Промышленный сенсорный экран выбирают не только исходя из его размера и технологии сенсорного управления. Он должен работать в составе единой системы вместе с оператором, защитным стеклом, контроллером, ведущей системой, корпусом и электрической средой.
В случае проекта для OEM-производителя первый вопрос заключается не просто в том, “PCAP или резистивный?”, а в следующем: Какие требования предъявляются к продукции, производимой на данном оборудовании, как оно будет эксплуатироваться и каким нагрузкам должна выдерживать конечная сборка?
В данном руководстве описаны важные решения, которые необходимо принять до выпуска чертежа или утверждения образца.
Сенсорный экран, сенсорный дисплей, монитор или панельный ПК?
Эти термины часто используются как синонимы, но они обозначают разные уровни продукции.
Уровень продукта
Что входит в комплект
Типичное использование
Сенсорная панель / сенсорный экран
Решение, включающее сенсорный датчик, гибкую печатную плату (FPC) и контроллер; версии с технологией PCAP могут поставляться с индивидуальным защитным стеклом
Добавлено к существующей конструкции ЖК-дисплея или встроенного дисплея
Модуль сенсорного дисплея
Сенсорная панель, объединенная с ЖК-дисплеем с помощью воздушной или оптической склеивки
Подключается к встроенной материнской плате через интерфейсы ЖК-дисплея и сенсорного экрана
Сенсорный монитор
ЖК-дисплей, сенсорный экран, контроллер дисплея, видеовходы, схема питания и монтажная конструкция
Подключается к промышленному ПК или другому внешнему хосту
Панельный компьютер
Сенсорный дисплей, компьютер, память, накопители, устройства ввода-вывода и корпус
Полный интерфейс человека-машины (HMI) или терминал данных
Определение этого уровня на начальном этапе позволяет избежать распространённой проблемы при составлении коммерческого предложения: одна сторона обсуждает сенсорную панель, а другая ожидает получить готовый монитор.
Система сенсорного управления состоит из четырёх основных этапов:
Оператор касается поверхности пальцем, перчаткой или стилусом.
Датчик регистрирует изменение ёмкости или физического давления.
Сенсорный контроллер фильтрует сигнал и вычисляет координаты.
Хост получает координаты через USB, I²C или другой поддерживаемый интерфейс.
Датчик — лишь одно из звеньев этой цепочки. Даже подходящая панель может работать неэффективно, если контроллер, заземление, прокладка кабелей, корпус или микропрограмма не соответствуют готовому оборудованию.
PCAP и резистивный сенсорный экран
Проекционные емкостные и резистивные сенсорные экраны — это два наиболее практичных варианта для большинства промышленных проектов OEM-производителей. Инфракрасные и SAW-системы по-прежнему находят применение в некоторых широкоформатных или специализированных решениях, однако обычно они не являются предпочтительным выбором для компактного, плоского и герметичного интерфейса оборудования.
Слева: проекционно-емкостная сенсорная панель с нестандартным защитным стеклом. Справа: традиционная резистивная сенсорная панель с гибким верхним слоем.
Проецируемый емкостной сенсорный экран
Датчик PCAP использует схему из проводящих электродов для регистрации изменений в электрическом поле. Обычно он располагается за стеклянной поверхностью.
PCAP — оптимальный выбор в тех случаях, когда к продукту предъявляются следующие требования:
плоская стеклянная передняя панель
мультитач или управление жестами
хорошая оптическая прозрачность
частое использование без износа открытой гибкой пленки
стекло на заказ, печать или обработка поверхности
Промышленный датчик PCAP не всегда гарантирует надежную работу в любом корпусе. Толстое защитное стекло, непроводящие перчатки, вода, импульсные источники питания, длинные кабели и находящиеся поблизости металлические предметы могут снизить доступный запас по сигналу. Датчик, контроллер и микропрограмма должны пройти тестирование в условиях конечной сборки.
В традиционном резистивном сенсорном экране используется гибкий верхний слой из ПЭТ и жесткая стеклянная подложка, разделенные распорными точками. При нажатии проводящие слои соприкасаются, что позволяет определить координаты касания.
Резистивный сенсорный экран зачастую является более предсказуемым выбором, когда оборудование требует:
работа в толстых или непроводящих перчатках
ввод с помощью пластикового стилуса или другого непроводящего предмета
простое одноточечное управление
совместимость с устаревшей системой
более низкая чувствительность к электрическим помехам
К недостаткам данной технологии относятся гибкая верхняя поверхность, более низкая оптическая пропускаемость по сравнению с PCAP, а также механический износ с течением времени. Четырёхпроводные и пятипроводные конструкции также отличаются по показателям долговечности и калибровки. Эти вопросы рассматриваются в Руководство по промышленным резистивным сенсорным экранам.
Краткое сравнение
Требование
PCAP
Резистивный
Ввод с помощью пальцев
Превосходно
Хорошо
Мультисенсорный
Обычно поддерживается
Обычно не поддерживается в традиционных 4- или 5-проводных схемах
Толстые непроводящие перчатки
Необходимо провести оценку и настройку
В целом подходит
Пластиковый стилус или инструмент
Обычно не обнаруживается
Подходящий
Передняя поверхность
Жесткое защитное стекло
Гибкая ПЭТ-пленка
Вода на поверхности
Необходимо определить и настроить поведение
Капли, как правило, не создают давления, но герметизация всё же необходима
Электрический шум
В значительной степени зависит от заземления, экранирования и запаса по мощности контроллера
В целом менее чувствительный
Типичная область применения
Современные системы человеко-машинного интерфейса (HMI), информационные киоски, зарядные устройства для электромобилей, оборудование со стеклянной передней панелью
Промышленное управление, испытательное оборудование, замена устаревшего оборудования
Дело не в том, какая технология новее. Дело в том, какая из них обеспечивает достаточную операционную маржу в предполагаемой области применения. См. подробную Сравнение PCAP и резистивных сенсоров когда оба варианта остаются возможными.
Выберите технологию из списка «Real Input Method»
“Работа в перчатках” не является исчерпывающим требованием. Перчатки из нитрила, кожи, хлопка, а также перчатки с защитой от порезов и теплоизоляционные перчатки ведут себя по-разному. Одна только толщина не определяет их электрические свойства.
То же самое касается воды. Проект может требовать одного из трёх различных вариантов поведения:
игнорировать отдельные капли
прикоснуться мокрым пальцем
при длительном контакте с тяжёлой водой следует воздержаться от прикосновений
Эти режимы работы не являются взаимозаменяемыми. Их следует определить до начала настройки контроллера и протестировать с использованием реальной перчатки, жидкости и стекла-накладки. Руководство по сенсорному экрану, совместимому с перчатками более подробно объясняет основные переменные.
Условия применения
Практическая отправная точка
Что необходимо проверить
Современный графический интерфейс человека-машины (HMI)
PCAP
Параметры пользовательского интерфейса, мультитач, заземление и электромагнитная совместимость
Ввод с помощью толстой перчатки или универсального стилуса
Резистивный, или настроенный PCAP, если стеклянная передняя панель является обязательным условием
Сами перчатки и инструмент для ввода данных
Уличный киоск или зарядная станция для электромобилей
PCAP с герметичной стеклянной передней панелью
Поведение в условиях влажной среды, читаемость при солнечном свете, температурные характеристики и конструкция корпуса
Частая уборка
PCAP со стеклянной передней панелью зачастую проще чистить
Чистящая жидкость, удаление воды и герметизация кромок
Замена устаревшей панели
В первую очередь следует сопоставить исходную технологию
Схема, активная область, гибкая печатная плата (FPC), распиновка, контроллер и калибровка
Оборудование, создающее электрические помехи
Резистивный для простого ввода или PCAP с управляемым заземлением и экранированием
Полная система с питанием в самых неблагоприятных условиях эксплуатации
Выбор сенсорного контроллера и интерфейса
Сенсорный интерфейс отделен от видеоинтерфейса ЖК-дисплея. Сигналы изображения передаются по интерфейсам HDMI, DisplayPort, LVDS и eDP; координаты касания обычно передаются по интерфейсам USB, I²C или последовательному интерфейсу.
USB
USB HID, как правило, является самым простым решением для сенсорных мониторов или систем на базе ПК. Его легко протестировать самостоятельно, и он поддерживается многими платформами Windows, Linux и Android. Тем не менее следует проверить совместимость с хост-устройством, особенно в случае старых операционных систем, терминалов с ограниченным доступом и пользовательских сборок Android.
I²C
Интерфейс I²C широко используется во встроенных устройствах, где сенсорный контроллер подключается непосредственно к материнской плате. Он позволяет сократить количество внешних кабелей, однако требует правильного напряжения, правильного назначения выводов, а также интеграции драйверов и прошивки. Его не следует рассматривать как альтернативу USB, поддерживающую принцип «подключи и работай».
Последовательный интерфейс
RS-232 по-прежнему находит применение в некоторых устаревших промышленных системах и в рамках проектов по замене оборудования. Прежде чем делать выводы о совместимости, необходимо уточнить протокол, тип разъема, скорость передачи данных, схему питания и поддержку со стороны операционной системы.
Защитное стекло, ударопрочность и герметизация передней части
В конструкции PCAP защитное стекло во многом определяет внешний вид изделия и прочность его лицевой поверхности. В чертеже должны быть указаны:
габаритные размеры и область обзора
толщина и материал стекла
химическое упрочнение или термическая закалка, если это необходимо
обработка кромок, отверстия и вырезы
чёрная окантовка, логотип и прозрачные окошки
Покрытие поверхности AG, AR или AF, если требуется
Более толстое стекло не всегда означает более высокий показатель IK. Ударопрочность также зависит от материала стекла, процесса упрочнения, состояния кромок, ширины опоры, клея, конструкции корпуса и готовой испытательной сборки. Руководство по проектированию защитного стекла для сенсорных экранов рассматривает эти факторы по отдельности.
То же самое различие применимо и к классам защиты IP. Стандарт IEC 60529 определяет степень защиты корпуса от проникновения посторонних веществ. Сенсорная панель может иметь герметичную переднюю часть, но сама по себе она не обеспечивает готовому оборудованию класс защиты IP65. На конечный результат влияют сжатие прокладок, склеивание, наличие отверстий, а также корпус, предоставленный заказчиком.
Воздушная склеивка или оптическая склеивка?
При креплении с воздушным зазором сенсорная панель фиксируется по периметру ЖК-дисплея, при этом оставляется воздушный зазор. Этот способ подходит для многих вариантов использования в помещениях и, как правило, облегчает ремонт.
При оптическом склеивании зазор между сенсорной панелью и ЖК-дисплеем заполняется прозрачным клеем. Это позволяет уменьшить внутреннее отражение и повысить видимый контраст при ярком внешнем освещении. Кроме того, таким образом устраняется внутренний воздушный зазор, в котором в противном случае могла бы образовываться конденсация.
Оптическое склеивание не требуется для всех промышленных дисплеев и не заменяет правильную настройку яркости, теплового режима или конструкции корпуса. Используйте руководство по оптическому склеиванию чтобы определить, оправдывает ли оптический эффект связанные с этим дополнительные технологические операции и объем доработки.
Информация, необходимая для подготовки коммерческого предложения
Чертеж — это лучшая отправная точка. Если чертежа нет, для первоначального анализа можно использовать модель ЖК-дисплея и четкие фотографии.
Артикул
Необходимая информация
Уровень продукта
Сенсорная панель, модуль сенсорного дисплея, монитор или панельный ПК
Справочная информация по дисплею
Модель ЖК-дисплея, схема ЖК-дисплея, разрешение и ориентация
Механика
Внешние размеры, активная площадь, область обзора, толщина и направление FPC
Ввод
Защита от прикосновений пальцем, перчаткой, стилусом, мокрым пальцем или водой
Сенсорная технология
PCAP, 4-проводная резистивная или 5-проводная резистивная
Интерфейс
USB, I²C, RS-232 или необходимый выход контроллера
Дизайн передней части
Защитное стекло, печать, отверстия, обработка поверхности и герметизация
Окружающая среда
Использование в помещении и на открытом воздухе, температура, влажность, загрязнение, вибрация и электрические помехи
Интеграция
Склеивание воздушным слоем, оптическое склеивание или только сенсорная панель
Проект
Количество образцов, годовой спрос, необходимые сертификаты и предполагаемый срок эксплуатации продукции
Своевременное указание этих деталей позволяет сэкономить время по сравнению с выбором стандартной сенсорной панели по размеру диагонали и её доработкой после завершения изготовления корпуса.
Проверяйте окончательную сборку, а не только сенсорную панель
Стендные испытания с открытым датчиком не могут отражать характеристики готового изделия. Перед утверждением необходимо провести испытания тех же стекла, ЖК-дисплея, контроллера, кабелей, источника питания, металлоконструкций и программного обеспечения, которые планируется использовать в серийном производстве.
План валидации должен включать:
точность сенсорного ввода, реакция на касания по краям экрана и поддержка мультитач там, где это необходимо
сами перчатки, стилус и жесты управления
определённые характеристики «влажного прикосновения» или водоотталкивающих свойств
холодный запуск, пробуждение, перезапуск, ротация и распознавание операционной системы
работа от предусмотренного источника питания и с учетом длины кабеля
стабильность при касании, когда работают двигатели, зарядные устройства, инверторы или другие источники помех
условия температуры и влажности, характерные для данного оборудования
механическая посадка, зазор стекла и сжатие прокладки
Испытания на электростатическую разрядку (ESD) и электромагнитную совместимость (EMC), предусмотренные планом обеспечения соответствия готового продукта
После замены ЖК-дисплея, защитного стекла, контроллера, микропрограммы, кабеля, источника питания или корпуса повторите соответствующие испытания. Настройка контроллера не может устранить все проблемы, связанные с аппаратным обеспечением или заземлением. Если по-прежнему возникают необъяснимые ложные срабатывания, воспользуйтесь структурированным проверка наличия помех в работе сенсорного экрана а не просто бессистемно повышать чувствительность.
Распространенные ошибки в технических заданиях
Выбор только по размеру диагонали
Две сенсорные панели с одинаковым номинальным размером могут иметь разные наружные размеры, активные зоны, зоны обзора и расположение гибких печатных плат.
Рассмотрение поддержки перчаток как функции, которую можно включить или отключить
Характеристики перчатки зависят от материала, толщины, защитного стекла, конструкции датчика, контроллера и встроенного программного обеспечения. Проведите тестирование конкретной перчатки.
Предполагается, что толстое стекло обеспечивает степень защиты IK10
Толщина стекла — лишь одна из составляющих ударопрочной конструкции. Характеристики по шкале IK необходимо проверять на окончательной конструкции, соответствующей заданным требованиям.
Заявление о водонепроницаемости сенсорной панели
Герметичность и тактильные характеристики — это разные вещи. Корпус предотвращает попадание посторонних веществ; прошивка контроллера обеспечивает защиту от капель и влаги на входе.
Настройка до появления окончательной версии оборудования
Настройки PCAP, утвержденные на открытом испытательном стенде, могут стать нестабильными после установки ЖК-дисплея, металлической окантовки, блока питания и длинного кабеля.
Игнорирование изменений в производстве
Новый ЖК-дисплей, обновленная версия контроллера или состав клеевого слоя могут повлиять на оптические характеристики или рабочие показатели сенсорного экрана. В рамках программ OEM необходимо установить правила контроля компонентов и повторной валидации, а не ограничиваться лишь успешным результатом первого образца.
Часто задаваемые вопросы
Какая сенсорная технология лучше всего подходит для промышленного оборудования?
Технология PCAP обычно предпочтительна для герметичных стеклянных панелей, мультитач-управления и современных графических интерфейсов. Резистивные сенсорные экраны по-прежнему остаются востребованными для работы в толстых перчатках, универсального ввода с помощью стилуса, простого управления одним касанием и многих устаревших систем.
Можно ли пользоваться промышленным сенсорным экраном PCAP в перчатках?
Да, если датчик, защитное стекло, контроллер и прошивка обеспечивают достаточный запас по сигналу. Саму перчатку необходимо протестировать в готовом устройстве.
Является ли промышленный сенсорный экран водонепроницаемым?
Не сама по себе. Сенсорную панель можно встроить в герметичный передний панель, но класс защиты IP относится к испытанному корпусу или готовому изделию. Защита контроллера от попадания воды является отдельным требованием.
Требует ли PCAP калибровки?
Обычно устройство PCAP не требует регулярной калибровки. Однако после изменения ориентации экрана, обновления прошивки, изменения настроек хост-компьютера или макета экрана может потребоваться настройка или конфигурация. Обычные резистивные системы могут требовать калибровки.
Что необходимо отправить для замены сенсорного экрана?
Пришлите исходные данные о контурах сенсорной панели, активной области, гибком печатном контакте (FPC) и разъемах, если они у вас есть. Также будут полезны четкие фотографии передней и задней сторон, кода FPC, этикетки ЖК-дисплея и конструкции установки. Одного лишь совпадения диагонали недостаточно.
Заключительная рекомендация
Надежный промышленный сенсорный экран — это результат правильного выбора технологий и тщательно контролируемой системной интеграции. Начните с анализа реальных методов ввода данных и условий эксплуатации, определите уровень продукта и интерфейсы, а затем проведите валидацию готовой сборки перед запуском в производство.
Для проведения OEM-экспертизы отправьте нам модель ЖК-дисплея или его чертеж, информацию о требуемом способе сенсорного управления, конструкции стекла, интерфейсе, условиях эксплуатации и предполагаемом объеме заказа. Компания Eagle Touch может провести оценку сенсорной панели, контроллера и подхода к интеграции до утверждения проекта.
