- یکشنبه ۵ شهریور ۱۴۰۲
صفحه‌های نمایش لمسی و حسگرهای نرم‌افزاری
صفحه‌های نمایش لمسی و حسگرهای نرم‌افزاری
حسگرهای نرم‌افزاری در صفحه‌های نمایش لمسی چه می‌کنند؟
صفحه‌های نمایش لمسی یکی از فناوری‌های جالب اما پیچیده است که امروز در آستانه نقطه عطفی مهم قرار گرفته است.
چکیده
فناوری حسگرهای نرم‌افزاری در صفحه‌های نمایش لمسی کاربری‌های بیشتری از گوشی هوشمند و تبلت دارد، مانند صنعت بازی و برنامه‌های خودرو اما همچنین می‌توان از آن برای کارهای جالبی مانند اندازه‌گیری شارژ باقی‌مانده باتری نیز استفاده کرد. به این دلیل به این حسگرها نرم‌افزاری می‌گویند که همه فرکانس‌ها توسط نرم‌افزار تعریف شده‌اند و اطلاعات حسگر بلافاصله به‌صورت دیجیتالی در دسترس نرم‌افزار قرار می‌گیرند.
صفحه‌های نمایش لمسی
صفحه‌های نمایش لمسی یکی از فناوری‌های جالب اما پیچیده هستند. موضوع این مقاله فناوری حسگری است که در صفحه‌های نمایش لمسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و در پشت، درون یا جلوی آنها قرار دارد. البته آنچه در این مقاله می‌گوییم برای طیف وسیعی از حسگرهای مختلف صادق است. اما دلیل اینکه در مورد صفحه‌های نمایش لمسی صحبت می‌کنیم، این است که همه ما هر روز با آنها درگیر هستیم.
صفحه‌های نمایش لمسی جنبه‌های متعددی دارند که آنها را پیچیده می‌کند. در اصل انواع مختلفی از صفحه‌های نمایش لمسی وجود دارد که پنج مورد از رایج‌ترین آنها عبارت‌اند:
- صفحه‌های نمایش لمسی خازنی سطحی
- صفحه‌های نمایش لمسی خازنی تصویری
- صفحه‌های نمایش لمسی مقاومتی
- صفحه‌های نمایش لمسی مادون قرمز
- صفحه‌های نمایش لمسی موج صوتی سطحی (SAW)
نکته دیگر اینکه در صفحه‌های نمایش لمسی از فناوری‌های مختلف نمایشگر استفاده می‌شود:
- نمایشگرهای کریستال مایع (ای.سی.دی)
- نمایشگرهای دیود ساطع‌کننده نور (ال.ای.دی)
- نمایشگرهای ال.ای.دی ارگانیک (او.ال.ای.دی)
همچنین در صفحه‌های نمایش لمسی با ویژگی‌های دیگری نیز مواجه هستیم که مربوط به عملکرد حسگر هستند و انواع مختلف دارد:
- درون‌سلولی: عملکرد حسگر لمسی تعبیه‌شده در کنار نمایشگر به شکل پیکسل
- روی‌سلولی: عملکرد حسگر لمسی در بالای نمایشگر
- بیرون‌سلولی: عملکرد حسگر لمسی به‌طور یکپارچه با صفحه نمایش شیشه‌ای محافظ
صفحه‌های نمایش لمسی خازنی
صفحه‌های نمایش لمسی خازنی در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر صفحه شیشه‌ای این دستگاه‌ها ردیف‌ها و ستون‌هایی از ماده‌ای رسانا مانند سیم قرار دارند که از ماده‌ای شفاف تشکیل شده است. می‌توان این صفحه‌های لمسی را به شکل زیر تجسم کرد:
دپارتمان برق و الکترونیک مجتمع فنی تهران
1 نمای مفهومی صفحه‌های نمایش لمسی خازنی
ردیف‌ها و ستون‌های ماده رسانا روی صفحه‌های نمایش لمسی مانند خازن عمل می‌کنند. کنترلگر صفحه لمسی یک واحد میکروکنترلر ویژه (MCU) است. وقتی این کنترلگر بخواهد یک ردیف یا ستون را حس کند، یک ولتاژ اعمال می‌کند که خازن مربوطه را شارژ می‌کند. سپس ولتاژ خارن را اندازه‌گیری می‌کند. این کنترلگر می‌داند ولتاژ صفحه در حالتی که لمس نشده است چقدر است. پس وقتی صفحه نمایش لمس می‌شود، نوعی ظرفیت اضافی بار می‌شود که بر زمان شارژ و تخلیه یک ستون یا ردیف اثر می‌گذارد.
ولتاژ‌های مورد استفاده در این سیستم‌ها نسبتاً بالاست و این امر باعث افزایش مدت زمان شارژ و تخلیه خازن می‌شود. نکته دیگر اینکه ستون‌ها و سطرها یکی پس از دیگری بررسی می‌شود و اگر انگشت حرکت کند، باعث اختلال در این بررسی می‌شود (شبیه شاتر چرخشی در حسگر تصویر). این علت‌ها باعث می‌شوند سرعت نمونه‌برداری در این صفحه‌های نمایش لمسی خازنی پایین بیاید و به علاوه لمس کردن آنها باعث ایجاد نویز نسبتاً زیادی می‌شود.
اخیراً در کنفرانس فناوری مجازی RT-Thread مطرح شد که هوش مصنوعی در حال تبدیل شدن به نوعی رابط کاربری جدید است. اما در کل کارایی سیستم‌های پردازش هوش مصنوعی در هنگام دیجیتالی کردن داده‌های آنالوگ کاهش می‌یابد و این امر به ویژه در مورد داده‌های آنالوگ با نویز زیاد صدق می‌کند. در ادامه دلیل این امر را توضیح خواهیم داد.
البته باید گفت که صفحه‌های نمایش لمسی خازنی که قدیمی محسوب می‌شوند واقعاً عالی بودند. توانایی صفحه‌های نمایش لمسی آی‌پدهای چهل سال پیش برای آن زمان واقعاً شگفتی‌آور بود. اما کار کردن با آنها چندان ساده نبود. همچنین خیس بودن صفحه یا پوشیدن دستکش باعث اختلال در توانایی کار کردن آنها می‌شود.
همه این بحث‌ها ما را به فناوری جدیدی می‌رساند که گروه SigmaSense آن را ارائه کرده است حسگرهای نرم‌افزاری با کیفیت بالا و مناسب قرن بیست‌ویک ارائه می‌دهد. به تصویر زیر توجه کنید.
2 SigmaDelta Modulator (SDM)
مدولاتور سیگما دلتا (SDM) به جای شارژ و تخلیه خازن، یک موج سینوسی پیک به پیک یک‌ولتی را به ردیف یا ستون مربوطه ارسال می‌کند. هر چیزی مانند لمس انگشت انسان، امپدانس مسیر سیگنال را تغییر می‌دهد و در نتیجه بین سیگنالی که باید وجود داشته باشد و سیگنال موجود تفاوت ایجاد می‌کند.
در ادامه SDM وضعیت را در لحظه بررسی می‌کند و معکوس اختلاف را به سیگنال باز می‌گرداند تا ورودی را با مرجع مطابقت دهد. همچنین کنترلگر می‌تواند فرکانس‌های مختلف و متعدد را به‌صورت همزمان در سطرها و ستون‌ها ارسال کند. کنترلگر DSP تعبیه‌شده می‌توانند FFTها را روی همه سیگنال‌ها به‌طور همزمان انجام دهد. یعنی کنترلگر از همه سطرها و ستون‌ها به‌طور همزمان نمونه بر می‌دارد (مانند شاتر سراسری در حسگر تصویر)
دپارتمان برق و الکترونیک مجتمع فنی تهران
به این دلیل به این حسگرها نرم‌افزاری می‌گویند که همه فرکانس‌ها توسط نرم‌افزار تعریف شده‌اند و اطلاعات حسگر بلافاصله به‌صورت دیجیتالی در دسترس نرم‌افزار قرار می‌گیرند.
دپارتمان برق و الکترونیک مجتمع فنی تهران
اگر به معادله فوق نگاه کنید می‌بینید که نتیجه به دست آمده شگفت‌آور است. این فناوری توانسته برای صفحه نمایش لمسی ۳۲ اینچی فرکانس نمونه‌برداری ۳۰۰ هرتز را به دست بیاورد در حالی که عدد رقبا ۱۲۰ هرتز است. این فناوری امکان کار در زیر باران و با دستکش را نیز دارد. همچنین این فناوری حسگر همیشه نیاز به لمس واقعی صفحه ندارد و می‌تواند حرکات دست کاربران تحلیل کند.
این فناوری کاربری‌های بیشتری از گوشی هوشمند و تبلت دارد، مانند صنعت بازی و برنامه‌های خودرو اما همچنین می‌توان از آن برای کارهای جالبی مانند اندازه‌گیری شارژ باقی‌مانده باتری نیز استفاده کرد.
جمع‌بندی
صفحه‌های نمایش لمسی خازنی در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر صفحه شیشه‌ای این دستگاه‌ها ردیف‌ها و ستون‌هایی از ماده‌ای رسانا مانند سیم قرار دارند که از ماده‌ای شفاف تشکیل شده است. ولتاژ‌های مورد استفاده در این سیستم‌ها نسبتاً بالاست و این امر باعث افزایش مدت زمان شارژ و تخلیه خازن می‌شود. همچنین ستون‌ها و سطرها یکی پس از دیگری بررسی می‌شود و اگر انگشت حرکت کند، باعث اختلال در این بررسی می‌شود. به همین دلیل سرعت نمونه‌برداری در این صفحه‌های نمایش لمسی خازنی پایین است و به علاوه لمس کردن آنها باعث ایجاد نویز نسبتاً زیادی می‌شود. فناوری جدیدی که گروه SigmaSense آن را ارائه کرده است، یعنی حسگرهای نرم‌افزاری با کیفیت بالا این مشکلات را حل کرده‌اند و مناسب قرن بیست‌ویک هستند.
نویسنده: مکس مکسفیلد
مترجم: بهناز دهکردی
منبع: E.E.Journal
دپارتمان برق و الکترونیک مجتمع فنی تهران
در دنیای کسب‌وکار امروز، تحصیلات دانشگاهی برای حفظ ارزش شما به‌عنوان نیروی کار بااستعداد و کارآمد کافی نیستند. برای اینکه مزیت رقابتی شخصی خود را حفظ کنید، باید بر آموزش مستمر و مادام‌العمر خود سرمایه‌گذاری کنید. خانواده بزرگ مجتمع فنی تهران هرساله به هزاران نفر کمک می‌کند تا در مسیر شغلی خود پیشرفت کنند.
اگر شاغل هستید و وقت ندارید در دوره‌های آموزشی حضوری شرکت کنید، مجتمع فنی تهران گزینه‌هایی عالی برای آموزش مجازی، آنلاین، آفلاین و ترکیبی ارائه می‌دهد. با شرکت در دوره‌های کوتاه‌مدت مجتمع فنی تهران و دریافت مدارک معتبر و بین‌المللی می‌توانید با اعتماد به نفس مسیر ترقی را طی کنید و در سازمان خود به مهره‌ای ارزشمند تبدیل شوید.
