Panele dotykowe – wyłączniki, czujniki, interfejsy – przegląd

Postaramy się odpowiedzieć na to pytanie, przedstawiając jednocześnie inne rozwiązania, stosowane przez producentów sprzętu elektronicznego. Poniżej zaprezentujemy te alternatywne technologie, wraz z ich krótkimi charakterystykami. Nie ma idealnego układu, każdy ma jakieś wady, ale także i zalety, które w porównaniu z wadami, przemawiają w różnych warunkach, urządzeniach, za danym rozwiązaniem. Najpopularniejszymi są te, oparte o czujniki pojemnościowe, wykorzystywane nie tylko jako przełączniki, ale także jako ekrany dotykowe, na przykład w tabletach. Lecz to już nieco inna konstrukcja, a także i inna historia. Do jednych z tych rozwiązań należą czujniki podczerwone. Są w stanie wykrywać obiekty na niewielkich odległościach. Warunkiem jest przezroczysta obudowa. Podczas zbliżania palca, światło się od niego odbija, padając na czujnik. Wtedy też układ nadrzędny informuje nas o tym, że „przycisk” został wciśnięty. Rozwiązanie to ma kilka wad, jak na przykład to, że są mało odporne na zakłócenia, czy też konieczność stosowania właśnie przezroczystej obudowy. Koszt takich rozwiązań nie jest za to zbyt duży. Najdroższe są czujniki, choć w przypadku kilku takich „przycisków” wydatki wydają się być niewielkie (tym bardziej że do obsługi nie są potrzebne drogie i skomplikowane mikrokontrolery - wystarczą najprostsze 8-bitowce i wzmacniacz). Kiedyś wykorzystywane były także do obsługi ekranów w sposób dotykowy. Polegało to na umieszczeniu serii laserów podczerwonych wokół ekranu. Gdy obiekt (palec) przecinał wiązkę, kontroler odpowiednio reagował, przesyłając komunikat o tym do komputera. Innym rozwiązaniem jest stosowanie nadajników fal radiowych i mikrofal. Wadą tego rozwiązania jest wysoki koszt implementacji. Zasada działania przypomina tę z czujników podczerwieni. Zaletą tego rozwiązania jest wysoka odporność na zakłócenia i wysoka niezawodność. Z zasięgiem jest różnie, od kilku centymetrów do nawet kilku metrów (mikrofale). Wykorzystywane jest to na przykład w czujkach – w systemach bezpieczeństwa. (alarmy domowe). Kolejne rozwiązanie, jakie chcielibyśmy przedstawić, oparte jest o pomiarze rezystancji. Podczas dotykania przewodzącej płytki, zmienia się rezystancja danej linii. Naszym ciałem powodujemy pośrednie zwarcie do ziemi. Wartości prądu są oczywiście bardzo małe, tak jak i napięcia, nieodczuwalne przez nasz organizm, ale układy scalone te różnice wychwytują. Nasze ciało wprowadza pewną rezystancję doziemną, wahającą się około wartości 1000Ω. Gdy taka zmiana nastąpi, układ kontrolujący wymusza sygnał na wyjściu, który może iść do przekaźnika, bądź ważniejszego układu mikroprocesorowego. Koszt takiego rozwiązania jest bardzo niski, bodajże najniższy z prezentowanych, gdyż wymaga stosowania jedynie mikrokontrolera z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, do mierzenia rezystancji – napięcia, a rolę czujnika stanowić może niemalże każda metalowa płytka. Wadą jest średnia odporność na zakłócenia i niezawodność, na przykład ze względu na brud. Obecnie najpopularniejszym rozwiązaniem, zarówno wśród paneli dotykowych, jak i ekranów, są systemy oparte o pomiar pojemności. Podobnie jak w przypadku rezystancji, tutaj także następuje ciągły pomiar, z tym że w tym przypadku, pojemności. Jest ona podobna do tej, jaką spotkać możemy w kondensatorach, z tym że wartości są o wiele mniejsze. Jedną okładziną takiego kondensatora jest nasze ciało, a drugą niewielka metalowa płytka, często w formie nadruku na PCB. xZaletą jest wysoka niezawodność i niewrażliwość na zakłócenia, możliwość stosowania dowolnych obudów, a także niska cena. Wadą jest konieczność dokładnej kalibracji i stosowania, nieraz drogich, specjalistycznych mikrokontrolerów, wyposażonych w funkcję pomiarów pojemności, w określony sposób. Niestety, zależnie od wybranego kontrolera, możemy otrzymać różne wyniki, podczas detekcji dotyku (różna czułość – różne algorytmy, zasada działania, itp). Rozwiązanie to znalazło spore zainteresowanie wśród producentów sprzętu elektronicznego, począwszy od ekranów dotykowych, po futurystyczne panele operatorskie czy klawiatury. Obecnie na rynku dostępny jest cały szereg kontrolerów, zaprojektowanych specjalnie pod tym kątem, z różną ilością kanałów pomiarowych. Przykładem mogą być układy maXTouch firmy Atmel, czy S Touch firmy STM. Na razie, jest to rozwiązanie przyszłościowe, choć nigdy nie wiadomo, co przyniosą najbliższe miesiące.