2 Технологии сенсорных экранов

Существует большое количество видов сенсорных экранов, отличающихся не только принципом действия, но и конструктивными особенностями. Среди этого многообразия можно выделить следующие типы технологий: резистивные, емкостные, матричные, а также использующие поверхностно-акустические волны (ПАВ), инфракрасное (ИК) излучение и видеокамеры.

2.1 Резистивная технология

Первые сенсорные экраны создавались с использованием прозрачной резистивной пленки. Эта технология широко распространена и сейчас. Сенсорные экраны этого типа обладают рядом достоинств, которые позволили им занять очень большую нишу на потребительском рынке. Самое главное их преимущество – цена. Они дёшевы и этим завоевали львиную долю в нашем обиходе. Ещё одно немаловажное преимущество состоит в том, что резистивные сенсорные экраны обладают стойкостью к загрязнению: т.е. загрязнение не нарушает работу сенсорного экрана. Если можно будет разглядеть на нём нужные кнопки, то он будет работать.

Резистивные сенсорные экраны реагируют на прикосновение практически любым твёрдым гладким предметом. Это может быть рука, монета, брелок. Они используются повсеместно, где незначительна вероятность вандализма и низких температур. Дело в том, что верхний слой изготовлен из гибкой плёнки, которую можно легко разрезать острым предметом, что уже может нарушить работу резистивного сенсорного экрана [4].

Четырёхпроводной резистивный сенсорный экран.

Основу устройства составляет стеклянная панель и гибкая сенсорная мембрана сверху, изготовленная из пластика. Резистивное покрытие нанесено и на панель и на мембрану. Пространство между мембраной и панелью заполнено изолирующим наполнителем, который равномерно распределён по экрану и надёжно изолирует пластину от мембраны. Во время нажатия на мембрану замыкаются резистивные покрытия и специальный контроллер регистрирует изменение сопротивления между электродами, преобразуя это изменение в координаты.

Алгоритм работы контроллера можно представить следующим образом: когда нажимают на мембрану экрана, она замыкается с панелью, и контроллер последовательно в два приёма определяет две координаты на плоскости экрана, соответственно X и Y. 1.Сначала постоянное напряжение, обычно 5 вольт, подаётся на боковые электроды мембраны. Электроды подложки в это время закорачиваются и на них измеряется полученное напряжение. Это напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в координату X. 2.После чего такое же напряжение подаётся уже на электроды подложки. Соответственно в этот момент электроды мембраны замыкаются, и уже с них напряжение поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь). На выходе АЦП теперь уже получаем координату Y. Это и есть обобщённая и упрощённая схема определения координат. Таким образом после нажатия на резистивный экран система получает информацию о том, что нажатие произошло, и получает координаты активируемой точки экрана. Соответственно, координаты сравниваются с элементами текущего интерфейса - ввод информации произошёл. Такая конструкция резистивного сенсорного экрана выдерживает несколько миллионов нажатий [8, 11].

Пятипроводной резистивный сенсорный экран.

Эта разновидность резистивного сенсорного экрана обладает некоторым преимуществом. По сравнению с четырёхпроводным на мембране резистивное покрытие заменено проводящим.

Это позволяет сохранить работоспособность резистивного экрана даже при порезах на мембране. Резистивное покрытие нанесено на стекле, а четыре электрода размещены по углам. Во время нажатия на мембрану микропроцессор отслеживает изменение в напряжении на мембране, определяя по нему координаты точки нажатия.

В этом случае электроды уже размещены по углам. На мембрану подаётся напряжение 5 вольт через резистор. Четыре угловых электрода в исходном состоянии заземлены (рис. 2).

Алгоритм работы следующий: если мембрана не прожата, на ней имеем напряжение в 5 вольт. Как только происходит нажатие, мембрана замыкается на резистивный слой подложки. Напряжение на ней, естественно, падает. Контроллер фиксирует изменение напряжения на мембране, и уловив, что произошло нажатие, начинает вычислять координаты в два приёма:

1. На правые электроды подаётся одинаковое напряжение +5 вольт. На левые два -5 вольт. А с мембраны в этот момент полученное напряжение подаётся на АЦП. На выходе АЦП получаем координату X.

2 . На втором этапе на верхние электроды подаётся одинаковое напряжение +5 вольт, а на нижние -5 вольт. Опять с мембраны полученное напряжение подаётся на АЦП. И с выхода АЦП снимаем координату Y экрана.

Рисунок 2 - Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Пользуясь полученными координатами, система, как и в первом случае определяет, на какой элемент интерфейса решил воздействовать пользователь. Если этот элемент окажется активной кнопкой, то произойдёт ввод информации.

Пятипроводный резистивный сенсорный экран в сравнении с четырёхпроводным обладает одним весьма существенным преимуществом. А именно: в силу того, что на мембране заменён резистивный слой на проводящий, мембрана выступает исключительно в роли простого электрода. По этой причине мембрана становится не столь чувствительной к повреждениям и износу. Как следствие, резко возрастает надёжность такого резистивного экрана и количество возможных нажатий в одну точку. Нажимать в экран в одном месте теперь уже можно до 30 миллионов раз.

Недостатки резистивных сенсорных экранов:

1. Низкое светопропускание. Мембрана задерживает значимую часть светового потока. Пропускная способность составляет около 80%. Четырехпроводные модели задерживают поток сильнее за счёт резистивного покрытия. В ряде случаев это не существенно. Например, на терминале оплаты в первую очередь важно, чтобы пользователь рассмотрел виртуальные кнопки интерфейса. А насколько красиво и ярко они будут смотреться на резистивном экране - это уже второстепенный момент.

2. Отсутствие защиты от грубых физических воздействий. Плёнка мембраны может быть разрезана острыми предметами.

3. Относительно невысокая долговечность. Число нажатий ограничено лимитом порядка 30 млн. в одно место.

Все эти недостатки компенсируются невысокой стоимость экрана, обеспечивая широкое внедрение сенсорных экранов указанного типа.

Принято считать, что по ряду причин резистивные сенсорные экраны исчерпали задел своего совершенства, и остаются на сцене исключительно благодаря дешевизне своего изготовления. Однако не стоит спешить с выводами, время расставит всё по своим местам. А пока ассортимент гаджетов с таким экраном самый большой. Основная причина - цена.