Ekran dotykowy: zasada działania, technologia i historia wynalazku

Wiele osób, zwłaszcza młodych i tych z klasy średniej, korzysta ze smartfonów, tabletów i innych gadżetów z inteligentnymi wyświetlaczami. Ale mało kto zastanawiał się nad Zasada działania ekranu dotykowego ekranu i jego wariantów. Zostało to zbadane bardziej szczegółowo.

Historia wynalazku

Pierwszego na świecie prototypowego urządzenia dotykowego użył Sam Hurst, nauczyciel w USA. Pomysł odczytania dużej liczby rejestratorów opracował w 1970 r. Automatyzacja tego procesu była trampoliną do rozwoju monitorów dotykowych, znanych pod nazwą Elotouch. Opracowanie grupy kolegów Hursta pojawiło się w 1971 roku, zawierając rezystancyjną technologię czteroprzewodową do wykrywania punktów dotykowych.

PLATO IV jest uważany za pierwszy komputer sensoryczny. Wydane również w USA, jako wynik specjalnych badań nad nauczaniem wspomaganym komputerowo. Składał się z panelu blokowego (256 sztuk) i działał na zasadzie wykorzystania siatki światła podczerwonego.

Opis

Wyświetlacz dotykowy to element elektroniczny, który wizualizuje informacje cyfrowe poprzez dotykanie powierzchni monitora. Różne rodzaje tych konstrukcji reagują na kilka punktów lub na jeden określony czynnik (zmiany pojemności i rezystancji, różnica termiczna, specjalny wskaźnik).

Ekrany dotykowe są skategoryzowane według zasady działania w następujący sposób:

1. Wersje rezystywne.
2. Modele matrycowe.
3. Wersje pojemnościowe.
4. Modyfikacje powierzchniowo-akustyczne.
5. Czujniki optyczne i ich odmiany.

Rozważmy popularne modele wyświetlaczy tej kategorii, zakres zastosowania, cechy i korzyści.

Zasada działania rezystancyjnych ekranów dotykowych

Jest to najprostszy typ monitora. Reaguje na zmianę siły oporu w miejscu dotknięcia określonego obiektu i powierzchni wyświetlacza. Najbardziej powszechna i elementarna technologia ma w swojej budowie dwa podstawowe elementy:

1. Podłoże z poliestru lub podobnego polimeru, o grubości nie większej niż kilkadziesiąt cząsteczek. Część przezroczysta służy do przewodzenia cząstek prądu.
2. Membrana przewodząca z cienkiej warstwy tworzywa sztucznego.

Obie warstwy są pokryte specjalną powłoką rezystancyjną. Pomiędzy nimi znajdują się mikroskopijne kuliste izolatory.

Podczas pracy membrana wygina się w kontakcie z podłożem, powodując zamknięcie obwodu. Sterownik z przetwornikiem analogowo-cyfrowym reaguje na działanie, obliczając początkową i aktualną wartość rezystancji, a także współrzędne punktu styku. Urządzenia te szybko okazały się wadą, więc inżynierowie poprawili projekt dodając piąty przewód.

Korzystanie z

Ze względu na prostą zasadę działania rezystancyjnego ekranu dotykowego, ma on uniwersalne zastosowanie. Cechy konstrukcji:

• niski koszt posiadania;
• odporne na wpływy środowiska, z wyjątkiem temperatur poniżej zera;
• Dobra reakcja na kontakt z każdym nieostrym, odpowiednim przedmiotem.

Wyświetlacze takie montowane są na terminalach depozytowo-przelewowych, bankomatach i innych urządzeniach, które są izolowane od środowisko. Słaba ochrona monitora przed uszkodzeniami jest rekompensowana obecnością powłoki ochronnej.

Zasada działania pojemnościowych ekranów dotykowych

Funkcjonowanie tego typu wyświetlacza polega na uwzględnieniu możliwości przekształcenia obiektów o zwiększonej pojemności w przewodniki prądu elektrycznego zmiennego. Urządzenie ma postać szklanego panelu z powłoką rezystancyjną. Elektrody umieszczone w narożnikach dostarczają słabe napięcie do warstwy przewodzącej. Podczas kontaktu występuje prąd upływowy w przypadku, gdy obiekt ma większą pojemność elektryczną niż ekran. Elementy kątowe wykrywają prąd, a informacje ze wskaźników trafiają do sterownika, który oblicza powierzchnię styku.

Pierwsze modele wykorzystywały prąd stały. Uprościło to konstrukcję, ale powodowało błędy, jeśli użytkownik nie miał kontaktu z podłożem. Niezawodność tych urządzeń przewyższa ich rezystancyjne odpowiedniki o około 60 razy (zaprojektowane na 200 milionów dotknięć). Poziom przejrzystości - 0,9, minimalna temperatura pracy - do -15 °C.

Cons:

• Brak reakcji na ręce w rękawicach i większość obcych przedmiotów;
• Powłoka przewodząca znajduje się na górze urządzenia, dlatego jest podatna na naprężenia mechaniczne;
• Nadają się do stosowania w terminalach znajdujących się w pomieszczeniach zamkniętych.

Wersje z projekcją pojemnościową

Niektóre konfiguracje ekranów dotykowych smartfonów opierają się na zasadzie pojemnościowej ten rodzaj. Na stronie powierzchnia wewnętrzna Urządzenie posiada siatkę elektrod, która w kontakcie z ciałem człowieka tworzy kondensator pojemnościowy. Po dotknięciu wyświetlacza palcem, czujniki i mikrokontroler przetwarzają informacje, obliczenia są wysyłane do główny procesor.

Cechy:

• Konstrukcje te posiadają wszystkie możliwości czujników pojemnościowych;
• mogą być wyposażone w powłokę foliową o grubości do 18 milimetrów, zapewniającą dodatkową ochronę przed uderzeniami mechanicznymi;
• Plamy na trudno dostępnych częściach przewodzących usuwane są metodą programową.

Konfiguracje te montowane są w wielu urządzeniach osobistych i terminalach pracujących na zewnątrz pod osłoną. Warto zauważyć, że Apple również preferuje monitory projekcyjne-aparatowe.

Modyfikacje matrycy

Są to uproszczone wersje technologii oporowej. Membrana wyposażona jest w szereg pionowych przewodników, podłoże w poziome odpowiedniki. Zasada działania Ekran dotykowy: Po dotknięciu punkt, w którym stykają się przewodniki jest obliczany i informacja jest wysyłana do procesora. Procesor identyfikuje sygnał sterujący, a urządzenie reaguje w określony sposób, np. wykonując czynność przypisaną do konkretnego przycisku.

Cechy:

• Niski poziom dokładności ze względu na ograniczoną liczbę przewodników;
• Cena jest najniższa ze wszystkich czujników;
• Funkcja multitouch jest realizowana poprzez sprawdzanie wyświetlacza za pomocą punktów.

Model ten stosowany jest wyłącznie w starszych urządzeniach, rzadko wykorzystywany w nowoczesnych aplikacjach ze względu na pojawienie się innowacyjnych rozwiązań.

Sygnały powierzchniowo-akustyczne

Zasada działania ekranów dotykowych wczesnych modeli telefonów była wyposażona w taką technologię. Wyświetlacz to szklany panel zawierający odbiorniki (dwa z nich) i transformatory piezoelektryczne zamontowane na przeciwległych rogach.

Generator wysyła sygnał częstotliwości do przetworników, skąd seria impulsów jest emitowana przez reflektory. Fale są odbierane przez czujniki, wracają do PEP, gdzie są ponownie przetwarzane na prąd elektryczny. Informacje te trafiają następnie do administratora danych, gdzie są analizowane.

Gdy fala dotyka ekranu, ulega transformacji, w której część energii zostaje pochłonięta w określonym punkcie. Ta informacja jest używana do obliczenia punktu i siły, która ma być dotknięta. Wyświetlacze w tej kategorii są dostępne z folią o grubości 3 lub 6 milimetrów, co pozwala im wytrzymać bez konsekwencji lekkie uderzenie ręką.

Wady:

• nieprawidłowe działanie w warunkach wibracji i wstrząsów;
• Niestabilny na wszelkie zanieczyszczenia;
• zakłócenia spowodowane sygnałami akustycznymi o określonej konfiguracji;
• Niska dokładność sprawia, że nie nadają się do rysowania.

Inne rodzaje

Budowa i działanie ekranów dotykowych, które są najczęściej stosowane, zostały omówione powyżej. Poniżej znajduje się lista wyświetlaczy w niepopularnych konfiguracjach:

1. Monitory optyczne - obsługa wielodotyku, w tym duże rozmiary powierzchni serwowania.
2. Modele na podczerwień - pokryte parami diod LED z fotodiodami, reagują na dotyk poprzez mikrokontroler.
3. Warianty indukcyjne wyposażone są w specjalną cewkę i sieć czułych przewodników i stosowane są w drogich tabletach.

Jak widać, istnieje kilka wariantów wyświetlaczy dotykowych. Wybór należy zawsze do konsumenta.