Obecnie istnieje kilka rodzajów ekranów dotykowych. Są to: rezystancyjne (dwuwarstwowe), pojemnościowe powierzchniowe i indukcyjne pojemnościowe, powierzchniowa fala akustyczna, podczerwień i fala zginająca, aktywny digitizer i obrazowanie optyczne. . Można je podzielić na dwa typy. Jeden typ wymaga ITO, takiego jak pierwsze trzy typy ekranów dotykowych, a drugi typ struktury nie wymaga ITO, taki jak te ostatnie typy ekranów.
Ekrany dotykowe są wszędzie wokół nas. W dziedzinie osobistych urządzeń przenośnych, takich jak PDA, ekrany dotykowe oszczędzają miejsce i są łatwe do przenoszenia, a także lepsza interakcja człowiek-komputer. Obecnie na rynku najczęściej stosowane są rezystancyjne ekrany dotykowe oraz pojemnościowe ekrany dotykowe wykorzystujące materiały ITO.
Rezystancyjny ekran dotykowy
ITO to angielski skrót od tlenku cyny indu, który jest przezroczystym przewodnikiem elektrycznym. Właściwości tej substancji można regulować, dostosowując stosunek indu do cyny, metodę osadzania, stopień utlenienia i wielkość ziaren kryształu. Cienkie materiały ITO mają dobrą przezroczystość, ale wysoką impedancję; grube materiały ITO mają niską impedancję, ale przezroczystość ulegnie pogorszeniu. Podczas osadzania na folii poliestrowej PET temperatura reakcji powinna spaść poniżej 150 stopni, co doprowadzi do niepełnego utlenienia ITO. W kolejnych zastosowaniach ITO będzie narażony na działanie powietrza lub barier powietrznych, a jego impedancja powierzchni jednostkowej będzie się różnić ze względu na samoutlenianie. Zmiana czasu. To sprawia, że rezystancyjny ekran dotykowy musi być często kalibrowany.
Rysunek 1 to boczny widok poprzeczny rezystancyjnego ekranu dotykowego. Powierzchnia dotykana palcem jest twardą powłoką chroniącą leżącą pod spodem warstwę PET. Warstwa PET jest cienką, elastyczną folią PET, która wygina się w dół, gdy powierzchnia jest dotykana, i pozwala dwóm warstwom powłoki ITO poniżej stykać się ze sobą i łączyć obwód w tym punkcie. Pomiędzy dwiema warstwami ITO znajdują się punkty podparcia izolacji o grubości około jednej tysięcznej cala, aby oddzielić dwie warstwy. Na dole znajduje się przezroczysta twarda dolna warstwa podtrzymująca strukturę powyżej, zwykle szkło lub plastik.
Wielowarstwowa struktura rezystancyjnego ekranu dotykowego spowoduje dużą utratę światła. W przypadku urządzeń przenośnych zwykle konieczne jest zwiększenie źródła podświetlenia, aby nadrobić problem słabej transmisji światła, ale zwiększy to również zużycie baterii. Zaletą rezystancyjnego ekranu dotykowego jest to, że jego ekran i system sterowania są stosunkowo tanie, a czułość reakcji jest również bardzo dobra.
pojemnościowy ekran dotykowy
Pojemnościowy ekran dotykowy musi również korzystać z materiału ITO, a jego niskie zużycie energii i długa żywotność, ale wyższy koszt sprawia, że wcześniej jest mniej zaniepokojony. Przyjazny interfejs człowiek-maszyna i płynna obsługa zapewniane przez iPhone'a firmy Apple sprawiły, że pojemnościowy ekran dotykowy stał się popularny na rynku, a różne pojemnościowe produkty z ekranem dotykowym pojawiły się jeden po drugim. A wraz z postępem procesu i masową produkcją jego koszt nadal spada i zaczyna stopniowo zastępować rezystancyjny ekran dotykowy.
Pojemnościowy ekran dotykowy powierzchni wykorzystuje tylko jedną warstwę ITO, gdy palec dotknie powierzchni ekranu, pewna ilość ładunku elektrycznego zostanie przeniesiona na ludzkie ciało. Aby odzyskać te straty ładunku, ładunek jest uzupełniany z czterech rogów ekranu. Ilość ładunku dodana w każdym kierunku jest proporcjonalna do odległości punktu dotyku i na tej podstawie możemy obliczyć położenie punktu dotyku.
Powłoka ITO o pojemności powierzchniowej zwykle wymaga zlinearyzowanych elektrod metalowych na obwodzie ekranu, aby zmniejszyć wpływ efektów narożnika / krawędzi na pole elektryczne. Czasami pod powłoką ITO znajduje się warstwa ekranująca ITO, która blokuje hałas. Pojemnościowy ekran dotykowy powierzchni musi zostać skalibrowany co najmniej raz, zanim będzie można go użyć.
W porównaniu z powierzchniowym pojemnościowym ekranem dotykowym indukcyjny pojemnościowy ekran dotykowy może przenikać przez grubszą warstwę pokrywy i nie wymaga korekty. Indukcyjny typ pojemnościowy wytrawia różne moduły ITO na dwóch warstwach powłok ITO. Konieczne jest rozważenie całkowitej impedancji modułów, impedancji linii łączących między modułami oraz pojemności pasożytniczej generowanej na przecięciu dwóch warstw modułów ITO. Aby wykryć dotyk palca, obszar modułu ITO powinien być mniejszy niż obszar palca. Gdy używany jest wzór diamentowy, długość przekątnej jest zwykle kontrolowana przy 4 do 6 mm.
Na rysunku 3 zielone i niebieskie moduły ITO znajdują się na dwóch warstwach powłoki ITO. Można je traktować jako stale zmieniające się suwaki w kierunkach X i Y. Różne moduły ITO w kierunkach X i Y muszą być skanowane oddzielnie. Uzyskaj lokalizację punktu dotyku i trajektorię dotyku. Pomiędzy dwiema warstwami powłoki ITO znajduje się warstwa izolacyjna PET lub szkła. Ten ostatni ma lepszą przepuszczalność światła, może wytrzymać większe ciśnienie i ma wyższą wydajność. Może być bezpośrednio powlekany na powierzchni LCD w specjalnym procesie, ale jest również cięższy. Im cieńsza ta warstwa izolacyjna, tym lepsza przepuszczalność światła, ale tym większa pojemność pasożytnicza między dwiema warstwami ITO.
Pozycja dotykowa wykryta przez pojemnościowy ekran dotykowy odpowiada punktowi krzyżowemu, w którym wykrywana jest maksymalna wartość zmiany pojemności. Dla osi X lub Y jest to średnia ważona ilości sygnału różnych modułów ITO, aby uzyskać ilość pozycji, a następnie system znajduje się pod ekranem dotykowym. Punkt dotyku lub ścieżka jest wyświetlana na ekranie LCD.
Gdy dotykają się dwa palce (dwa czerwone punkty), na każdej osi będą dwie maksymalne wartości. W tej chwili istnieją dwie możliwe kombinacje, a system nie może dokładnie zlokalizować i ocenić. To jest to, co zwykle nazywamy lustrzanymi kropkami (dwie niebieskie kropki).
Ponadto dolna część ekranu dotykowego to wyświetlacz LCD, a jego powierzchnia jest również przewodząca. Spowoduje to wygenerowanie pojemności pasożytniczej z sąsiednim modułem ITO powlekanym ITO. Zwykle musimy zarezerwować pewną warstwę powietrza między dwiema warstwami. Zmniejsz wpływ pojemności pasożytniczej.
Pojemnościowy ekran dotykowy
Wśród obecnych pojemnościowych rozwiązań z ekranem dotykowym produkty Cypress PSoC zajmują wiodącą pozycję dzięki programowalnej, elastycznej konstrukcji, dobrej spójności i wydajnemu środowisku programistycznemu projektanta PSoC Express / PSoC.
Technologia PSoC CapSense jest realizowana z wykorzystaniem modułów CSA lub CSD opartych na zasadzie wykrywania pojemnościowego. Będą występować pasożytnicze pojemności między sąsiednimi modułami czujników lub przewodami na płytce drukowanej lub ekranie dotykowym (patrz Cp na rysunku 4). Gdy palec zbliża się lub dotyka dwóch sąsiednich modułów czujników, jest to równoznaczne z dodaniem dwóch pojemności. Jest to odpowiednik kondensatora Cf podłączonego równolegle do Cp. Korzystając z technologii CSA i CSD PSoC, można wykryć zmianę tej pojemności, aby określić, czy występuje dotyk palcem.
Zalety rozwiązania ekranu dotykowego PSoC znajdują również odzwierciedlenie w:
1. Jest to rozwiązanie jednoukładowe, które redukuje komponenty zewnętrzne w porównaniu z tradycyjnym rozwiązaniem i zmniejsza ogólny koszt BOM systemu.
2. Korzystając z mostka I2C-USB i innych powiązanych narzędzi, w połączeniu ze środowiskiem programistycznym projektanta PSoC Express / PSoC, możesz znacznie zaoszczędzić czas i koszty programowania.
3. Wewnętrzne IO PSoC i różne moduły analogowe / cyfrowe mogą być dynamicznie rekonfigurowane, a projekt może być aktualizowany w celu spełnienia nowych wymagań bez modyfikowania schematu i płytki drukowanej. Obsługuje również różne interfejsy komunikacyjne I2C / UART / SPI / USB itp. i może być łatwo podłączony do hostów z różnymi interfejsami, co zmniejszy koszty aktualizacji systemu.
4. PSoC może elastycznie ustawiać parametry w odpowiedzi na zmiany w środowisku zewnętrznym - zakłócenia RF / zmiany temperatury / wahania mocy itp., I jest szeroko stosowany w sterowaniu dotykowym wyświetlaczy LCD, telefonów komórkowych, aparatów cyfrowych i sprzętu AGD.
5. Oprócz sterowania dotykiem, PSoC może również realizować funkcje o wartości dodanej, takie jak sterowanie podświetleniem LED, sterowanie silnikiem, zarządzanie energią i rozszerzenie I / O.
PSoC został zastosowany do ekranów dotykowych o różnych rozmiarach. Jeśli chcesz zrealizować sterowanie pojemnościowymi ekranami dotykowymi powierzchniowymi, możesz użyć serii CY8C21x34 lub CY8C24x94, aby zrealizować to za pomocą modułu CSD, jak pokazano na rysunku 5. Sterowanie indukcyjnym pojemnościowym ekranem dotykowym może być realizowane przez serię CY8C20x34 poprzez moduł CSA lub przez serię CY8C21x34 lub CY8C24x94 poprzez moduł CSD.
Przy projektowaniu produktów z ekranem dotykowym należy zważyć wydajność i koszt. Koszt rezystancyjnych ekranów dotykowych jest niski, konkurencja jest ostra i istnieją pewne ograniczenia w wydajności i aplikacjach.
1. Pojemnościowy ekran dotykowy potrzebuje tylko dotyku, a nie nacisku do generowania sygnałów.
2. Pojemnościowy ekran dotykowy wymaga tylko jednorazowej kalibracji lub nie wymaga żadnej kalibracji po produkcji, podczas gdy technologia rezystancji wymaga regularnej kalibracji.
3. Żywotność rozwiązania pojemnościowego będzie dłuższa, ponieważ części pojemnościowego ekranu dotykowego nie wymagają żadnego ruchu. W rezystancyjnych ekranach dotykowych górna folia ITO musi być wystarczająco cienka, aby była elastyczna, aby zginać się w dół, aby stykać się z dolną folią ITO.
4. Technologia pojemnościowa jest lepsza od technologii rezystancji pod względem utraty światła i zużycia energii przez system.
5. Wybór między technologią pojemnościową a technologią rezystancyjną zależy głównie od obiektu, który dotyka ekranu. Jeśli zostanie dotknięty palcem, pojemnościowy ekran dotykowy jest lepszym wyborem. Jeśli potrzebujesz rysika, niezależnie od tego, czy jest to plastik, czy metal, rezystancyjny ekran dotykowy może wykonać to zadanie. Pojemnościowy ekran dotykowy może również korzystać z rysika, ale do współpracy potrzebuje specjalnego rysika.
6. Pojemnościowy typ powierzchniowy może być używany do dużych ekranów dotykowych, a względny koszt jest również niski, ale obecnie nie obsługuje rozpoznawania gestów; indukcyjny typ pojemnościowy jest używany głównie do małych i średnich ekranów dotykowych i może obsługiwać rozpoznawanie gestów.
7. Technologia pojemnościowa jest odporna na zużycie, ma długą żywotność i niskie koszty konserwacji, gdy użytkownicy z niej korzystają. W związku z tym całkowity koszt operacyjny producenta można jeszcze bardziej obniżyć.
Trend rozwoju pojemnościowego ekranu dotykowego
Pojemnościowe ekrany dotykowe zostały zastosowane w iPhone'ach i innych urządzeniach przenośnych. Pozycjonowanie jednopunktowej ścieżki / symulowanie dwukrotnego kliknięcia myszą jest jego podstawową funkcją, a rozpoznawanie i stosowanie operacji gestów wieloma palcami stało się gorącym punktem na obecnym rynku. W aplikacjach przenośnych użytkownik trzyma urządzenie w jednej ręce i może pracować tylko drugą ręką. Dlatego szczególnie ważne jest rozpoznawanie operacji gestów, takich jak chwytanie / tłumaczenie wieloma palcami, rozciąganie / kompresja, obracanie i obracanie stron. Indukcyjny pojemnościowy ekran dotykowy PSoC może już osiągnąć wykrywanie wielopunktowe, aby obsługiwać rozpoznawanie gestów dwoma palcami. Można przewidzieć, że pojemnościowe ekrany dotykowe obsługujące rozpoznawanie gestów będą świecić na rynku.
