Ecranul tactil: principiul, tehnologia și istoria invenției

Mulți oameni, în special adulți de vârstă mijlocie și tineri, folosesc în mod activ smartphone-uri, tablete și alte gadgeturi cu afișaje inteligente. Cu toate acestea, puțini s-au gândit vreodată principiul senzorului ecrane și varietățile lor. Să ne uităm la ea în detaliu.

Istoria invenției

Primul prototip de dispozitiv cu ecran tactil din lume a fost folosit de Sam Harst, un profesor din SUA. În 1970, el a dezvoltat ideea de a citi un număr mare de magnetofoane. Automatizarea acestui proces a fost trambulina pentru crearea monitoarelor tactile, cunoscute sub numele de Elotouch. Dezvoltarea grupului de colegi ai lui Hurst a apărut în 1971 și a implicat o tehnologie rezistivă de detectare a punctelor de atingere cu patru fire.

Sistemul PLATO IV este considerat primul computer cu ecran tactil. Este, de asemenea, rezultatul unei cercetări speciale privind informatizarea în educație în Statele Unite. Acesta este format dintr-un panou de blocuri (256 de bucăți) și funcționează pe principiul utilizării unei rețele de fluxuri infraroșii.

Descriere

Un ecran tactil este un element electronic care redă informații digitale prin atingerea tangențială a suprafeței monitorului. Diferite tipuri de aceste modele răspund la câteva momente sau la un factor specific (modificări ale capacității și rezistenței, diferențe termice, un indicator special).

Ecranele tactile sunt subdivizate în funcție de principiul de funcționare, după cum urmează

1. Versiuni rezistive.
2. Modele matriciale.
3. Versiuni capacitive.
4. Modificări acustice de suprafață.
5. Senzori optici și varietățile lor.

Să luăm în considerare modelele comune de afișaje din această categorie și aplicarea lor, caracteristici și beneficii.

Principiul de funcționare a ecranelor tactile rezistive

Acesta este cel mai simplu tip de monitor. Acesta reacționează la transformarea forței de rezistență în zona de atingere a unui anumit obiect și a suprafeței afișajului. Cea mai comună și elementară tehnologie are două elemente de bază în construcția sa:

1. Un panou de substrat din poliester sau dintr-un polimer similar, care nu are o grosime mai mare de câteva zeci de molecule. O parte transparentă servește la conducerea particulelor de curent.
2. O membrană conducătoare de lumină realizată dintr-un strat subțire de plastic.

Ambele straturi sunt acoperite cu un strat rezistiv special. Între ele, există izolatori microscopici în formă de bile.

În timpul funcționării, membrana flexează în contact cu substratul, ceea ce determină închiderea circuitului. La această operațiune răspunde un controler cu un convertor analogic-digital, care calculează valoarea inițială și valoarea curentă a rezistenței, precum și coordonatele punctului de contact. Aceste dispozitive s-au dovedit rapid a fi un dezavantaj, așa că inginerii au îmbunătățit designul prin adăugarea unui al cincilea fir.

Utilizarea

Principiul simplu de funcționare al unui ecran tactil rezistiv îl face utilizabil în mod universal. Caracteristici de construcție:

• Prețul de cost redus;
• rezistente la influențele mediului, cu excepția temperaturilor sub zero grade;
• răspuns bun la contactul cu orice obiect neascuțit adecvat.

Astfel de afișaje sunt montate pe terminale de depunere și transfer, pe bancomate și pe alte dispozitive, care sunt izolate de mediu. Protecția fragilă a monitorului împotriva deteriorării este compensată de un strat de film de protecție.

Principiul ecranelor tactile capacitive

Acest tip de afișaj funcționează în funcție de capacitatea obiectelor cu capacitate crescută de a se transforma în conductori de curenți electrici alternativi. Dispozitivul este un panou de sticlă cu un strat rezistiv. Electrozii plasați în colțuri aplică o tensiune slabă la stratul conductiv. Există pierderi de curent în timpul contactului, dacă obiectul are o capacitate electrică mai mare decât cea a ecranului. Piesele înclinate înregistrează curentul, iar informațiile de la indicatoare ajung la controler, care calculează zona de atins.

Primele modele foloseau curent continuu. Acest lucru a simplificat designul, dar a eșuat în cazul în care utilizatorul nu avea contact cu solul. Fiabilitatea acestor dispozitive depășește omologii lor rezistivi cu un factor de aproximativ 60 de ori mai mare decât a celor rezistive (cu o capacitate nominală de 200 de milioane de atingeri). Nivel de transmisie - 0,9, temperatură minimă de funcționare până la -15 °C.

Contra:

• Lipsa de reacție la mâna înmănușată și la majoritatea obiectelor străine;
• învelișul conductor este situat în stratul superior, ceea ce determină o sensibilitate la impact mecanic;
• Acestea sunt potrivite pentru utilizarea în terminale situate în interior.

Versiuni cu proiecție capacitivă

Principiul de funcționare a ecranului tactil al unor configurații de smartphone-uri se bazează pe acest tip de. La suprafața internă Suprafața internă a dispozitivului conține o plasă de electrozi care formează o capacitate de condensator atunci când este în contact cu corpul uman. După atingerea ecranului cu un deget, senzorii și un microcontroler procesează informația, calculele sunt trimise către procesor principal.

Caracteristici:

• Aceste modele au toate capacitățile senzorilor capacitivi;
• Acestea pot fi echipate cu un strat de acoperire cu o grosime de până la 18 milimetri, care asigură o protecție suplimentară împotriva impactului mecanic;
• Contaminarea pieselor conductoare greu accesibile este eliminată printr-o metodă software.

Montat pe multe dispozitive și terminale personale care funcționează în aer liber, sub acoperire. Este demn de remarcat faptul că Apple favorizează, de asemenea, monitoarele cu proiecție capacitivă.

Versiuni matriciale

Acestea sunt versiuni simplificate ale tehnologiei rezistive. Membrana este echipată cu un număr de conductori verticali, substratul cu omologii orizontali. Principiul de funcționare Ecran tactil: Se calculează punctul în care conductorii intră în contact, iar informația este trimisă la procesor. La rândul său, procesorul detectează semnalul de comandă, după care reacționează într-un mod prestabilit, de exemplu, efectuând acțiunea atribuită unui anumit buton.

Caracteristici:

• Din cauza numărului limitat de conductori, există un nivel scăzut de precizie;
• Prețul este cel mai mic dintre toți senzorii;
• Funcția multi-touch se realizează prin interogarea afișajului prin puncte.

Acest model este utilizat exclusiv în dispozitive învechite și este foarte puțin utilizat în aplicațiile moderne datorită apariției unor soluții inovatoare.

Semnale acustice de suprafață

Telefoanele cu ecran tactil ale primelor modele prezentau o tehnologie similară. Afișajul este un panou de sticlă care conține două receptoare (două la număr) și transformatoare piezoelectrice plasate pe colțuri opuse.

Semnalul electric de frecvență este transmis de la generator la transductoare, de unde se emit o serie de impulsuri prin intermediul unor reflectoare. Undele sunt captate de transductoare, returnate la PEP, unde sunt transformate din nou în curent electric. Informațiile ajung apoi la controler, unde sunt analizate.

Atunci când ecranul este atins, forma de undă se modifică odată cu absorbția unei părți din energie într-un anumit loc. Pe baza acestor informații, se calculează punctul și forța de contact. Ecranele din această categorie sunt disponibile cu o grosime a peliculei de 3 sau 6 milimetri, ceea ce le permite să reziste la o atingere ușoară fără consecințe.

Dezavantaje:

• funcționarea defectuoasă sub influența vibrațiilor și a șocurilor;
• Nesigură la orice contaminare;
• prezența interferențelor datorate semnalelor acustice de o anumită configurație;
• acuratețea scăzută le face nepotrivite pentru desen.

Alte tipuri

Proiectarea și funcționarea ecranelor tactile cel mai frecvent utilizate sunt discutate mai sus. Următoarea este o listă de afișaje în configurații nepopulare:

1. Afișaje optice - suportă funcționalitatea multi-touch, inclusiv dimensiuni mari ale suprafeței utilizabile.
2. Modele cu infraroșu - acoperite cu perechi de LED-uri fotodiode, reacționează la atingere prin intermediul microcontrolerului.
3. Variante de inducție - echipate cu o bobină specială și o rețea de conductori sensibili, utilizate pe tablete scumpe.

După cum se poate observa, există mai multe variante de ecrane tactile. Alegerea este întotdeauna la latitudinea consumatorului.