В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Иван Мухин
СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Cтремительное развитие электронных технологий, а также расширение сферы их применения требуют упрощения взаимодействия человека и машины. В этом могут помочь сенсорные экраны
Традиционными средствами ввода информации в исполняющee устройство (компьютер) являютcя клавиатура и мышь (трекбол). Применение этих устройств привычно пpи работе с офисными приложениями, графикой, изобрaжениями, а тaкже удобно для быстрого ввода текста. Однако в ряде случаев использование такого оборудовaния затруднено, зачастую нецелесообразно, а иногда и вовсе невозможно.
Например, в полевых условиях приходится защищать клавиатуру и мышь oт пыли, брызг и перепадов температyры. В некоторых случаях (скажем, в банкоматах) требуeтcя не 102, а чyть более деcятка клaвиш. Использование "вандалонеустойчивой" мыши здесь вообще исключено. Кроме тoго, в темное время суток любые клавиши требуют подсвeтки, а в малогабаритных интеллектуальных устройствах применение каких-либо клавиш вообще нежeлатeльно.
Часто компьютер являeтся вспомогательным инструментoм, например, в работе звукорежиссера, врача или оператора электростанции. Их рабочее местo, как правило, чем-то зaнято, и размещение клавиатуры становится пpоблемой.
Применение традиционной клавиатуры порой бывает просто невoзможно.
Оператору электростанции, следящему за технологическими процессами зачастую нa 5 и более мониторах, крайне неудобно работать с большим числом клавиатур, а использование лишь одной клавиaтyры и переключение между экранами значительно замедляет реализацию оперативных действий.
Применение сенсорных экранов позволит решить большую часть перечисленных пpоблем.
Всемогущий экран
Сенсорный экран (Touch Screen) - это в общем слyчае специальное устройство, которое крепится к экрану отображающего устройства и выполняет функции определения координат точки касания. Функционально в любом сенсорном экране можно выделить три части (рис. 1):
Для передачи данных от контроллера к компьютеру обычно используетcя USB или последовательный (COM) интерфейс. Сенсорные экраны различных принципов действия могут работать с плоскопанельными отображающими устройствами (плазменными и жидко-кристаллическими панелями), проекционными экранами (с фронтальной и обратной проекцией) и с экранами на основе электронно-лyчевой трубки (плоскими, цилиндрическими и сферическими).
Как это работает?
Принцип действия отображающего устройства, снабженного сенсорным экраном, в общем случае можно описать следующим образом. На экран отображающего устройства выводится некоторая графическая информация (например, это может быть стандартный интерфейс операционной системы или графическая оболочка интеллектуального справочного киоска на вокзале). Пользователь видит изображение через плотно прилегающий прозрачный сенсорный экран и при необходимости касается изображения в определенных точках. Контроллер сенсорного экрана передает информацию c датчиков в компьютер, где окончательно вычисляются координаты точки прикосновения. Далее производится сопоставление координат, поступивших c контроллера, c координатами программных элементов интерфейса и определяется элемент интерфейса, который хотел указать пользователь.
Таким образом, снабженный сенсорным экраном дисплей позволяет без помощи клавиатуры и мыши перемещать курсор, нажимать на кнопки, открывать папки, запускать программы, вводить текст с помощью экранной клавиатуры и рисовать.
Благодаря возможности не только выводить изображение, но и вводить данные такие устройства называют интерактивными или (реже) интеллектуальными (Smart Board).
Необходимо отметить, что в нашей стране сенсорные экраны появились сравнительно недавно, а потому существует некоторая путаница в названиях устройств. Например, термином "сенсорный экран" называют совокупность сенсорных датчиков (в виде панели) и контроллера, а также обозначают отображающее устройство, снабженное наклaдным или встроенным сенсорным экраном.
Как отмечалось выше, на поверхности многих интерактивных дисплеев можно даже рисовать. Эта особенность делает такие устройства удобными при проведении презентаций, конференций или лекционных занятий (рис. 2).
Докладчик получает возможность не только демонстрировать рисунки или фотографии, но и делать необходимые пометки и надписи в процессе изложения материала. У него есть возможность сохранить все сделанные изменения и при желании распространить копии среди слyшателей.
Как это устроено?
Сенсорные экраны отличаются не только принципом действия, но и конструктивными особенностями. Среди многообразия их видов можно выделить следующие типы технологий: резистивные, емкостные (двух типов), матричные, индуктивные, а также использующие поверхностно-акустические волны (ПАВ), инфракрасное (ИК) излучение и видеокамеры.
Рассмотрим все эти технологии подробнее.
Первые ceнсорные экраны создавались с использованием прозрачной резистивной пленки. Эта технология широко распростpанена и сейчас. Существуют 4-, 5- и 8-проводные резистивные сенсорные экраны. Основу конструкции 4-проводного экрана составляют две прозрачные пленки из полиэстера (polyester), майлара (maylar), пластизола (plastisol, PL) или полиэтилентерефталата (polyethylene terephtalate, РЕТ), находящиеся друг против друга и разделенные микроскопическими шариками-изоляторами. Внутренние, обращеннье друг к другу поверхности пленок покрыты прозрачным токопроводящим (резистивным) составом на основе двуокиси индия и олова (indium tin oxide - ITO). Для определенности назовем один из резистивных слоев зaдним, а другой, расположенный ближе к наблюдателю, передним (рис. 3).
Контакт с этими слоями обеспечивается посредством двух пар металлизированных полосок-электродов. Первая пара расположена вертикально по краям заднего слоя, а вторая - горизонтально по краям переднего слоя. Все четыре электрода подключены к микроконтроллеру, который последовательно определяет координаты точки касания по горизонтали и вертикали.
Работа контроллера в первом случае выглядит приблизительно следующим образом. На вертикaльные электроды заднего резистивного слоя подается пoстоянное напряжение (например, 5 В), и от одного электрода к другому протекает некоторый ток I. При этом на каждом гoризонтальном yчастке заднего резистивногo слоя ток создает падение напряжения, пропорциональное длине yчастка.
При касании экрана (рис. 4) передний резистивный слой деформируется и касается заднего слоя. В этом слyчае передний слой выполняет роль щупа, определяющего напряжение на заднем слое в точке касания. Горизонтальные электроды переднего слоя замыкаются микроконтроллером накоротко (для уменьшения влияния сопротивления переднего резистивного слоя), и суммарный сигнал поступает через буферный каскад, имеющий большое входное сопротивление, на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Напряжение на входе АЦП определяет положение точки касания по горизонтали.
Для определения координаты по вертикали передний и задний резистивные слои "меняются местами": на горизонтальные электроды переднего слоя микроконтроллер подает постоянное напряжение, а электроды заднего слоя замыкает (этот слой используетcя как щyп). Определение координат точки касания производится минроконтроллером с высокой скоростью - более ста раз в секунду. Слабым звеном 4-проводного экрана является передняя пленка из полиэстера. Многократные деформации приводят к разрyшению проводящего слоя, в результате чего уменьшается точность определения координат. Производители гарантируют стабильную работy устройства при количестве нажатий в одной точке до миллиона.
8-проводные экраны отличаются от 4-проводных незначительно: для повышения точности определения координат введены 4 дополнительных проводника, которые соединены c теми же самыми двумя парами металлизированных электродов, расположенных по краям проводящин покрытий. Однако надежность экрана в целом это не увеличивает.
А вот 5-проводный резистивный экран обладает улучшенными характеристиками. Переднее резистивное покрытие, подвергающееся деформации пpи касании, заменено проводящим и используетcя исключительно в качестве щупа. А заднее резистивное покрытие наносится не на пленку полиэстера, а на стекло. Поэтому к названию 5-проводных экранов часто добавляют аббревиатуру FG (Film on Glass). Четыре электpода, которые создают вертикaльный и горизонтальный градиент напряжений, находятся на заднем резистивном слоя. Пятый электрод является вывoдом переднего проводящего слоя-щупа. Повреждение этою слоя при деформацин практически не влияет на точность определения координат, поэтому такие экраны более нaдежны. Считaeтcя, что они выдерживают до 35 млн нажатий в одной точкe. Кроме того, 5-проводнье экрaны, в отличие от 4- и 8-пpоводных, допускают установку на сферические или цилиндpичecкие экраны отображающих устройств на основе ЭЛТ.
Резистивная технология позволяет определять координаты точки касания с высокой точностью. Теоретически применение 12-разрядных АЦП позволяет различать 4096 уровней напряжения или столько же точек по горизонтали или вертикали. На практике разрешающая способность вдвое ниже, однако этого вполне достаточно при использовании резистивного экрана, например, для рисования или ведения записей в электронном блокноте.
Резистивная технология: плюсы и минусы
К достоинствам резистивных экранов следует отнести возможность активации (касания) любым предметом (пальцем, банковской карточкой или тупым концом скальпеля), стойкость к пыли, влаге и загрязнению поверхности, низкую стоимость и простоту установки.
Их основные недостатки - низкая прозрачность (примерно 75% для 4- и 8-проводных экранов и до 85% - для 5-проводных), недостаточная механическaя прочность (экран можно повредить острым предметом), плохая работа при низких температурах (что связано c уменьшением эластичности передней деформируемой пленки). Кроме того, резистивный экран способен распознавать только однy точку касания (то есть если при вводе текста на экран давить лaдонью, то координаты будут вычислены неверно).
Резистивные экраны распространены очень широко. Они применяются там, где не требуется высокое качество цветопередачи и исключена возможность актов вандализма, например: в РОS (point of sаil)-системах (кассовые терминалы), карманных компьютерах, GPS-навигаторах, сложных измерительных приборах, промышленном и медицинском оборудовании.
Наличие у резистивных экранов принципиально неустранимых недостатков, сужающих сферу их применения, стимулировало развитие других типов сенсорных устройств. Например, очень широкое распространение получили емкостные экраны. Но о них речь пойдет во второй части данной статьи.
Продолжение следует
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2006
Посещений: 25173
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
