Мультимедиа устройства

Сенсорный экран

Сенсорныйэкран - устройство ввода-вывода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATOIV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16?16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана.

Сенсорные экраны используются в платежных терминалах, информационных киосках, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, операторских панелях в промышленности.

Достоинства и недостатки использования в стационарных устройствах

Достоинства	недостатки
В информационных и торговых автоматах, операторских панелях и прочих устройствах, в которых нет активного ввода, сенсорные экраны зарекомендовали себя как очень удобный способ взаимодействия человека с машиной.
Повышенная надежность. Устойчивость к жестким внешним воздействиям (включая вандализм). Интуитивно понятный интерфейс.	(Для экранов, реагирующих на пальцы.) Нет тактильной отдачи. Работая с вертикальным экраном, Пользователь вынужден держать руку на весу. Поэтому вертикальные экраны пригодны только для эпизодического использования наподобие банкоматов. На горизонтальном экране руки загораживают обзор. Даже с абсолютной точностью Отслеживания и острым пером Сенсорный экран не будет прецизионным инструментом из-за параллакса. Без специальных покрытий отпечатки пальцев могут мешать пользователю .

Принципы работы

Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах.

Резистивные сенсорные экраны

Четырехпроводной экран

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надежно изолируют проводящие поверхности.

Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения ( X и Y ). В общих чертах алгоритм считывания таков:

На верхний электрод подается напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y -координате экрана.

Аналогично на левый и правый электрод подается +5В и "земля", с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надежности.

Пятипроводной экран

Пятипроводной экранболее надежен за счет того, что резистивное покрытиенамембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Изначально все четыре электрода находятся под напряжением +5В, а мембрана заземлена. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно нулю.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

1. На два правых электрода подается напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X -координате.
2. Y -координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к "земле" обоих нижних.

Особенности

Резистивные сенсорные экраны дешевы и обладают максимальной стойкостью к загрязнению. Резистивные экраны реагируют на прикосновение любым гладким твердым предметом: рукой (голой или в перчатке), пером, кредитной картой, тупым концом скальпеля. Их используют везде, где вандализм и низкие температуры полностью исключены: для автоматизации промышленных процессов, в медицине, в сфере обслуживания ( POS -терминалы), в персональной электронике (КПК).

Недостатками резистивных экранов являются низкое светопропускание (не более 85 % для 5-проводных моделей и еще более низкое для 4-проводных), низкая долговечность (не более 35 млн нажатий в одну точку) и недостаточная вандалоустойчивость (пленку легко разрезать).

Матричные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану - вертикальные.

При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передает в микропроцессор соответствующие координаты.

Особенности

Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учетом клеток матричного экрана. Единственное достоинство - простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными.

Eмкостные сенсорные экраны

Принцип действия емкостного сенсорного экрана

Eмкостный экран использует тот факт, что предмет большой емкости проводит переменный ток.

Eмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую проводящим материалом. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырех углах регистрируется датчиками и передается в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях емкостных экранов применялся постоянный ток - это упрощает конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землей приводит к сбоям.

Особенности

Eмкостные сенсорные экраны надежны (порядка 200 млн нажатий), не пропускают жидкости и отлично терпят непроводящие загрязнения.

Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие все еще уязвимо. Поэтому емкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Проекционно-емкостные сенсорные экраны

Принцип действия проекционно-емкостного сенсорного экрана На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет емкость этого конденсатора (подает импульс тока и измеряет напряжение).

Особенности

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место - сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-емкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Реагирует на руку в перчатке. Невысокая точность дополняется параллаксом от толстого вандалоустойчивого стекла.

Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.

Сенсорные экраны ПАВ (на поверхностно-акустических волнах)

Конструкция и принцип работы

На экране возбуждаются ультразвуковые колебания. Прикосновение к экрану изменяет характер прохождения ультразвука и регистрируется датчиками.

Особенности

Предельно высокая прозрачность (не нужны никакие электроды; мало того, ультразвук можно возбуждать прямо на экране). Реагирует на силу нажатия. Высокая надежность. Не реагирует на предмет, не поглощающий ультразвук (перо, карточка). Любой посторонний предмет (например, прилепленная жвачка) полностью блокирует работу экрана. Не удается надежно загерметизировать края экрана.

Поэтому такие экраны применяют только в охраняемом помещении.

Сетка инфракрасных лучей

Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост - сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

Особенности

Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных.

Оптические сенсорные экраны

Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе "стекло-воздух" получается полное внутреннее отражение, на границе "стекло - посторонний предмет" свет рассеивается. Остается заснять картину рассеяния, для этого существуют две технологии:

В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера. Так устроен, например, Microsoft Surface.

Либо светочувствительным делают дополнительный четвертый субпиксель ЖК-экрана.

Особенности

Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Такая технология позволяет делатьсколь угодно большие "сенсорные" поверхности, вплоть до классной доски.

Тензометрические сенсорные экраны

Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Применение аналогично проекционно-емкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице.

Индукционные сенсорные экраны

Индукционный сенсорный экран - это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо.

Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не на рукой): художественные планшеты класса high-end, некоторые модели планшетных ПК.

Сводная таблица

Матр - матричные

ПАВ - поверхностные акустические волны

4-пров - 4-проводные резистивные

ИК-сетка - экраны на сетке ИК-лучей

5-пров - 5-проводные резистивные

Опт - оптические

Ёмк - емкостные

Тензо - тензометрические

Премк - проекционно-емкостные

Индукц - индукционные

	Матр	4-пров.	5-пров.	Ёмк	Пр-емк	ПАВ	ИК-сетка	Опт	Тензо	Индукц
Функциональность
Рука в перчатке	Да	Да	Да		Да	Да	Да	Да	Да
Твердый проводящий предмет	Да	Да	Да	Да	Да		Да	Да	Да
Твердый непроводящий предмет	Да	Да	Да				Да	Да	Да
Мультитач	Да				Да			Да
Предельная прозрачность, %	85	75	85	90	90	100	100	100	95	90
	Низ	Выс	Выс	Выс	Сред	Сред	Низ	Сред	Низ	Выс
Надежность
Срок жизни, млн. нажатий	35	10	35	200		111			111
Защита от грязи и жидкостей	Да	Да	Да	Да	Да			Да	Да	Да
Устойчивость к вандализму					Да			Да	Да
	Огран	Огран	Огран	Помещ	Улица	Помещ	Помещ	Помещ	Улица	Огран

1 Высокая - до пикселя (точно отслеживает острое перо). Средняя - до нескольких пикселей (достаточная для нажатий пальцем). Низкая - крупными блоками экрана (невозможно рисование, требуются очень крупные элементы интерфейса).

2 Ограничивается надежностью электроники

3 Ограничивается загрязнением датчика

4 Огран - аппаратура ограниченного доступа (персональная электроника, промышленная аппаратура).

Помещ - общий доступ в охраняемом помещении. Улица - общий доступ на улице.

Контрольные вопросы.

1. Что следует понимать под мультимедийными средствами?
2. Где применяются мультимедиа средства?
3. Какие модули содержит в себе звуковая плата?
4. Что использует модуль записи и воспроизведения звуковой платы?
5. За что отвечает модуль интерфейсов звуковой платы?
6. Какие виды громкоговорителей существуют в зависимости от способа излучения звука?
7. В чем смысл устройства динамической головки?
8. Какие технические характеристики используются для выбора динамических головок?
9. Какие типы микрофонов по принципу действия вы знаете?
10. Какие типы синтеза существуют?
11. Что называется патчем и какие патчи существуют?
12. В чем основные отличия синтезатора от midi-клавиатуры?
13. Какие виды веб-камер существуют?
14. Для чего предназначены сетевые веб-камеры?
15. Что называется кодеками?
16. Какие типы карт видеозахвата существуют?
17. Какое устройство служит для выделения и демодуляции сигнала?
18. Какие стандарты телевизионных стандартов существую? Их отличия?
19. Что называют проектором?
20. Какие виды проекционных приборов вы знаете?
21. Что такое интерактивная доска?
22. Какие технологии используют для создания интерактивных досок?
23. Где применяются интерактивные доски и сенсорные экраны?
24. Какие достоинства и недостатки использования сенсорных экранов?
25. Какие технологии используются для создания сенсорных экранов?