Handleiding voor resistieve touchscreens voor industriële OEM-projecten

Resistieve touchscreens zijn niet langer de standaard in consumentenelektronica, maar dat betekent nog niet dat ze achterhaald zijn. Ze blijven een verstandige keuze wanneer een gebruiker een dikke handschoen, een passieve stylus of een ander niet-geleidend voorwerp moet gebruiken om apparatuur te bedienen.

De technologie kent ook duidelijke beperkingen. Een conventioneel resistief scherm ondersteunt doorgaans slechts invoer via één punt, het flexibele PET-oppervlak is gevoeliger voor krassen dan afdekglas, en de optische prestaties zijn meestal minder goed dan die van een standaard PCAP-systeem.

De juiste vraag is daarom niet of resistieve aanraaktechnologie oud of nieuw is. De vraag is of drukgevoelige invoer, de mechanische opbouw en de verwachte gebruiksduur bij de apparatuur passen.

Wat is een resistent aanraakscherm?

Een resistief touchscreen is een drukgevoelige aanraaksensor. Het bestaat uit twee transparante, geleidende oppervlakken die door een zeer kleine opening van elkaar worden gescheiden. Wanneer op het bovenste oppervlak wordt gedrukt, raken de twee geleidende lagen elkaar. Een controller meet de resulterende spanning en zet deze om in X- en Y-coördinaten.

Omdat de activering afhankelijk is van de druk en niet van de elektrische geleidbaarheid van het voorwerp waarmee het scherm wordt aangeraakt, kan het scherm worden bediend met een blote vinger, een hand met handschoen of een passieve plastic stylus.

Dat werkingsprincipe verklaart zowel de waarde als de beperkingen ervan: het is geschikt voor vrijwel elk aanwijsobject, maar het bovenoppervlak moet flexibel blijven en is daardoor een onderdeel dat aan mechanische slijtage onderhevig is.

Hoe een resistief touchscreen werkt

Een gangbare resistieve sensor van het type ‘film-on-glass’ (F+G) bestaat uit:

• Een PET-folie met een harde coating en een transparante ITO-laag aan de onderzijde
• Kleine afstandspuntjes die op een van de geleidende oppervlakken zijn gedrukt
• Een dunne luchtspleet die in stand wordt gehouden door lijm in de randafstandhouders
• Een glazen substraat met een transparante ITO-coating op het bovenoppervlak
• Een FPC-kabel die is aangesloten op een compatibele aanraakcontroller

Wanneer er druk wordt uitgeoefend, buigt de PET-folie plaatselijk door totdat de twee met ITO gecoate oppervlakken elkaar raken. De controller stelt een spanningsgradiënt vast, meet de spanning op het contactpunt en berekent de aanraakpositie.

De controller maakt deel uit van het systeem; het is geen optionele kabeladapter. Een onbewerkte resistieve sensor produceert normaal gesproken een analoog signaal en kan niet rechtstreeks op USB worden aangesloten. USB of RS-232 is meestal de uitgang van een aparte controllerkaart.

Belangrijkste kenmerken van resistieve touchscreens

Kenmerk	Wat dit in de praktijk betekent
Activeringsmethode	Er is fysieke druk nodig; het voorwerp waarmee contact wordt gemaakt, hoeft niet geleidend te zijn
Invoerobjecten	Werkt met een vinger, een dikke handschoen of een passieve stylus, mits er voldoende druk wordt uitgeoefend
Aanraakmodus	Gewone 4-draads- en 5-draads-sensoren werken doorgaans met één aanraking
Interfacestijl	Zeer geschikt voor knoppen, menu’s, het invoeren van getallen en het nauwkeurig selecteren van punten; niet bedoeld voor knijp- of meervingergebaren
Oppervlakte	Maakt gebruik van een flexibel PET-bedieningsoppervlak dat gevoeliger is voor krassen en slijtage dan afdekglas
Optische prestaties	De film, de geleidende coatings en de interne grensvlakken zorgen ervoor dat de transmissie afneemt en de reflectie toeneemt in vergelijking met een standaard PCAP-opstelling
Water aan de oppervlakte	Druppels zorgen normaal gesproken niet voor een aanraking, tenzij ze voldoende druk uitoefenen; dit maakt het geheel niet waterdicht
Controller	Vereist de juiste bedradingsconfiguratie, pinindeling, controller en kalibratie
Levensduur	Afhankelijk van de constructie van de sensor, de activeringskracht, de aanraakplaats en de specificaties van de leverancier blijft de bovenste folie een slijtageonderdeel
Projectkosten	Er moet een offerte worden opgesteld op basis van de daadwerkelijke afmetingen, constructie, besturing, aanpassingen, hoeveelheid en leveringsvoorwaarden

Er zijn twee punten die vaak verkeerd worden begrepen. Ten eerste is “werkt ook als het nat is” niet hetzelfde als waterdicht. Er kan nog steeds water binnendringen rond de rand van de bezel, de rand van de sensor, de FPC-uitgang of de LCD-module. Ten tweede is resistief aanraakscherm niet automatisch goedkoper dan PCAP. De uiteindelijke projectkosten hangen af van de volledige assemblage, niet alleen van het detectieprincipe.

Een harde afdeklens kan normaal gesproken ook niet over het actieve oppervlak van een conventioneel resistief touchscreen worden geplaatst, omdat de PET-folie moet kunnen buigen. Als slagvast glas, multi-touch of een vlak glazen bedieningsoppervlak vereist is, overweeg dan PCAP of een speciaal ontworpen, robuuste resistieve constructie. Zie voor een volledige technologievergelijking PCAP versus resistief touchscreen voor industriële apparatuur.

4-draads versus 5-draads resistieve touchscreens

Zowel vierdraads- als vijfdraads-sensoren detecteren contact tussen twee geleidende oppervlakken, maar ze genereren en meten het coördinaatsignaal op verschillende manieren.

Item	4-draads resistief	5-draads resistief
Coördinaten genereren	De twee geleidende lagen wisselen elkaar af tussen metingen langs de X- en de Y-as	Zowel de spanningsgradiënten op de X-as als op de Y-as worden op het onderste glas gegenereerd
De rol van topfilms	Neemt deel aan coördinatenmetingen	Fungeert voornamelijk als een spanningsdetectiesonde
Effect van elektrische slijtage van de bovenste filmlaag	Kan de lineariteit en kalibratie beïnvloeden	Het is minder waarschijnlijk dat dit dezelfde coördinaatverschuiving veroorzaakt
Typisch gebruik	Besturingssystemen voor middelzware toepassingen en compatibele vervangingsprojecten	Regelaars voor intensief gebruik waarbij de coördinaatstabiliteit op lange termijn van belang is
Controller	Vereist een 4-draads regelaar	Vereist een 5-draads controller

4-draads weerstand biedend aanraakscherm

Bij een 4-draads sensor zorgt de ene geleidende laag voor de spanningsgradiënt langs de ene as en de andere laag voor die langs de tweede as. De regelaar wisselt de elektrische rollen van de twee lagen om beide coördinaten te verkrijgen.

Aangezien beide lagen bij de meting betrokken zijn, kunnen veranderingen in de elektrische uniformiteit van de flexibele bovenlaag op termijn van invloed zijn op de lineariteit of de kalibratie. Een 4-draads scherm kan nog steeds de juiste keuze zijn wanneer de verwachte aanraakfrequentie matig is, aan de vereiste specificaties wordt voldaan en de bestaande controller compatibel is.

5-draads resistief touchscreen

Bij een 5-draads sensor zorgen vier aansluitingen rondom het onderste glas voor de spanningsgradiënten voor beide assen. De vijfde aansluiting is verbonden met de bovenste geleidende film, die voornamelijk als meetelement fungeert.

Hierdoor zijn de coördinaatprestaties minder afhankelijk van de elektrische uniformiteit van de bovenste filmlaag. Het oppervlak kan nog steeds krassen of gaatjes vertonen, maar bij normale geleidende slijtage van de bovenste laag is de kans kleiner dat dezelfde coördinaatverschuiving optreedt als bij een conventioneel 4-draadsontwerp.

Vijfdraads wordt daarom vaak de voorkeur gegeven bij vaste bedieningselementen die vaak worden bediend. Het is echter niet automatisch de beste keuze voor elk project: de compatibiliteit met de besturing, de beschikbaarheid, de afmetingen en de specificaties van de gekwalificeerde sensor zijn nog steeds bepalend voor de keuze.

Er bestaan ook achtdraads weerstandssensoren. Deze werken volgens een principe dat vergelijkbaar is met dat van vierdraads aanraaksensoren, maar hebben extra meetverbindingen om spanningsverlies aan de randen van het paneel te compenseren. Ze zijn vooral van belang voor gespecialiseerde of verouderde systemen; controleer of de besturing deze ondersteunt en of ze op lange termijn beschikbaar blijven voordat u ze specificeert.

Specificaties die OEM-afnemers moeten controleren

De diagonaalafmeting is op zich niet voldoende om een resistief touchscreen te specificeren. De volgende punten moeten worden gecontroleerd aan de hand van een goedgekeurde tekening en productspecificatie.

Specificatie	Waarom het belangrijk is
Bouw	Bevestigt F+G of een andere goedgekeurde stapel en de werkelijke totale dikte
Draadconfiguratie	Moet compatibel zijn met de controller en het vervangingssysteem
In het algemeen: actieve en weergavegebieden	Bepaalt de uitlijning ten opzichte van het LCD-scherm, de rand en de weergegeven interface
Activeringskracht	Heeft invloed op het bedieningsgevoel en de prestaties bij gebruik met handschoenen of een stylus
Lineariteit en nauwkeurigheid	Bepaal de prestaties van de coördinaten vóór en na de kalibratie
Lichtdoorlatendheid en troebelheid	De helderheid, het contrast en de scherpte van het scherm beïnvloeden
Oppervlaktehardheid	Geeft aan dat het product krasbestendig is, maar zegt niets over de totale levensduur
Beoordeling van de levensduur na activering	Moet worden beoordeeld aan de hand van het werkelijke aantal aanrakingen per dag en herhaald gebruik van vaste bedieningselementen
Bedrijfs- en opslagtemperatuur	Moet aansluiten bij de volledige apparatuuromgeving, niet alleen bij de LCD-specificaties
FPC-gegevens	Vermeld positie, richting, lengte, hellingshoek, contactzijde en pin-definitie
Isolatie- en randafdichtingsgebieden	Bepaal waar de rand of pakking veilig in contact mag komen met de sensor
Controller en hostinterface	Controleer of 4-, 5- en 8-draads aansluitingen worden ondersteund, evenals kalibratie, stuurprogramma’s en USB-, seriële of andere host-uitgangen

Kopieer geen “standaard” waarde uit de catalogus van een andere leverancier. De waarden voor activeringskracht, overbrenging, weerstand, hardheid en levensduur variëren afhankelijk van de constructie van het paneel en de testmethode. De goedgekeurde specificatie voor het geselecteerde onderdeel is de enige bruikbare referentie voor de productie.

Risico’s bij OEM-integratie

Mechanische afmetingen en FPC-routing

Een sensor kan de juiste nominale afmetingen hebben en toch onmogelijk te installeren zijn. Controleer de omtrek, het actieve gebied, het waarnemingsgebied, de dikte, de FPC-uitgang, de oriëntatie van de connector en de beschikbare buigruimte. Bij een vervangingsproject is de originele tekening van de sensor nuttiger dan alleen de opening in de behuizing.

Druk op de rand en de pakking

De rand of pakking mag het actieve of gevoelige gebied niet continu onder spanning zetten. Ongelijkmatige compressie kan leiden tot valse aanrakingen, dode zones of onstabiele coördinaten. Plaats de pakking op de goedgekeurde rand en controleer de hardheid, dikte, compressie, vlakheid van de behuizing en het aandraaimoment van de schroeven.

Regelaar, aarding en kalibratie

Stem de controller af op de bedradingsconfiguratie en de pinindeling. Houd analoge verbindingen kort en zorg voor een goede kabelgeleiding; controleer vervolgens de aarding, filtering en kalibratie in de voltooide behuizing. Elektrische ruis, lange kabels en schommelingen in de voedingsspanning kunnen de stabiliteit van de coördinaten verminderen, zelfs als de sensor zelf binnen de specificaties valt.

Milieu en schoonmaak

Geef de werkelijke bedrijfstemperatuur, luchtvochtigheid, blootstelling aan zonlicht, verontreinigende stoffen, reinigingsmiddelen, het type handschoenen en het aantal keer dat het apparaat per dag wordt aangeraakt op. “Industriële kwaliteit” is geen acceptatiecriterium. Bij apparatuur die buiten wordt gebruikt of vaak wordt gereinigd, moet u bijzondere aandacht besteden aan veroudering van PET, slijtage van het oppervlak, afdichting van de randen en de beschermingsgraad van de behuizing.

Bevestiging aan het LCD-scherm

Veel resistieve sensoren worden met randlijm op het LCD-scherm bevestigd, waardoor er een luchtspleet ontstaat tussen de sensor en het scherm. Door middel van optische verlijming kunnen interne reflectie en parallax worden verminderd, maar dit maakt het blootliggende PET-oppervlak niet krasbestendig. Het verlijmingsmateriaal en -proces moeten voor de gekozen sensor worden gevalideerd. Zie Optisch verlijmen versus luchtverlijmen voor het afzonderlijke besluit inzake hechtenis.

Wanneer kies je voor een resistief touchscreen?

Kies voor resistieve aanraaktechnologie wanneer de apparatuur duidelijk vereist dat er druk wordt uitgeoefend, een passieve stylus wordt gebruikt, bediening met dikke handschoenen mogelijk moet zijn, compatibiliteit met oudere besturingssystemen nodig is of een eenvoudige interface met één aanraakpunt gewenst is.

Kies er niet voor alleen omdat men ervan uitgaat dat het goedkoper of meer “industrieel” is. Een modern PCAP-systeem is doorgaans de betere keuze wanneer het product multi-touch, een duurzaam glazen bedieningsoppervlak, een hoge optische helderheid of een strak, consumentgericht uiterlijk vereist.

Bij een bestaand industrieel platform kan compatibiliteit belangrijker zijn dan theoretische prestaties. Het behouden van een beproefde bedradingsconfiguratie, besturing en mechanisch ontwerp kan minder risico’s met zich meebrengen dan het vervangen van het volledige invoersysteem. Bij een nieuw platform moet de aanraaktechnologie worden gekozen op basis van de manier waarop operators de apparatuur gedurende de gehele levensduur daadwerkelijk zullen gebruiken.

Veelgestelde vragen

Werkt een resistief touchscreen met elke soort handschoen?

Er is geen geleidende handschoen nodig, maar de handschoen moet wel voldoende druk doorgeven om de bovenste folie te vervormen. Zeer zachte of dikke handschoenen moeten op het voltooide geheel worden getest in plaats van op basis van een algemene verklaring te worden goedgekeurd.

Is een resistief touchscreen met 5 draden altijd nauwkeuriger?

Niet per se. De nauwkeurigheid hangt af van de sensor, de regelaar, de kalibratie, de montage en de elektrische omgeving. Het belangrijkste voordeel van de 5-draadsopstelling is dat de prestaties op lange termijn minder afhankelijk zijn van de elektrische toestand van de flexibele bovenlaag.

Kan ik een 4-draads sensor vervangen door een 5-draads sensor?

Niet als directe elektrische vervanging. De controller en de pinconfiguratie zijn verschillend. De wijziging kan ook gevolgen hebben voor de FPC, de connector, de kalibratie en de mechanische tekening.

Definitief advies

Een goed project voor een resistief touchscreen begint bij de gebruiker, niet bij de catalogus. Ga na wat het scherm zal aanraken, hoe vaak het zal worden gebruikt, welke schade aan het oppervlak te verwachten is en of de bestaande besturing behouden moet blijven. Leg vervolgens de ontwerptekening, de elektrische interface en de acceptatiecriteria vast voordat de productie van start gaat.

Geef voor een maatwerk- of vervangingsproject het LCD-model, de tekening van het touchscreen, de FPC-gegevens, het model van de controller, de bedrijfsomgeving en de verwachte hoeveelheid door. Eagle Touch kan een stand-alone oplossing beoordelen op maat gemaakt resistief touchscreen, een gelijmde LCD-module of een complete industriële displayoplossing.