12-летний опыт работы с промышленными сенсорными экранами R&Д и производство.
Технология емкостных сенсорных экранов: анализ основных технологий от емкостного сенсорного управления до интеллектуального сенсорного управления.
В настоящее время представленные на рынке емкостные сенсорные экраны в основном используют технологию PCAP (Projected Capacitive).
Сенсорные экраны PCAP обычно имеют прозрачный проводящий сенсорный слой, сформированный на стекле или других подложках, с матрицей сенсорного управления, состоящей из электродов, расположенных в направлениях X и Y. Когда палец касается экрана, тело человека изменяет электрическое поле вблизи области касания, вызывая изменение емкости в этом конкретном месте.
Контроллер сенсорного экрана выполняет высокоскоростное сканирование всей области считывания, определяет местоположение касания путем анализа изменений емкости и передает координаты касания в основную систему управления устройства.
Таким образом, полный процесс тактильного восприятия можно понимать следующим образом:
Сенсорное воздействие → Изменение емкости → Обнаружение датчиком → Получение данных от управляющей микросхемы → Обработка алгоритма → Распознавание координат → Реакция системы
Вся эта цепочка в совокупности определяет конечные характеристики сенсорного управления емкостного экрана.
Структура взаимной емкости обычно состоит из двух наборов пересекающихся чувствительных электродов, X и Y. Когда палец приближается к области пересечения, он изменяет электрическое поле связи в этой области. Микросхема сенсорного датчика определяет положение точки касания, сканируя изменения сигнала между различными электродами.
По сравнению с традиционными методами обнаружения касания в одной точке, технология взаимной емкости позволяет распознавать несколько точек касания одновременно, что обеспечивает следующие преимущества:
Нажатие одним пальцем
Двухпальцевое увеличение
Проведение несколькими пальцами
Операции перетаскивания
Управление жестами мультитач
В настоящее время эта технология широко используется в промышленных человеко-машинных интерфейсах, автомобильных информационно-развлекательных системах, медицинских приборах, интеллектуальных терминалах и киосках самообслуживания.
Датчик является важнейшим компонентом емкостных сенсорных экранов для распознавания касаний.
Благодаря формированию точной сети электродов в зоне касания, датчик способен обнаруживать мельчайшие изменения емкости, вызванные контактом пальца. Конструкция датчика напрямую влияет на чувствительность сенсорного экрана, светопропускание, точность касания и устойчивость к помехам.
К распространенным структурам для сенсорного управления относятся такие технологии, как ITO и металлическая сетка.
Для малогабаритной бытовой электроники конструкция сенсора должна обеспечивать баланс между тонкостью и высокой чувствительностью; для крупногабаритных промышленных емкостных сенсорных экранов дополнительные факторы включают длину электрода, паразитную емкость, затухание сигнала и шум.
Таким образом, по мере увеличения размеров сенсорных экранов конструкция датчиков становится все более сложной.
Датчик отвечает за обнаружение изменений емкости, а микросхема контроллера сенсорного экрана — за преобразование этих изменений в распознаваемые данные сенсорного экрана.
Микросхема контроллера сенсорного экрана обычно выполняет следующие задачи:
Периодическое сканирование датчика;
Получение необработанных сигналов с сенсорной области;
Фильтрация и обработка сигналов;
Определение наличия действительного прикосновения;
Вычисление координат касания;
Выявление множественных точек соприкосновения;
Определение траекторий касания;
Передача окончательных данных в главную систему управления.
Следовательно, характеристики микросхемы контроллера сенсорного экрана должны быть соответствующим образом согласованы со структурой датчика, толщиной защитного стекла, размером экрана и условиями эксплуатации.
В процессе разработки продукта обычно требуется одновременная оптимизация аппаратной части и программных алгоритмов для достижения стабильной работы сенсорного экрана.
Емкостные экраны не интерпретируют изменение емкости автоматически как «касание пальцем».
В реальных условиях на экран могут одновременно воздействовать капли воды, электромагнитные помехи, зарядные устройства, беспроводные сигналы и другие электронные компоненты. Поэтому сенсорная система должна анализировать полученные необработанные сигналы с помощью алгоритмов.
Типичный рабочий процесс обработки сигналов включает в себя:
Сбор исходных данных → Фильтрация шума → Анализ сигнала → Обнаружение касания → Расчет координат → Распознавание множественных касаний → Вывод данных
Этот процесс включает в себя такие технологии, как отслеживание базовой линии, подавление шума, фильтрация сигнала, обнаружение ложных срабатываний и отслеживание траектории касания.
Высококачественные алгоритмы способны отличать корректные касания от некорректных помех в сложных условиях, тем самым уменьшая количество ложных касаний и повышая стабильность сенсорного управления.
Традиционные емкостные сенсорные экраны в основном полагаются на электрическую проводимость тела. Поэтому, когда пользователи носят толстые перчатки, емкостная связь между телом и сенсорным датчиком ослабевает, что влияет на качество сенсорного управления.
Для удовлетворения требований промышленного, наружного и медицинского применения современные емкостные сенсорные экраны могут быть специально оптимизированы за счет структуры датчика, параметров управляющей микросхемы и алгоритмов сенсорного управления.
Основные области оптимизации сенсорной технологии, совместимой с перчатками, включают:
Улучшение возможностей распознавания сенсорных сигналов;
Оптимизация структуры электродов сенсора;
Настройка параметров сканирования сенсорного интерфейса;
Расширение возможностей обработки сигналов;
Снижение воздействия фонового шума.
Для промышленных рабочих, которым необходимо длительное время работать с оборудованием в рабочих перчатках, стабильная сенсорная функциональность, совместимая с перчатками, может значительно повысить удобство использования такого оборудования.
Вода представляет собой еще одну серьезную проблему для емкостной сенсорной технологии.
Поскольку вода обладает некоторой проводимостью, капли воды, прилипшие к поверхности экрана, могут изменять локальное электрическое поле, вызывая тем самым ошибочные сигналы касания.
Поэтому в оборудовании для активного отдыха, зарядных станциях, морском оборудовании и сельскохозяйственной технике сенсорные системы должны быть оптимизированы для работы с каплями воды и влажной средой.
Водонепроницаемость сенсорного экрана не может быть достигнута за счет одного компонента; для этого требуется комплексная оптимизация следующих элементов:
Разработка сенсора + сенсорный интегральный микросхема + алгоритмы обработки сигналов + программная обработка
Комплексная оптимизация.
Анализируя различные характеристики сигналов, генерируемых реальными пальцами и каплями воды, можно уменьшить количество ложных срабатываний, вызванных каплями воды, и повысить надежность устройств во влажной среде.
По сравнению с обычной бытовой электроникой, промышленные емкостные сенсорные экраны часто работают в более сложных электромагнитных условиях.
Например, промышленное оборудование может содержать двигатели, преобразователи частоты, модули питания, высоковольтное оборудование и модули беспроводной связи. Электромагнитные помехи, создаваемые этими устройствами, могут создавать помехи для емкостных сенсорных сигналов.
Следовательно, для промышленных емкостных сенсорных экранов требуется защита от помех на нескольких уровнях:
Оптимизация структуры датчика;
Разработка компоновки печатной платы;
Проектирование источников питания;
Схема заземления;
Проектирование с учетом электромагнитной совместимости (ЭМС);
Настройка параметров сенсорного интерфейса;
Алгоритмы фильтрации программного обеспечения.
Только благодаря скоординированным усилиям аппаратного и программного обеспечения сенсорный экран может поддерживать стабильную работу в сложных промышленных условиях.
По мере увеличения размеров промышленных дисплеев, емкостные сенсорные экраны размером 15,6 дюймов, 17 дюймов, 21,5 дюймов и даже больше постепенно внедряются в системы промышленного управления, интеллектуальные терминалы и общественное оборудование.
С увеличением размера экрана увеличивается и площадь чувствительной поверхности датчика, а также длина линий электродов, что может привести к следующим последствиям:
Затухание сигнала;
Увеличение паразитной емкости;
Усиленные шумовые помехи;
Ухудшение сенсорного отклика по краям экрана;
Снижена стабильность отклика сенсорного экрана.
Следовательно, для больших емкостных сенсорных экранов требуется более точная координация между структурой датчика, управляющей микросхемой, алгоритмами и всей системой в целом.
Развитие технологии емкостных сенсорных экранов больше не ограничивается простыми касаниями и свайпами, а постепенно движется в сторону большей интеллектуальности, надежности и сложности.
В будущих технологиях емкостного сенсорного управления больше внимания будет уделяться следующим аспектам:
Высокая чувствительность — быстрое распознавание даже при самом легком прикосновении.
Адаптивность к различным условиям окружающей среды — поддержание стабильности при высоких и низких температурах, высокой влажности и на открытом воздухе.
Интеллектуальное распознавание — более точное различение пальцев, перчаток, капель воды и других помех.
Высокая помехоустойчивость — адаптация к сложным электромагнитным условиям в промышленном оборудовании и автомобильной электронике.
Крупномасштабные приложения — удовлетворение потребностей в разработке промышленных дисплеев и крупномасштабных интеллектуальных терминалов.
Высокая степень интеграции — дальнейшая интеграция сенсорных датчиков, TFT-ЖК-дисплеев, защитного стекла, сенсорных микросхем и других компонентов для создания более комплексного решения для сенсорного отображения.
Grahowlet — профессиональный производитель емкостных сенсорных экранов. & Сенсорные ЖК-мониторы с низким энергопотреблением, высокой чувствительностью и высоким разрешением.
Мобильный телефон: +86 19166465972
WhatsApp: +86 19166465972
Команды:Flora@grahowlet.com
Адрес: 4-й этаж, корпус 3, ул. Таннин, 32, улица Юньхэ, район Линьпин, Ханчжоу, провинция Чжэцзян, Китай.
Свяжитесь с нами