Сергей Гасанов

Торговая марка Onetouch принадлежит Onetouch Technologies Co., Ltd. - крупному мировому поставщику сенсорных экранов. Компания Onetouch Technologies Co., Ltd. была основана в 1988 году и являлась на тот момент первым предприятием-изготовителем сенсорных экранов в Тайване. Более чем за 23 года компания прошла путь от небольшой фирмы с тремя сотрудниками до крупной организации с величиной активов около 2 млн. $ (usd) и 45-ю работниками. Компания каждый год тратит приблизительно 2% вырученных от торгового оборота средств на проведение исследований и разработки новых видов изделий. Продукция Onetouch ежегодно демонстрируется на выставках CeBIT и Computex вместе с продукцией таких крупных производителей сенсорных экранов из США, как Elo Touch и MicroTouch.

Компания производит широкий спектр разновидностей сенсорных экранов (табл. 1), но основные усилия сейчас направлены на разработку и производство экранов больших размеров. Этот вид экранов широко применяется в терминалах розничной торговли, в мониторинге и управлении техническими системами, в системах медицинского наблюдения, а также в игровых автоматах. В 2004 году Onetouch Technologies совместно с научно-исследовательским институтом промышленных технологий и при финансировании со стороны министерства экономики Тайваня приступила к разработке поверхностно-емкостных сенсорных экранов.

Таблица 1. Продукция Onetouch 



Устройство сенсорных экранов

Четырехпроводной сенсорный экран

Основание экрана представляет собой стеклянную пластину с покрытием из твердого раствора оксида индия In2O3 (90% по массе) и двуокиси олова SnO2 (10% по массе). Данный материал (англ. Indium tin oxide - ITO или Tin-doped Indium oxide; далее по тексту для краткости именуемый In-Sn оксид) бесцветен и обладает хорошей прозрачностью для излучения видимого спектра. Важная особенность In-Sn оксида - проявление им резистивных свойств в электрических цепях.

Над стеклянной пластиной с резистивным покрытием из In-Sn оксида расположена мембрана из полиэтилентерефталата (сокращенно - ПЭТФ, также известного как лавсан или полиэстер). Мембрана с внутренней стороны также имеет резистивное покрытие из In-Sn оксида. Стеклянная пластина и мембрана из ПЭТФ разделены с помощью прозрачных точечных изолирующих распорок, равномерно распределенных по всей площади.

Схематическое изображение взаимного расположения слоев представлено на рисунке 1.






Рис. 1. Разрез резистивного сенсорного экрана


Верхний (Yup) и нижний (Ydown) электроды соединены с резистивным покрытием по всей длине верхней и нижней стороны ПЭТФ-мембраны. Аналогичным образом левый (Xleft) и правый (Xright) электроды соединены с резистивным покрытием по всей длине левой и правой стороны стеклянной пластины. Расположение электродов приведено на рисунке 2.






Рис. 2. Расположение электродов в резистивном четырехпроводном сенсорном экране

Когда осуществляется нажатие на экран, ПЭТФ-мембрана прогибается, и происходит электрический контакт между резистивными покрытиями мембраны и стеклянной пластины. Подавая напряжение на электроды и зная величину напряжения в месте контакта резистивных покрытий, можно определить позицию нажатия. Алгоритм считывания:

1) Контроллер прикладывает +5 В к электроду Xleft стеклянной пластины, а электрод Xright соединяет с землей. Электроды ПЭТФ-мембраны Yup и Ydown соединяют между собой накоротко, и с них снимается напряжение. Данное напряжение будет пропорционально X-координате места нажатия, т.к. из-за резистивных свойств In-Sn оксида образуется резистивный делитель напряжения, приложенного к Xleft и Xright. Затем полученное напряжение оцифровывается контроллером с помощью АЦП и предается в компьютер как Х-координата.

2) Аналогичным образом происходит получение Y-координаты. На электрод Yup подается +5 В, электрод Ydown соединяется с землей. Электроды Xleft и Xright соединяются между собой накоротко, и с них снимается напряжение. Величина полученного напряжения будет пропорциональна Y-координате места нажатия. Это напряжение также оцифровывается контроллером с помощью АЦП и передается в компьютер как Y-координата.


Пятипроводной сенсорный экран 

Взаимное расположение слоев аналогично расположению в четырехпроводном сенсорном экране (см. рисунок 3). Отличие в том, что четыре электрода расположены по углам резистивного покрытия на стеклянной пластине (UL, UR, LR и LL), резистивное покрытие ПЭТФ-мембраны имеет свой вывод (Probe).






Рис. 3. Расположение электродов в резистивном пятипроводном сенсорном экране

Когда контроллер ожидает нажатия на экран, резистивный слой стеклянной пластины подтянут к +5 В всеми четырьмя выводами электродов, резистивный слой ПЭТФ-мембраны заземлен через высокоомный резистор. При отсутствии нажатия напряжение на мембране равно нулю. Когда нажатие произошло, появился контакт резистивных слоев мембраны и стеклянной пластины, на выводе резистивного слоя мембраны появилось напряжение, и начинает работать алгоритм вычисления координат нажатия:

1) Контроллер прикладывает +5 В к электродам UR и LR, а электроды UL и LL соединяет с землей. Напряжение, пропорциональное X-координате места нажатия, появляется на выводе Probe мембраны. Затем это напряжение оцифровывается контроллером с помощью АЦП и предается в компьютер как Х-координата.

2) Аналогичным образом происходит получение Y-координаты. На электроды UL и UR подается напряжение +5 В, а электроды LL и LR соединяются с землей. Напряжение, пропорциональное Y-координате места нажатия, появляется на выводе Probe мембраны. Затем это напряжение оцифровывается контроллером с помощью АЦП и предается в компьютер как Y-координата.


Емкостной сенсорный экран

Емкостной (или поверхностно-емкостной) сенсорный экран имеет четырехслойную структуру. Обе стороны стеклянной пластины покрыты резистивным слоем из In-Sn оксида. Тонкий слой двуокиси кремния - SiO2 (толщиной 0,0015 мм) покрывает внешнюю сторону стеклянной пластины. Взаимное расположение слоев показано на рисунке 4. Четыре электрода, соединенных с резистивным слоем расположены по углам стеклянной пластины.






Рис. 4. Разрез емкостного сенсорного экрана

Напряжение небольшой величины прикладывается к электродам (одинаковая величина для всех углов). Человеческое тело имеет электрическую емкость, поэтому, когда происходит касание, появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к углу, тем меньше сопротивление экрана (между точкой касания и электродом, расположенном в этом углу), следовательно, больше сила тока, протекающего через электрод. Измеряя величины токов, протекающих через все электроды, контроллер производит вычисление координаты места касания, которые затем передает в компьютер.






Рис. 5. Расположение электродов и путь протекания тока от электрода до точки 
касания. (Ток электрода пропорционален расстоянию от точки касания до угла, в котором этот электрод установлен)


Достоинства, недостатки и сфера применения различных типов сенсорных экранов

Резистивные сенсорные экраны реагируют на касание любым гладким твердым предметом: стилусом, медиатором, рукой (голой или в перчатке), кредитной картой и т.д. Также резистивные сенсорные экраны дешевы и стойки к загрязнению. Недостатками этого типа экранов является относительно невысокая прозрачность (приблизительно 80%, из-за чего требуется повышенная яркость подсветки), а также невысокая долговечность: около 35 млн. нажатий для пятипроводных и около 3 млн. нажатий для четырехпроводных. В силу конструкции токопроводящий слой данного типа экранов подвержен постепенному износу, поэтому возникает необходимость в периодической калибровке экрана. Пятипроводные резистивные сенсорные экраны более надежны, чем четырехпроводные - они (пятипроводные) продолжают работать даже с прорезанной мембраной. Сфера применения резистивных сенсорных экранов довольно широка – их используют везде, где исключены низкие температуры и вандализм: в сфере обслуживания (POS-терминалы), в устройствах промышленной автоматики, в офисах и т.д.

Емкостные сенсорные экраны обладают значительно большей долговечностью по сравнению с резистивными экранами - приблизительно 200 млн. нажатий. Уровень прозрачности выше, чем у резистивных сенсорных экранов, т.к. в устройстве не используется мембран, следовательно, не требуется повышенная яркость подсветки. К недостаткам этого вида сенсорных экранов можно отнести тот факт, что касание будет фиксироваться в случае, если оно произведено пальцем, и не будет, если произведено каким-либо непроводящим предметом. Поверхностно-емкостные сенсорные экраны применяют в банкоматах, игровых автоматах и терминалах розничной торговли. Как емкостные, так и резистивные сенсорные экраны используются в мобильных устройствах.


Контроллер сенсорного экрана

Контроллер представляет собой плату (рисунок 6), которая обрабатывает сигналы от сенсорного экрана и преобразует их в данные для передачи в компьютер по последовательному интерфейсу.






Рис. 6. Внешний вид платы контроллера 33-CA232-BB для емкостных сенсорных экранов

Среди продукции Onetouch есть контроллеры для резистивных (четырех-, пятипроводных) и емкостных сенсорных экранов. Сравнение характеристик некоторых моделей контроллеров представлено в таблице 2.

Таблица 2. Платы контроллеров для сенсорных экранов

Протокол связи

Все контроллеры сенсорных экранов Onetouch передают данные в компьютер либо по 4-байтовому протоколу при соединении по интерфейсу RS-232, либо по 5-байтовому протоколу при соединении по интерфейсу USB. В случае соединения по USB контроллер будет восприниматься операционной системой компьютера как USB HID-устройство (англ. Human Interface Device - устройство для взаимодействия с человеком); к этому классу относятся такие устройства, как клавиатура, мышь, игровой контроллер и т.д. Драйверы контроллеров сенсорных экранов для различных операционных систем можно скачать с сайта Onetouch <em>http://www.onetouch.com.tw/, зайдя в раздел «Driver». 

Количество байтов в названии протокола означает размер информационного кадра. Структура кадра для двух видов протокола представлена в таблице 3.

Таблица 3. Структура кадра для двух видов протокола*
Примечание: P – Флаг признака нажатия: 0 – нажатия нет, 1 – нажатие есть; X11-X0 – 12-битное слово с X-координатой позиции нажатия; Y11-Y0 – 12-битное слово с Y-координатой позиции нажатия. 

Многие контроллеры Onetouch могут быть настроены для передачи данных через другие промышленные протоколы: 3M (5-байтовый) или Elotouch (10-байтовый). В структуре кадра 10-байтового протокола к вышеприведенным полям данных добавляются также два флага, байт контрольной суммы и два байта с маркерами.


Заключение

Причина распространения сенсорной технологии кроется в удобствах, которые получает пользователь. Во многих приложениях, таких как справочные системы, даже неподготовленный человек может взаимодействовать с техникой благодаря хорошо продуманной программе. Например, для выписки клиенту счета за заказ официанту достаточно лишь прикоснуться к изображению блюд на экране дисплея. Благодаря быстроте, точности и удобству такие системы активно применяется в ресторанах и пунктах быстрого питания в развитых промышленных странах. Приобретающие все большую популярность планшетные компьютеры были бы невозможны без сенсорных экранов. В системах управления предприятием применение сенсорных экранов позволяет снизить утомляемость персонала и, следовательно, избежать ошибок.

Компания Onetouch Technologies Co., Ltd. является известным производителем изделий для сенсорных систем с широким ассортиментом продукции и клиентами во многих регионах мира. Благодаря инновационной политике предприятие непрерывно развивается и осваивает новые технологии для применения в своей продукции. Для всего спектра приложений осуществляется информационная и техническая поддержка разработчика сенсорных устройств. Чтобы заказать продукцию Onetouch в РФ, оставьте, пожалуйста, свой запрос на Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .