjną do określania punktów styku.
System PLATO IV jest uważany za pierwszy czujnik komputerowy. Został wydany również w USA, w wyniku specjalnych studiów związanych z komputeryzacją edukacji. Składał się z panelu blokowego (256 sztuk), funkcjonującego zgodnie zzasada wykorzystania siatki strumieni podczerwieni.
Opis
Wyświetlacz dotykowy to element elektroniczny, który wizualizuje informacje cyfrowe poprzez dotknięcie powierzchni monitora. Różne typy tych struktur reagują na kilka momentów lub jeden określony czynnik (zmiana pojemności i rezystancji, różnica cieplna, specjalny wskaźnik).
Zgodnie z zasadą działania ekrany dotykowe są podzielone w następujący sposób:
- Wersje rezystancyjne.
- Modele matrycowe.
- Opcje pojemnościowe.
- Modyfikacje akustyki powierzchni.
- Czujniki optyczne i ich odmiany.
Rozważmy popularne modele wyświetlaczy tej kategorii, zakres, funkcje i korzyści.
Jak działają rezystancyjne ekrany dotykowe
To najprostszy typ monitora. Reaguje na przekształcenie siły oporu w obszarze dotknięcia określonego przedmiotu i powierzchni wyświetlacza. Najpopularniejsza i najbardziej elementarna technologia zawiera w swoim projekcie dwa główne elementy:
- Podłoże panelowe z poliestru lub podobnego polimeru, którego grubość nie przekracza kilkudziesięciu cząsteczek. Część przezroczysta służy do przewodzenia cząstek prądu.
- Przepuszczająca światło cienka plastikowa membrana.
Obie warstwy są pokryte specjalną powłoką rezystancyjną. Pomiędzy nimi znajdują się mikroskopijne izolatory w kształcie kulki.
Podczas pracy membrana ugina się w kontakcie zpodłoże, w wyniku czego obwód jest zamknięty. Sterownik z przetwornikiem analogowo-cyfrowym reaguje na operację, obliczając wartość rezystancji początkowej i prądowej oraz współrzędne punktu styku. Takie urządzenia szybko pokazały swoje negatywne strony, w wyniku czego inżynierowie udoskonalili konstrukcję dodając piąty przewód.
Użyj
Ze względu na prostą zasadę działania rezystancyjnego ekranu dotykowego, jest on używany wszędzie. Cechy konstrukcyjne:
- niski koszt;
- odporność na wpływy środowiska, z wyjątkiem ujemnych temperatur;
- dobra reakcja na kontakt z dowolnym nieostrym odpowiednim przedmiotem.
Takie wyświetlacze są montowane na terminalach uzupełniania i przekazów pieniężnych, bankomatach i innych urządzeniach, które są odizolowane od otoczenia. Słaba ochrona monitora przed uszkodzeniem jest kompensowana przez obecność ochronnej powłoki filmowej.
Jak działają pojemnościowe ekrany dotykowe
Ten typ wyświetlacza działa z uwzględnieniem zdolności obiektów o zwiększonej pojemności do przekształcania się w przewodniki prądu zmiennego. Urządzenie to szklany panel z powłoką rezystancyjną. Elektrody umieszczone w rogach przykładają słabe napięcie do warstwy przewodzącej. Podczas kontaktu obserwuje się upływ prądu, jeśli obiekt ma większą pojemność elektryczną niż ekran. Prąd jest ustalany w częściach narożnych, a informacje zwskaźniki trafiają do kontrolera w celu przetworzenia, który oblicza obszar dotyku.
Pierwsze modele wykorzystywały prąd stały. Uprościło to konstrukcję, jednak nie udało się, jeśli użytkownik nie miał kontaktu z podłożem. Pod względem niezawodności urządzenia te przewyższają rezystancyjne odpowiedniki około 60 razy (zaprojektowane na 200 milionów kliknięć). Poziom przezroczystości - 0, 9, minimalna temperatura pracy - do -15 °C.
Wady:
- brak reakcji na dłoń w rękawiczce i większość ciał obcych;
- powłoka z przewodnikiem znajduje się w górnej warstwie, co powoduje podatność na naprężenia mechaniczne;
- są odpowiednie do terminali wewnętrznych.
Wersje projekcji pojemnościowej
Zasada działania ekranu dotykowego smartfonów w niektórych konfiguracjach jest oparta na tym typie. Na wewnętrzną powierzchnię urządzenia nakładana jest siatka elektrod, która w kontakcie z ludzkim ciałem tworzy pojemność kondensatora. Po dotknięciu palcem wyświetlacza czujniki i mikrokontroler przetwarzają informacje, obliczenia przesyłane są do procesora głównego.
Cechy:
- te projekty mają wszystkie możliwości czujników pojemnościowych;
- mogą być wyposażone w powłokę foliową o grubości do 18 milimetrów, która zapewnia dodatkową ochronę przed uderzeniami mechanicznymi;
- zanieczyszczenia z trudno dostępnych części przewodzących są usuwane za pomocą metody programowej.
Podane konfiguracje są montowane na wielu urządzeniach osobistych i terminalach działających na zewnątrz pod osłoną. Warto zauważyć, że Apple faworyzuje również projekcyjne monitory pojemnościowe.
Modyfikacje macierzy
Są to uproszczone wersje technologii rezystancyjnej. Membrana wyposażona jest w szereg pionowych przewodników, podłoże w poziome odpowiedniki. Zasada działania ekranu dotykowego: po dotknięciu obliczany jest punkt, w którym nastąpił kontakt przewodów, otrzymane informacje są wysyłane do procesora. To z kolei określa sygnał sterujący, po którym urządzenie reaguje w określony sposób, np. wykonuje akcję przypisaną do konkretnego przycisku.
Cechy:
- ze względu na ograniczoną liczbę przewodów, wskaźnik dokładności jest niski;
- cena jest najniższą spośród wszystkich czujników;
- funkcja multi-touch jest realizowana poprzez odpytywanie wyświetlacza punkt po punkcie.
Wskazany model jest używany wyłącznie w przestarzałych urządzeniach, praktycznie nie jest stosowany w dzisiejszych czasach ze względu na pojawienie się innowacyjnych rozwiązań.
Sygnały akustyczne powierzchni
Jak ekran dotykowy wczesnych telefonów został wyposażony w podobną technologię. Wyświetlacz to szklany panel, w którym osadzone są odbiorniki (dwie sztuki), a w przeciwległych rogach umieszczono transformatory piezoelektryczne.
Z generatora sygnał elektryczny częstotliwości jest dostarczany do konwerterów, skąd szeregimpulsy są propagowane za pomocą reflektorów. Fale są odbierane przez czujniki i zwracane do PET, gdzie są ponownie przekształcane w prąd elektryczny. Następnie informacje trafiają do kontrolera, w którym są analizowane.
Kiedy dotkniesz ekranu, charakterystyka fali ulega zmianie wraz z pochłanianiem części energii w określonym miejscu. Na podstawie tych informacji obliczany jest punkt i siła kontaktu. Wyświetlacze w tej kategorii dostępne są z folią o grubości 3 lub 6 milimetrów, co pozwala wytrzymać lekkie uderzenie dłonią bez konsekwencji.
Wady:
- naruszenie pracy w warunkach wibracji i wstrząsów;
- niestabilność na wszelkie zanieczyszczenia;
- zakłócenia spowodowane sygnałami akustycznymi określonej konfiguracji;
- niska precyzja sprawia, że nie nadają się do rysowania.
Inne gatunki
Powyżej omówiono urządzenie i zasadę działania najczęściej używanych ekranów dotykowych. Poniżej znajduje się lista wyświetlaczy niepopularnych konfiguracji:
- Monitory optyczne - obsługują wielodotyk, w tym duże rozmiary.
- Modele na podczerwień - pokryte parami fotodiod LED, reagują na dotyk przez mikrokontroler.
- Opcje indukcyjne - wyposażone w specjalną cewkę i sieć czułych przewodników, stosowane w drogich tabletach.
Jak widać, istnieje kilka opcji ekranów dotykowych. Wybór zawsze należy do konsumenta.
