Дизайн интерфейса сенсорного экрана и кнопок:емкостные и резистивные сенсорные экраны и тактильные характеристики

Узнайте о некоторых из наиболее важных основ для понимания эволюции интерфейсных технологий.

В подкасте All About Circuits / Moore's Lobby, озаглавленном «Эпизод 10:Астронавт НАСА Мэтью Доминик о критических разработках в аэрокосмических технологиях», Дэйв Финч и астронавт Мэтью Доминик затронули одну из многих тем:Почему дизайн интерфейса сенсорного экрана и кнопок настолько невероятен главное в кабине истребителя?

На этот вопрос будет дан ответ с историческими и техническими подробностями в следующем обсуждении. В этой статье мы сосредоточимся на следующих концепциях:

• Интерфейсы механической кнопки / клавиатуры.
• Сенсорные экраны (резистивные и емкостные)
• Тактильная обратная связь (в частности, вибрационная тактильная реакция).

Это даст нам основную концептуальную информацию, которая нам нужна, чтобы лучше понять важность технологии отображения в аэрокосмических приложениях.

Интерфейсы с механической кнопкой / клавиатурой

Этот тип устаревшего пользовательского интерфейса обеспечивает тактильный отклик пользователю, который может быть в форме механического отклика. Эти типы клавиатур лучше подходят для пользователей в перчатках. Физические клавиатуры имеют тенденцию быть более точными, потому что клавиши более изолированы друг от друга, чем большинство сенсорных экранов; это помогает исключить ошибки при активации соседних ключей.

Системы с механической клавиатурой менее дороги, чем сенсорные экраны, и обычно легче (обычно всего на несколько граммов) из-за меньшего количества технологий, которые необходимо использовать в дисплее по сравнению с сенсорным экраном.

Технологии сенсорных экранов

Сенсорные экраны могут создавать механическое ощущение, загораться или издавать звук при нажатии, но в процессе последовательного набора или нажатия этих клавиш пользователи могут случайно прикоснуться к соседним клавишам намного легче, чем на механической клавиатуре. Сенсорные экраны обычно плоские и не имеют реальных барьеров, разделяющих соседние клавиши, как на механической клавиатуре.

Их преимущество перед механической клавиатурой заключается в большей надежности в грязных или суровых условиях. Некоторые механические клавиатуры действительно имеют гибкую мембранную конструкцию, защищающую клавиши, которая предотвращает подобные проблемы с надежностью за счет защиты от грязи и мусора.

Их главный недостаток в том, что они более властолюбивы; это будет вредно для системы с батарейным питанием. Кроме того, у них могут быть проблемы с просмотром при прямом освещении.

Два самых популярных типа сенсорных экранов - резистивные и емкостные.

Резистивный сенсорный экран

Эта архитектура требует двух прозрачных проводящих слоев (стеклянная или акриловая подложка и верхний лист из полиэстера), разделенных изолирующими точками. Когда палец касается верхнего слоя, происходит контакт между двумя слоями. Прикосновение отслеживается, сначала последовательно прикладывая градиент напряжения к слоям по осям X и Y (с противоположным слоем, используемым в качестве датчика напряжения). Контроллер определяет положение контакта по осям X и Y в зависимости от уровня напряжения, поступающего от зондируемого слоя.

Рисунок 1. Конструкция с резистивным сенсорным экраном. Изображение любезно предоставлено Уилсоном Хёрдом

Такая конструкция отличается невысокой стоимостью и низким энергопотреблением. Он непроницаем для жидкостей. Ему может потребоваться периодическая калибровка, и он более подвержен повреждениям и износу.

Емкостный сенсорный экран

Сравните концепцию резистивного сенсорного экрана выше с емкостным сенсорным экраном. В этой конструкции напряжение подается на углы экрана. Электроды по краю экрана создают электрическое поле на проводящей поверхности, что позволяет отслеживать движение пальца по экрану, измеряя изменение емкости, вызванное током, протекающим через проводящую поверхность пальца.

Рисунок 2. Конструкция с емкостным сенсорным экраном. Изображение любезно предоставлено Уилсоном Хёрдом

В этом типе дизайна используется сплошная стеклянная панель с превосходными оптическими характеристиками, без механических движений, с высокой износостойкостью, а также с функциями мультитач и жестов. Пользователи могут использовать голый палец, перчатки или активный стилус. Архитектура способна противостоять экстремальным условиям окружающей среды, отличается высокой точностью, но восприимчива к электромагнитным помехам.

Чтобы более подробно изучить эту концепцию, ознакомьтесь с введением Роберта Кейма о емкостном распознавании касаний.

Тактильная обратная связь

Тактильная обратная связь - еще одно средство двунаправленной коммуникации между людьми и компьютерами, включающая сенсорную обратную связь для улучшения взаимодействия с пользователем. Касание, изображение и звук улучшат пользовательский интерфейс и дадут пользователю уверенность и подтверждение того, что кнопка сенсорного экрана была нажата. Физическая обратная связь важна для надежности в таких ситуациях, как в военных истребителях, когда пилоту необходимо постоянно визуально сканировать свое окружение.

Вибрационная тактильность

Один из способов дать пользователю уверенность в том, что кнопка, которую он нажимает, действительно активирует желаемый ответ, - это тактильные ощущения. Тактильный эффект может быть наложен с помощью генераторов стоячей волны и датчиков давления на обычный сенсорный экран; когда происходит прикосновение, генерируется звуковая волна, которая дает пользователю ощущение нажатия кнопки и получения положительной обратной связи на обычной клавиатуре. Это особенно важно для военных истребителей и может улучшить системы космических кораблей.

Рисунок 3. Базовая архитектура вибрирующей тактильной системы на сенсорном экране. Изображение любезно предоставлено Catelani, Ciani, Barile и Liberatori через IEEE Xplore

В следующей статье мы поговорим о том, как эти технологии были применены PalmPilot к дисплею в F-18 Super Hornet, который Мэтью Доминик обсуждал в эпизоде ​​«Вестибюль Мура».