Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Почему экран телефона не работает под водой?

Почему экран водонепроницаемого телефона в воде не откликается на нажатия на него?

СмартфоныТелефоны+2
Анонимный вопрос
  · 8,3 K
Провайдер, предоставляющий Интернет и Цифровое телевидение в 18 городах России. Наше предн...  · 11 мая 2021  · tomsk.zelenaya.net
Отвечает
Alexandr Plotnikov

Здравствуйте. Попробуем разобраться.

Мы привыкли, что через Интернет можно позвонить человеку на другой континент, увидеть в реальном времени улицы своего города с веб-камер или свой дом с высоты с помощью спутниковых карт. Сенсорные экраны стали такой же обыденностью, и мы не задумываемся как они работают.

Ваш вопрос заставил меня не только поискать информацию в Интернете, но и постараться определить какие из технологий экранов устройств защищены от воды а какие нет. И вот что я "накопал" о том как наши устройства распознают нажатия, да и вообще, как это работает :)

Ещё 10 лет назад мы выбирая телефон смотрели в характеристиках сколько нажатий распознает экран, насколько быстро работает сенсорный экран. Сейчас интересы при покупке сместились в область работы сенсоров отпечатков пальцев — и в обзорах новинок теперь чаще обсуждают какой сенсор лучше - экранный или аппаратный.

А ведь было время, когда экраны распознавали лишь одно нажатие и никто ещё не знал о мультитаче.

Сегодня сенсорный экран является излюбленным элементом управления, при котором касание специальной поверхности вызывает реакцию управляемой системы. Чувствительная к касаниям поверхность является сенсорным датчиком. Вместе с сенсорным контроллером и программным драйвером эти компоненты образуют так называемый сенсорный экран.

Сенсоры характеризуются, в зависимости от используемой технологии, различным способом регистрации сигналов от пользователя и используют для позиционирования следующие состояния окружающей среды:

  • тактильные сигналы (давление)
  • электростатические сигналы (заряд)
  • акустические сигналы (ультразвук)
  • оптические сигналы (инфракрасное излучение)
  • электромагнитные сигналы (напряжение)

Общая схема такова: после регистрации сигнала сенсорным датчиком он обрабатывается сенсорным контроллером. Затем сенсорный контроллер передает информацию о местоположении касания интерфейсу пользователя. Для переработки и интерпретации данной информации используются программные драйверы - программы, с помощью которых другие программы получают доступ к аппаратному обеспечению устройства.

Существуют следующие распространенные сенсорные технологии, среди которых наибольшее распространение в мобильных устройствах получили только две: резистивные и емкостные.

Аналогово-резистивные системы для регистрации тактильных сигналов (давление)— сенсорный экраны из полиэфира в 4-, 5- или 8-проводном исполнении. На основе этой технологии были первые устройства с сенсорными экранами.

Основу конструкции 4-проводного экрана составляют прозрачные пленки из полиэстера (polyester), майлара (mylar), пластизола (PL) или полиэтилентерефталата (PET), находящиеся друг напротив друга и разделенные микроскопическими шариками-изоляторами. Внутренние, обращенные друг к другу поверхности пленок покрыты прозрачным токопроводящим (резистивным) составом на основе двуокиси индия и олова.

Контакт с этими слоями обеспечивается посредством двух пар металлизированных полосок — электродов. Первая пара расположена вертикально, по краям внутреннего слоя, а вторая пара -

горизонтально, по краям внешнего слоя. Все четыре электрода подключены к микроконтроллеру, который последовательно определяет координаты точки касания по горизонтали и вертикали.

резестивный сенсорный экран.jpg

Это что то вроде сетки, где при касании экрана внешний резистивный слой деформируется и касается заднего слоя. Этот внешний слой выполняет роль щупа, определяющего напряжение на внутреннем слое в точке касания. Горизонтальные электроды внешнего слоя замыкаются микроконтроллером накоротко (для уменьшения влияния сопротивления переднего резистивного слоя) и суммарный сигнал поступает, на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Напряжение на входе АЦП определяет положение точки касания по горизонтали. Для определения координаты по вертикали внешний и внутренний резистивные слои

«меняются местами»: на горизонтальные электроды внешнего слоя микроконтроллер подает постоянное напряжение, а электроды внутреннего слоя замыкает, (теперь этот слой используется как щуп).

Так происходит определение координат точки касания с высокой скоростью. Однако, многократные деформации приводят к разрушению проводящего слоя, в результате чего уменьшается точность определения координат. обычно, производители гарантируют стабильную работу устройства при количестве нажатий в одной точке до миллиона.

8-проводные экраны отличаются от 4-проводных незначительно - для повышения точности определения координат введены дополнительные 4 проводника, которые работают аналогично.

Такой тип экрана может "работать в воде", под дождём если конечно само устройство защищено, например, по стандарту IP (пылевлагозащита):

Снимок экрана (856).png

5-проводный резистивный экран: внешнее резистивное покрытие, подвергающееся деформации при касании, проводящее и используется исключительно в качестве щупа. А внутреннее резистивное покрытие наносится не на пленку, а на стекло. Электроды, создающие вертикальный и горизонтальный градиент напряжений, находятся на внутреннем слое (первые 4). 5-й электрод является выводом внешнего проводящего слоя, то есть повреждение при деформации не будет влиять на точность определения координат. Такие экраны более надежные и выдерживают до 35 млн. нажатий в одной точке. Их можно установить на сферические или цилиндрические поверхности отображающих устройств.

Резистивная технология позволяет определять координаты точки касания с высокой точностью, чего вполне достаточно для рисования или ведения записей.

Достоинства:

возможность активации (касания) любым предметом

стойкость к пыли и влаге

стойкость загрязнению поверхности

низкая стоимость и простота установки.

Недостатки - низкая прозрачность,

недостаточная механическая прочность,

плохая работа при низких температурах, (эластичность пленки на холоде ниже).

Главный недостаток— резистивный экран способен распознавать только одну точку касания. Резистивные экраны до сих пор применяются там, где не требуется высокое качество цветопередачи и исключена возможность вандализма, в промышленном и медицинском оборудовании, измерительных приборах и т.п.

Сенсорный экран стекло-пленка-стекло (GFG)

Сенсорный экран GFG объединяет в себе аналогово-резистивную сенсорную технологию с высококачественным стеклянным исполнением. Поверхность состоит не из полиэфирной пленки, а из тонкого и прочного стекла. Стекло служит препятствием для проникновения влаги.

Конечно, дорогостоящие сенсорные экраны из полиэстера покрываются специальным водозащитным слоем. Этот слой обеспечивает определенную степень защиты, но в зависимости от интенсивности использования данный слой стирается и через протертые места вода проникает сквозь полиэстер, разрушая сенсорный экран. Сенсорные экраны GFG Touchscreen почти полностью исключают данную проблему.

Именно GFG экраны особенно хорошо подходят для неблагоприятных окружающих условий. В отличие от других резистивных Touch-технологий сенсорная мембрана экрана GFG полностью закрыта. Она может без проблем подвергаться воздействию и соленого морского воздуха и дождей. Влажность не влияет на работу герметично сконструированного экрана GFG Touch, ведь стекло абсолютно не пропускает влагу. Благодаря этим преимуществам GFG Touch идеально подходит для интенсивного использования, например, в уличных неохраняемых киосках, банкоматах подверженных повышенной влажности или даже прямому воздействию дождя.

А вот распространённые на сегодняшний день поверхностно-ёмкостные сенсорные экраны работают благодаря особенностям физического строения тела человека - способности проводить электрический ток и вытекающего отсюда наличия определенной электрической емкости (поэтому так и названы).

На прочное стекло, служащее основой конструкции, нанесен резистивный слой. Для защиты от повреждений он покрыт снаружи тонкой пленкой специального проводящего состава. Все четыре электрода по углам экрана подключены к микроконтроллеру, который определяет координаты точки касания.

При касании пальцем или проводящим предметом сенсорного экрана на проводящем слое появляется точка, потенциал которой меньше, чем потенциалы четырех электродов, поэтому возникает электрический ток.

Он течет от источника питания, через токовые датчики, участки резистивного покрытия и тело человека. Чем ближе точка касания к электроду, тем меньше участок резистивного покрытия и, следовательно, меньше сопротивление этого участка, а значит - больше амплитуда тока.

Ток преобразуется на четыре отдельных АЦП. Сравнение сигналов на выходах этих АЦП позволяет определить координаты точки касания.

Вообще, ёмкостные сенсорные экраны делятся на два типа - проекционно-емкостные и поверхностно-емкостные. Второй вариант, то есть поверхностно-емкостные сенсорные экраны, представлен в виде стекла, на которое уже нанесено очень тонкое и прозрачное проводящее покрытие, а уже сверху него нанесен защитный слой.

Достоинства:

Точность, быстрая скорость отклика во время нажатия.

Меньшее количество слоев делает их более прозрачными (до 90%). Надёжность — отсутствие элементов, подвергающихся деформации, такие экраны допускают более 200 млн. нажатий в одну точку и работают при достаточно низких температурах (до –15°С).

Недостатки:

Внешнее проводящее покрытие, участвующее в определении координат, боится механических повреждений, влаги! (конденсата) и любых проводящих ток загрязнений экрана.

Необходимость касания только проводящим предметом (пальцем или или стилусом, проводящим ток) Пользователь должен иметь контакт с «землей», иначе после нескольких касаний он приобретает потенциал экрана, и в работе микроконтроллера могут начаться сбои.

Сфера применения практически такая же, как и у резистивных экранов, однако наличие статического заряда и протекающего через тело человека тока ограничивает использование, например, в медицинском оборудовании. Эти экраны надежнее резистивных, и потому предпочтительнее при интенсивном использовании.

Проекционно-ёмкостный сенсорный экран (P-CAP) представлен в виде стекла, на которое уже нанесено очень тонкое и прозрачное проводящее покрытие, а уже сверху него нанесен защитный слой. В конструкции используется две системы из вертикальных и горизонтальных хорошо проводящих ток электродов, изолированных друг от друга слоем стекла и образующих решетку. Каждый электрод, имеет некоторую электрическую емкость. Все электроды имеют одинаковые размеры, форму и проводимость, поэтому, при отсутствии вблизи экрана проводящих предметов, их емкости приблизительно равны. Микроконтроллер последовательно подает на каждый из электродов импульс напряжения и измеряет амплитуду возникающего импульса тока. При поднесении к экрану проводящего предмета, например, пальца, емкость электродов меняется.

Чем ближе электрод находится к проводнику, тем больше его емкость. А чем больше емкость электрода, тем больше импульс «заряжающего» тока. Микроконтроллер сравнивает эти импульсы и находит электрод, имеющий максимальную емкость - это и есть координата точки касания.

Иначе принцип технологии объясняют так: При последовательном сканировании всех электродов вблизи поверхности экрана создается электрическое поле, напряженность которого во всех точках примерно одинакова. Проводящий предмет, поднесенный к экрану, модулирует (изменяет) картину распределения напряженности поля, а микропроцессор фиксирует изменения и вычисляет координаты положения проводящего предмета. Отсюда вытекает второе название технологии - Near Field Imaging (NFI).

Эти экраны имеют высокую прозрачность (до 90%), способны работать в очень широком диапазоне (от – 40 °С до 60°С). Но загрязнения поверхности экрана, проводящие электрический ток, и влажность оказывают влияние на изменение напряженности поля

на поверхности экрана. Однако, такое изменение является постоянным, и фиксируется электроникой. То есть игнорируется!

Высокая чувствительность позволяет использовать для защиты экрана очень толстое (до 12 мм) и прочное стекло. Вот прямо точно для банкоматов. И для активации экрана даже не обязателен электрический контакт! Можно, например, касаться экрана рукой в перчатке. Нет и требований к проводимости человека и "земли".

Несомненный плюс — возможность регистрации одновременно нескольких точек касания, а экран при этом ещё и сможет различать, касание стилусом или рукой.

При рисовании такой экран позволяет игнорировать ладонь руки, касающейся экрана. Недостатком является меньшая, чем у традиционных емкостных экранов, разрешающая способность, которой, тем не менее, хватает и для рисования и для ввода надписей.

Обе ёмкостные сенсорные технологии имеют и плюсы и минусы, а в рамках вопроса — ёмкостные датчики реагируют на поляризацию проводника или диэлектрика, который касается (или находится достаточно близко) к поверхности экрана, поэтому следует учитывать его размер и проводимость.

Так, изолированная капля может не повлиять на определение координат сенсорным экраном, а поток воды - повлияет. Даже довольно большое водяное пятно может быть не зарегистрировано сенсором, но если дотронуться до такой капли, то она станет проводником электрического поля в теле человека, это активирует датчик и касание зарегистрируется.

Теперь хотелось бы немного рассказать о ещё одном типе сенсорных экранов – сенсорные экраны ПАВ (использующие поверхностно-акустические волны) или SAW — акустические системы, использующие ультразвук для определения положения. Принцип работы у этого вида экрана такой: по углам экрана размещаются пьезоэлементы, преобразующие электрический сигнал, подаваемый на них, в ультразвуковые волны, далее направляя эти волны вдоль поверхности экрана. Специальные отражатели, которые равномерно расположены вдоль краев одной из сторон распределяют по всему экрану ультразвуковые волны . На противоположной стороне стоят сенсоры, которые фокусируют эти волны и передают их на преобразователь. Преобразователь преобразует ультразвуковую волну назад в электрический сигнал. Технология весьма сложная, но такой экран имеет высокую прозрачность и долговечность. Точность этих экранов выше, чем у матричных, но ниже, чем у традиционных емкостных. Для рисования и ввода текста они не, как правило, не используются.

Инфракрасные сенсорные экраны или ИК-Touch это оптические системы, использующие инфракрасное излучение для определения положения. У данного типа довольно простой принцип работы. Вдоль прилегающих друг к другу сторон экрана располагаются светодиоды, которые и излучают инфракрасные лучи. Принимают эти лучи фототранзисторы, которые располагаются на противоположной стороне экрана.

Такой вид, обычно используется в инфо-киосках и торговых автоматах, POS-системах и цифровых вывесках. Достоинствами является простота и возможность ремонта схемы, а также прозрачность экрана. Но у технологии имеются и серьёзные недостатки, самым главным из которых является невозможность установки антивандальной защиты. Объясняется это тем, что каким бы ни было стекло самого экрана, датчики располагаются непосредственно перед ним (в рамке вокруг экрана). Поэтому их очень легко вывести из строя. Например, просто наклеив жвачку на край рамки — перекроются инфракрасные лучи и в этой области будет исключена работа сенсорного экрана. Соответственно во время мощного дождя такое тоже может произойти и сенсор не будет срабатывать.

В итоге, мы разобрали, что в зависимости от технологии причины по которым устройство с сенсорным экраном не работает в воде разные. В смартфонах, в большинстве случаев ёмкостные экраны и проблемы от капель воды подавляются программно. Спасибо, что дочитали до конца. Надеюсь, что статья оказалась для вас интересной, познавательной.