docAplikacje Systemów Wbudowanych
download 
Reklamacja Transkrypt
Aplikacje Systemów Wbudowanych
Aplikacje Systemów Wbudowanych Ekrany dotykowe Gdańsk, 2016 Ekrany dotykowe Tak to się zaczęło … • Ojcem ekranów dotykowych jest dr Samuel C. Hurst, który jako pierwszy skonstruował sensor dotykowy (pomiar współrzędnych) na Uniwersytecie Kentucky w 1971. Urządzenie to zostało nazwane Elograph. Elograph w przeciwieństwie do współczesnych ekranów dotykowych nie był przezroczysty. • 2 Ekrany dotykowe Przykład urządzenia które można nazwać przodkiem ekranów dotykowych. Pierwsze zapiski dotyczące jednej z technologii ekranów dotykowych. 3 Ekrany dotykowe Tak • to się zaczęło … Nieco później, w 1974 roku, dzięki wprowadzeniu przezroczystej powierzchni, powstaje pierwszy prawdziwy ekran dotykowy Elographics (Elo TouchSystems). 4 Ekrany dotykowe Tak • to się zaczęło … W 1977 zostaje opracowana technologia „five-wire resistive", która jest wykorzystywana do dziś. Jest to technologia polegająca na detekcji zmiany oporu (elektrycznego) między przezroczystymi elektrodami "wtopionymi" w ekran. 5 Ekrany dotykowe Tak • • • to się zaczęło … 1982 – 33 telewizory pokryte panelami dotykowymi (Knoxville, Tennessee). 1982 – Flexible Machine Interface (NimishMehta , University of Toronto),pierwszy system multi-touch. 1983 – HP-150, pierwszy komputer wyposażony w ekran dotykowy. 6 Ekrany dotykowe Tak • • to się zaczęło … 1992 - Flip Keyboard (Bill Buxton, Xerox PARC). 1993 - Simon (IBM & Bell South) 7 Ekrany dotykowe Tak • • to się zaczęło … 2007 - Ekran dwustronnie dotykowy, Microsoft. 2007 – Apple iPhone. 8 Ekrany dotykowe Co to właściwie jest? Ekran, umożliwiający sterowanie urządzeniem, w które jest wbudowany, przez dotykanie palcem lub plastikowym rysikiem wyświetlanych obiektów. Dotknięcie obiektu jest odpowiednikiem kliknięcia przyciskiem myszy. W ekrany dotykowe wyposażone są: - niektóre komputery PC, - telefony komórkowe, - PDA, - panele w kioskach informacyjnych, - niektóre bankomaty, - zaawansowane tablety. 9 Ekrany dotykowe Podstawowy ekran dotykowy składa się z trzech części: • • (1) sensora dotyku, (2) kontrolera, • (3) sterowników. 10 Ekrany dotykowe Sensor dotyku • Jest to szklana płyta z powierzchnią czułą na dotyk Poprzez dotykanie odpowiednich miejsc na panelu komputer rozpoznaje które „wirtualne przyciski" zostały naciśnięte W tej chwili jest kilka rodzajów technologii sensorów dotykowych, a każda wykorzystuje inną metodę wykrywania dotyku Najogólniej rzecz ujmując przez powierzchnię czułą na dotyk przepływa sygnał (elektryczny, akustyczny itp.), a dotyk powoduje zaburzenie tegoż sygnału, komputer interpretując zmianę sygnału ustala rodzaj dotyku (palec, rysik) oraz jego lokalizację. • • • 11 Ekrany dotykowe Kontroler Jest to urządzenie łączące ekran dotykowy z komputerem Jego zadaniem jest zbieranie informacji z panelu oraz ich przetłumaczenie na język zrozumiały dla komputera, a potem przesłanie ich do komputera poprzez interfejs (w zależności od komputera może to być np. USB, połączenie szeregowe itp.) 12 Ekrany dotykowe Sterowniki • Jest to program, który wgrywamy na komputer aby mógł on współpracować z ekranem dotykowym Dzięki sterownikom komputer potrafi odczytywać informacje z ekranu dotykowego oraz je interpretować Większość dzisiejszych sterowników działa na zasadzie "emulacji myszki", co oznacza, że dotkniecie ekranu ma takie same efekty jak klikniecie myszką w tym punkcie Dzięki temu ekrany dotykowe mogą współpracować z niemal wszystkimi systemami operacyjnymi i programami • • • 13 Ekrany dotykowe Rezystancyjne • Podział ekranów rezystancyjnych - 4-przewodowe (4-wire) - 5-przewodowe (5-wire) - 6-przewodowe (5+1-wire) Szósty przewód jest dodatkowym ekranem zabezpieczającym przed zakłóceniami elektromagnetycznymi - 7-przewodowe - 8-przewodowe 14 Ekrany dotykowe Rezystancyjne – budowa ekranu • Na szklanym podłożu napylona jest warstwa przewodząca oddzielona izolatorem od drugiej warstwy przewodzącej napylonej na membranę warstwą poliestrową. Membrana poliestrowa ze względu na swoją wytrzymałość stanowi jednocześnie ochronę ekranu przed uszkodzeniami. (trwałość: 35 mln. nacisków na punkt). Izolator i warstwy przewodzące są przezroczyste, dzięki czemu ekran dotykowy przepuszcza ok. 87% światła. Przestrzeń pomiędzy poliestrem a szkłem uszczelniona jest przed wnikaniem wilgoci i brudu. • • • ITO – tlenek cynkowo-idowy 15 Ekrany dotykowe Rezystancyjne – zasada działania • Dotknięcie ekranu powoduje zwarcie ze sobą dwóch warstw przewodzących. Powstałe napięcie elektryczne jest analogową reprezentacją miejsca dotknięcia. Kontroler ekranu dotykowego zamienia sygnał analogowy na cyfrową informację o pozycji dotyku i przesyła ja do komputera. Membrana poliestrowa działa w tym wypadku jedynie jako próbnik napięcia. Jej ewentualne zniekształcenia nie mają wpływu na poprawne działanie całego ekranu dotykowego. • • 16 Ekrany dotykowe Rezystancyjne – zalety • • Stosunkowo niedrogie Możliwość aktywowania dowolnym przedmiotem Wysoka dokładność Niskie zapotrzebowanie na energię Łatwe do wyprodukowania Łatwe do wmontowania w wyświetlacz Odporne na zalanie płynem Rezystancyjne – wady • Ograniczona przepuszczalność światła (82 ..85%) „Rozmycie” rozdzielczości Mało odporne na trudne środowisko, zadrapania i uszkodzenia Wymagają czasowych kalibracji Krótka żywotność (35 milionów dotknięć) • • • • • • • • • 17 Ekrany dotykowe Acoustic Pulse Recognition – APR – budowa ekranu • Ekran zbudowany jest z czystego szkła. W brzegach ekranu zatopione są cztery przetworniki piezoelektryczne (mikrofony), które przetwarzają fale akustyczne (dźwięki) na sygnał cyfrowy zrozumiały dla komputera. Przetworniki znajdują się na wewnętrznej części ekranu, dzięki czemu nie są narażone na brud, wilgoć itd. • APR – z wykorzystaniem rozpoznawania impulsu dźwiękowego 18 Ekrany dotykowe Acoustic Pulse Recognition – APR – sposób działania • Dotknięcie ekranu dotykowego powoduje powstanie fali akustycznej, która dociera do przetworników z różnym natężeniem. Przetworniki zamieniają odebrane fale na sygnał cyfrowy i przesyłają go do kontrolera ekranu dotykowego. Zebrane informacje porównywane są z matrycą dźwięków zaprogramowaną w kontrolerze w trakcie produkcji. Wynikiem porównania jest informacja o miejscu, w którym dotknięto ekran. Dane te przekazywane są do komputera. • • • 19 Ekrany dotykowe • • • • • Acoustic Pulse Recognition – APR – zalety Pracuje poprawnie także z zadrapaniami i kurzem na ekranie Właściwości optyczne i wytrzymałościowe zależą tylko od rodzaju użytego szkła Do aktywacji nie jest potrzeby przewodnik Odporność na kurz, wodę i brud Małe i duże rozmiary paneli Acoustic Pulse Recognition – APR – wady • Nie można wykryć obecności przedmiotu po inicjacji 20 Ekrany dotykowe Infrared – budowa ekranu • Obszar roboczy ekranu wykonany jest z czystego szkła. W brzegach ekranu znajdują się diody świecące promieniami podczerwieni na przeciwko których umiejscowione są sensory (czujniki) reagujące na podczerwień. Diody i sensory zatopione są w szczelnej przezroczystej osłonie poliwęglowej (rama Opto-matrix), która umieszczona jest pod obudową monitora. • 21 Ekrany dotykowe Infrared – budowa ekranu • Kolejne odpowiadające sobie pary diod nadawczych i odbiorczych uruchamiane są cyklicznie z bardzo dużą szybkością Dotknięcie ekranu powoduje blokadę przepływu promieni w osi x oraz y. Kontroler ekranu dotykowego dokonuje odczytu z sensorów poczerwieni i przetwarza tą informację na dane cyfrowe zrozumiałe dla komputera. Informacja o miejscu dotknięcia jest przekazywana do komputera. • • • 22 Ekrany dotykowe Infrared – zalety • • Wysoka przenikalność, powyżej 90% Najwyższa wytrzymałość powierzchni Wysoka odporność na wpływ środowiska Możliwość aktywacji dowolnym przedmiotem Infrared – wady • Dodatkowe warunki przy projektowaniu paneli związane z lokalizacją LED i sensorów Możliwość „przedwczesnej” aktywacji Zanieczyszczenia mogą wprowadzić fałszywą aktywację sensorów Wrażliwość na światło • • • • • 23 Ekrany dotykowe SAW – budowa ekranu • Obszar roboczy ekranu wykonany jest z czystego szkła. W brzegach ekranu znajdują się przetworniki emitujące i odbierające ultradźwięki oraz serie zespolonych z szybą generatorów odbić ultardźwiękowych. Przetworniki oraz generatory odbić są ukryte pod obudową monitora, przez co nie jest możliwe ich zalanie, uszkodzenie itd. • SAW - z akustyczną falą powierzchniową (na powierzchni ekranu) 24 Ekrany dotykowe SAW – sposób działania • Przetworniki emitują i odbierają fale ultradźwiękowe, które za pośrednictwem generatorów odbić są rozpraszane po ekranie w dwóch osiach: X i Y. Dotknięcie ekranu powoduje pochłonięcie części fal i tym samym powstaje cień fali ultradźwiękowej. Kontroler ekranu dotykowego dokonuje odczytu z informacji przekazanych przez przetworniki i porównuje wyniki z cyfrową mapą odbić zaprogramowaną w kontrolerze. Wynikiem porównania jest precyzyjna informacja o miejscu dotknięcia ekranu, która w formie cyfrowej przekazywana jest do komputera • • • 25 Ekrany dotykowe SAW – zalety • • Wysoka odporność na zadrapanie Długa żywotność Możliwość pomiaru odpowiedzi na dotyk także w osi Z (siła nacisku) Technologia niewrażliwa na temperaturę Przepuszczalność światła rzędu 90% SAW – wady • Nie jest zalecana do pracy w środowisku narażonym na otwarte ciecze Dość wysokie koszty Martwe strefy (zanieczyszczenia) Nie można jej aktywować przy pomocy izolatora • • • • • • 26 Ekrany dotykowe Pojemnościowe – budowa ekranu • Obszar roboczy ekranu wykonany jest z dwóch warstw szkła, pomiędzy którymi umieszczona jest siatka czujników reagujących na zmianę pojemności elektrycznej. Warstwa z czujnikami zatopiona jest w szkle, przez co nie jest możliwe ich zalanie, uszkodzenie itd. Ekran reaguje na zmiany pojemności elektrycznej również poprzez inne przedmioty (np. szybę). • 27 Ekrany dotykowe Pojemnościowe – sposób działania • Za pomocą położonych w rogach ekranu elektrod w podłożu wytwarzane jest zmienne pole elektryczne. Dotknięcie ekranu powoduje spadki napięcia wywołane prądami upływającymi z każdej z elektrod i porównując je określa miejsce dotknięcia. Kontroler ekranu dotykowego na podstawie uzyskanych informacji przekazuje do komputera dane o pozycji dotknięcia. • • 28 Ekrany dotykowe Pojemnościowe – zalety • • Odporne na brud, kurz i wodę Duża wytrzymałość i odporność na zarysowania Duża precyzja, czułość i rozdzielczość Żywotność do około 225 milionów dotknięć Przepuszczalność światła na poziomie 88..92% Pojemnościowe – wady • Dotyk tylko przez palec lub przedmioty przewodzące Wysokie koszty związane ze skomplikowanym układem przetwarzania • • • • 29 Ekrany dotykowe Surface Capacitive – budowa ekranu • Technologia Surface Capacitive działa w oparciu o przewodnictwo elektryczne materiałów. Na szklanej szybie naniesiona jest twarda warstwa (przewodząca napięcie) na której tworzy się pole elektryczne. Wokół brzegów ekranu znajdują się elektrody, które emitują niskie napięcie do warstwy przewodzącej. 30 Ekrany dotykowe Surface Capacitive – sposób działania • Powierzchnia ekranu dotykowego pokryta jest polem elektrycznym. Dotknięcie ekranu powoduje zmiany natężenia pola. Kontroler ekranu dotykowego dokonuje pomiaru pola elektrycznego w każdym z czterech rogów ekranu. Wynikiem pomiaru jest informacja o miejscu dotknięcia ekranu, która w formie cyfrowej przekazywana jest do komputera • • • 31 Ekrany dotykowe Dispersive Signal Technology – budowa ekranu • Ekran składa się z chemicznie wzmocnionego szklanego podłoża, w którym w każdym rogu znajdują się czujniki piezoelektryczne połączone z kontrolerem. 32 Ekrany dotykowe Dispersive Signal Technology – sposób działania • Czujniki mierzą energię oscylacyjną wibracji podłoża spowodowanego dotykiem. 33 Ekrany dotykowe Dispersive Signal Technology – zalety • Wysoka precyzja i światłość ekranu Wysoka wytrzymałość szklanej powierzchni Odporność na zabrudzenia i zarysowania Ulepszone tłumienie błędnych sygnałów • • • • • Dispersive Signal Technology – wady Przedmioty statyczne nie są wykrywane 34 Ekrany dotykowe Optical Imaging • Dwie miniaturowe kamery w rogach, które „widzą” palec lub rysik skanując powierzchnię wzdłuż ekranu. Ramka podświetlana jest światłem IR (diody LED), lub są tam powierzchnie odbijające. Dotyk powoduje powstanie „cienia”, na podstawie którego można określić jego pozycję. 35 Ekrany dotykowe Optical Imaging – zalety • Wysoka dokładność, uniwersalność, trwałość i odporność Niskie koszty (duże ekrany) Bardzo wysoka przejrzystość ekranu Łatwa w produkcji Stabilność właściwości w długim czasie Odporne na zanieczyszczenia i rysy Multi-touch • • • • • • 36 Ekrany dotykowe Frustrated Total Internal Reflection • Dotknięcie ekranu powoduje zaburzenie całkowitego wewnętrznego odbicia i faktu, że wypustki linii papilarnych, stykając się z powierzchnią, absorbują światło, natomiast wgłębienia je odbijają. Rozproszone światło jest detekowane przez kamerę IR. 37 Ekrany dotykowe Frustrated Total Internal Reflection – zalety • Multi-touch Rozpoznawanie gestów Wykrywanie siły nacisku • • 38 Ekrany dotykowe Near Field Imaging – NFI – budowa ekranu • Ekran zbudowany jest z dwóch laminowanych tafli szkła oraz z przezroczystej warstwy obwodu elektrycznego wykonanego poprzez napylenie substancji przewodzącej ITO na wewnętrznej stronie jednej ze szklanych płytek. Do obwodu ITO doprowadzone jest napięcie przemienne celem wytworzenia pola elektrostatycznego na powierzchni membrany dotykowej. • NFI – z pomiarem zaburzeń pola elektrostatycznego ITO – tlenek cynkowo-idowy 39 Ekrany dotykowe Near Field Imaging – NFI – sposób działania • Dotknięcie pola jakimkolwiek przedmiotem wywołuje zaburzenia, które rejestrowane są przez kontroler celem ustalenia współrzędnych punktu dotknięcia. 40 Ekrany dotykowe Near Field Imaging – NFI – zalety • • Przezroczystość na poziomie 90% Wysoka odporność na uszkodzenia oraz zadrapania Nielimitowany czas pracy oraz liczba dotknięć Możliwość aktywacji dowolnym przedmiotem Near Field Imaging – NFI – wady • Aktualnie wysoka cena • • 41 Ekrany dotykowe NFI – z pomiarem zaburzeń pola elektrostatycznego SAW – z akustyczną falą na powierzchni ekranu GAW – z akustyczną falą wykorzystującą właściwości ekranu (szkła) APR – z wykorzystaniem rozpoznawania impulsu dźwiękowego 42 Ekrany dotykowe 43
