Сенсорные панели давно используются в промышленном оборудовании и бытовой электронике. Из всех технологий резистивный тип сенсорных панелей по-прежнему используется наиболее часто. Давайте посмотрим, какие еще технологии доступны в настоящее время.

Сенсорный экран — популярный промышленный элемент управления, где благодаря прикосновению к специальной поверхности можно посылать сигналы в систему управления.

Сенсорная поверхность — это сенсорный датчик. Вместе с сенсорным экраном и программным контроллером эти компоненты образуют так называемый сенсорный экран.

Благодаря своей функциональности, гибкости, небольшим рамерам и удобству в использовании сенсорный экран стал основным устройством управления в различном современном промышленном оборудовании и в бытовой технике.

Основные критерии выбора сенсорного экрана

Аналогово-устойчивый сенсорный слой из полиэстера и проецируемый емкостный сенсорный слой (P-CAP) используются вместе более чем в 80% всех промышленных приложений.

Выбор подходящего сенсорного экрана зависит в первую очередь от двух критериев:

• Условия использования: внутри или снаружи помещения (различные погодные условия и солнечный свет, механическое воздействие, химическое воздействие, температура, влажность, пыль, электромагнитная совместимость и т. д.),
• Вид управления: пальцы, перчатки, стилус и другие вспомогательные средства.

В отличие от обычных устройств ввода, таких как мышь и клавиатура, на сенсорном экране используются не только пальцы, но и другие вспомогательные средства, например сенсорные ручки.

В зависимости от используемой технологии записываются и используются следующие условия для определения положения:

• Тактильные сигналы (сжатие),
• Электростатические сигналы (зарядка),
• Акустические сигналы (ультразвук),
• Оптические сигналы (инфракрасные лучи),
• Электромагнитные сигналы (напряжение).

Сигнал обрабатывается сенсорным контроллером после того, как он был обнаружен сенсорным датчиком. Затем сенсорный контроллер передает информацию о положении касания в пользовательский интерфейс.

Чтобы этот интерфейс обрабатывал и интерпретировал информацию, сначала необходимо установить драйвер программного обеспечения.

Сам программный драйвер соответствует эмулятору мыши. Другими словами, прикосновение к сенсорной поверхности имеет тот же эффект, что и щелчок мышью в том же месте.

Аналогично щелчку мыши, короткое прикосновение к сенсорному экрану вызовет соответствующий ответ. То же самое касается двух касаний за короткий промежуток времени (двойной щелчок) или других функций, таких как перетаскивание.

Для управления сенсорными экранами используются не только пальцы, но и другие вспомогательные средства.

Какие сенсорные технологии доступны в настоящее время?

Существуют разные конструкции современных сенсорных экранов из-за разных требований и условий использования. Они основаны, в частности, на следующих технологиях:

• Аналоговые резистивные системы для записи тактильных сигналов (сжатие),
• Емкостные системы регистрации электростатических сигналов (зарядка),
• Акустические системы, использующие ультразвуковое позиционирование (SAW),
• Оптические системы, использующие инфракрасные лучи для позиционирования (IR-Touch).

В зависимости от требований и условий использования существуют разные версии сенсорных экранов.

1. Аналоговые резистивные системы для записи тактильных сигналов (сжатие)

Первые сенсорные экраны включают резистивный дисплей, в котором используется так называемая аналоговая резистивная технология.

На поверхности дисплея находится гибкая мембрана, которая покрыта (внутри дисплея) тонким прозрачным слоем металла. Под мембраной находится еще один (более толстый) проводящий прозрачный слой, который также более прочный.

Между этими двумя слоями имеется очень тонкий воздушный зазор с сеткой изолирующих опор, которые изолируют эти токопроводящие слои по краям.

При прикосновении дисплей легко складывается, и внешние слои соединяются. Между этими слоями начинает течь ток, и контроллер, который выполняет все математические вычисления результата касания, вычисляет положение касания.

Аналоговые резистивные системы для записи тактильных сигналов также можно разделить по типу контактного слоя следующим образом:

• Контактный слой из полиэстера в 4-, 5- или 8-проводном исполнении,
• Касание несколькими пальцами на основе 5-проводной конструкции,
• Сенсорный слой стекло-пленка-стекло (GFG-Touch).

Преимущества аналоговых резистивных систем:

• Возможность активации практически любым предметом (пальцем, стилусом, рукой в перчатке, пером и т. д.),
• Это тактильное ощущение,
• Самая низкая цена на сенсорную технику,
• Низкое энергопотребление,
• Устойчив к поверхностным загрязнениям и жидкостям (пыль, масло, жиры, влага).

Недостатки:

• Более низкая разборчивость изображения по сравнению с другими сенсорными технологиями,
• Внешняя полиэфирная пленка подвержена повреждениям от царапин, защемлений и острых предметов.

2. Емкостные системы регистрации электростатических сигналов (зарядка)

Емкостные системы работают на основе проводимости человеческого тела, где поверхность дисплея покрыта проводящим слоем, а взаимодействие с человеческим телом через «емкости» определяет положение.

Прикосновение к дисплею пальцем создает емкость между краем дисплея и проводящей рукой, которая замыкает электрическую цепь. Так называемый контроллер анализирует полученные емкости на дисплее и точно определяет положение пальца.

Функция емкостной системной технологии основана на проводимости человеческого тела.

Главное преимущество емкостных систем:

• Отличная четкость изображения и устойчивость к царапинам низкая подверженность сбоям из-за загрязнения.

Недостаток:

• Дисплей работает только при взаимодействии с проводящим объектом, т.е. активация происходит только обнаженным пальцем или тонкими хирургическими или хлопковыми перчатками.

Обе сенсорные технологии (резистивная и емкостная) обладают свойствами, которые при определенных условиях использования оказывают неблагоприятное воздействие. Для этих особых случаев существуют и другие сенсорные технологии, но они пока не получили широкого распространения. Это акустические и оптические системы.

3. Акустические системы, использующие ультразвук для определения местоположения (SAW — Surface Acoustic Wave)

Это, вероятно, самый сложный дисплей, в котором используется технология акустических поверхностных волн. Принцип работы заключается в размещении передатчика и приемника в каждом из 4 углов дисплея. Распространение волн 5 МГц по дисплею создает волновое поле. При прикосновении к сенсорной панели поле изменяется, и определяются места, где объект был препятствием.

Преимущества технологии SAW:

• Высокое сенсорное разрешение,
• Высокая скорость проводимости,
• Высокая яркость изображения,
• Надежность + долгий срок службы,
• Прочная, устойчивая к царапинам стеклянная поверхность,
•  Высокая плотность точек касания.

Недостаток:

• Высокая чувствительность к грязи, потому что даже небольшая крупинка грязи может поглощать акустические волны. Затем на дисплее отображаются места, которые мы называем так называемыми «Мертвые точки».

4. Оптические системы, использующие инфракрасное позиционирование (IR-Touch)

Принцип работы инфракрасного дисплея формируется густой сетью инфракрасных лучей, в которую, когда объект вставляется, лучи прерываются, таким образом анализируя местоположение прерывания.

Такой дисплей может быть выполнен в виде рамки, которую затем устанавливают на любой монитор, аналогичный дисплею акустических волн.

Преимущества технологии оптических систем:

• Высочайшая четкость изображения и светопропускание из всех сенсорных технологий,
• Практически неограниченный срок службы,
• Устойчивость к царапинам на поверхности.

Недостатки:

• Случайное включение может произойти из-за того, что инфракрасные лучи находятся над поверхностью стекла,
• Чувствительность к воде, снегу, дождю,
• Чувствительность к внешнему освещению,
• Более высокие затраты.

Вывод

Многие из вас, вероятно, уже сталкивались с сенсорным экраном в промышленных условиях. С ростом предложения мультимедийной электроники в виде смартфонов в области бытовой электроники или в виде графических панелей управления в промышленности этот метод управления используется все чаще и чаще.

По сравнению с использованием кнопок управления, клавиатуры или мыши преимущество сенсорной панели заключается в прямом взаимодействии с предлагаемым приложением и связанном с этим более интуитивном управлении электронными системами.

Резистивные сенсорные панели уже довольно давно используются в промышленном оборудовании и бытовой электронике. Из всех принципов работы сенсорных панелей резистивный тип по-прежнему является наиболее распространенным.

Сегодня существует множество других технологий реализации тачпадов. Наиболее известными из них являются: емкостная технология, технология SAW (поверхностная акустическая волна) или технология оптических систем (IR — Touch). Конечно, у каждого из них есть свои преимущества и недостатки с точки зрения использования в сложных промышленных условиях.