Touchscreen-Technologie – Definition, Funktionsweise & Anwendungen

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Was ist die Touchscreen-Technologie?

Was ist die Touchscreen-Technologie?

Ein Kapazitiver Touchscreen als externer Monitor.

Die Touchscreen-Technologie ist die auf direkter Manipulation basierende Gestentechnologie. Direkte Manipulation ist die Fähigkeit, die digitale Welt innerhalb eines Bildschirms zu manipulieren. Ein Touchscreen ist ein elektronischer Bildschirm, der in der Lage ist, eine Berührung auf der Anzeigefläche zu erkennen und zu lokalisieren.

Dies bezieht sich im Allgemeinen auf die Berührung des Displays des Geräts mit einem Finger oder einer Hand. Diese Technologie wird am häufigsten in Computern, interaktiven Maschinen, Smartphones, Tablets usw. verwendet, um die meisten Funktionen von Maus und Tastatur zu ersetzen.

Die Touchscreen-Technologie gibt es schon seit einigen Jahren, aber die fortschrittliche Touchscreen-Technologie ist in letzter Zeit sprunghaft angestiegen. Unternehmen integrieren diese Technologie in immer mehr ihrer Produkte. Die drei gebräuchlichsten Touchscreen-Technologien sind resistiv, kapazitiv und SAW (Surface Acoustic Wave). Die meisten Low-End-Touchscreen-Geräte befinden sich auf einer Standard-Leiterplatte und werden mit dem SPI-Protokoll verwendet.

Das System besteht aus zwei Teilen, nämlich aus Hardware und Software. Die Hardware-Architektur besteht aus einem eigenständigen eingebetteten System mit einem 8-Bit-Mikrocontroller, verschiedenen Arten von Schnittstellen und Treiberschaltungen. Der Systemsoftware-Treiber wird mit einer interaktiven Programmiersprache C entwickelt.

Arten der Touchscreen-Technologie

Der Touchscreen ist eine 2-dimensionale Abtastung, die aus 2 durch Abstandshalter getrennten Materialbahnen besteht. Es gibt vier Haupttypen von Touchscreen-Technologien: Resistiv, kapazitiv, akustische Oberflächenwelle (SAW) und Infrarot (IR).

Resistiver Touchscreen

Der resistive Touchscreen besteht aus einer flexiblen Oberschicht aus Polyethylen und einer starren Unterschicht aus Glas, die durch isolierende Punkte getrennt und an einem Touchscreen-Controller befestigt sind. Resistive Touch-Screen-Panels sind preiswerter, bieten aber nur 75% des Lichts des Monitors und die Schicht kann durch scharfe Gegenstände beschädigt werden. Der resistive Touchscreen ist weiter unterteilt in 4-, 5-, 6-, 7-, 8- verdrahtete resistive Touchscreens. Der Aufbau all dieser Module ist ähnlich, aber es gibt einen großen Unterschied in jeder der Methoden zur Bestimmung der Berührungskoordinaten.

Kapazitiver Touchscreen

Ein kapazitives Touchscreen-Panel ist mit einem Material beschichtet, das elektrische Ladungen speichert. Die kapazitiven Systeme können bis zu 90% des Lichts vom Monitor durchlassen. Es wird in zwei Kategorien unterteilt. Bei der Surface-Capacitive-Technologie ist nur eine Seite des Isolators mit einer leitenden Schicht beschichtet.

Immer wenn ein menschlicher Finger den Bildschirm berührt, werden elektrische Ladungen über die unbeschichtete Schicht geleitet, was zur Bildung eines dynamischen Kondensators führt. Der Controller erkennt dann die Position der Berührung, indem er die Kapazitätsänderung an den vier Ecken des Bildschirms misst.

Bei der projizierten kapazitiven Technologie wird die leitende Schicht (Indium-Zinnoxid) geätzt, um ein Gitter aus mehreren horizontalen und vertikalen Elektroden zu bilden. Dabei wird sowohl in der X- als auch in der Y-Achse mit Hilfe eines deutlich geätzten ITO-Musters abgetastet. Um die Genauigkeit des Systems zu erhöhen, enthält der Projektionsschirm bei jeder Interaktion von Zeile und Spalte einen Sensor.

Infrarot Touchscreen

Bei der Infrarot-Touchscreen-Technologie ist ein Array aus X- und Y-Achse mit IR-LED-Paaren und Fotodetektoren ausgestattet. Die Fotodetektoren erkennen jedes Bild im Lichtmuster der Leds, wenn der Benutzer den Bildschirm berührt.

Akustische Oberflächenwellen Touchscreens

Die akustische Oberflächenwellentechnologie enthält zwei Wandler, die entlang der X- und Y-Achse der Glasplatte des Monitors zusammen mit einigen Reflektoren angeordnet sind. Wenn der Bildschirm berührt wird, werden die Wellen absorbiert und eine Berührung wird an diesem Punkt erkannt. Diese Reflektoren reflektieren alle elektrischen Signale, die von einem Wandler zu einem anderen gesendet werden. Diese Technologie bietet eine hervorragende Durchgangsleistung und Qualität.

Komponenten und Funktionsweise des Touchscreens

Ein einfacher Touchscreen besteht aus einem Berührungssensor, einem Controller und einem Software-Treiber als drei Hauptkomponenten. Der Touchscreen wird mit einem Display und einem PC zu einem Touchscreen-System kombiniert.

Berührungssensor

Der Sensor wird in der Regel von einem elektrischen Strom oder Signal durchflossen und eine Berührung des Bildschirms bewirkt eine Änderung des Signals. Diese Änderung wird zur Bestimmung der Position der Berührung des Bildschirms verwendet.

Touchscreen Steuerung

Ein Controller wird zwischen Berührungssensor und PC angeschlossen. Er nimmt Informationen vom Sensor auf und übersetzt sie zum Verständnis des PCs. Der Controller bestimmt, welche Art von Verbindung benötigt wird.

Software-Treiber

Er ermöglicht die Zusammenarbeit zwischen Computer und Touchscreen. Er teilt dem Betriebssystem mit, wie die vom Controller gesendeten Informationen über Berührungsereignisse interagieren sollen.

Anwendung – Fernbedienung mit Touchscreen-Technologie

Der Touchscreen ist eine der einfachsten PC-Schnittstellen, die für eine größere Anzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann. Ein Touchscreen ist nützlich, um die Informationen durch einfaches Berühren des Bildschirms leicht zugänglich zu machen. Das Touchscreen-Gerätesystem ist nützlich, um von der industriellen Prozesssteuerung bis zur Hausautomatisierung zu reichen.

In Echtzeit durch einfaches Berühren des Touchscreens und mit einer grafischen Oberfläche kann jeder komplexe Vorgänge überwachen und steuern.

Auf der Übertragungsseite werden z.B. über eine Touchscreen-Steuereinheit einige Richtungen an den Roboter gesendet, um sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen, wie vorwärts, rückwärts, linksdrehend und rechtsdrehend. Auf der Empfangsseite sind vier Motoren mit dem Mikrocontroller verbunden. Zwei davon werden für die Arm- und Greifbewegung des Roboters und zwei weitere für die Körperbewegung verwendet.

Einige Fernvorgänge können mit der Touchscreen-Technologie über drahtlose Kommunikation für die Annahme von Anrufen, die Ortung und Kommunikation mit dem Personal und die Bedienung von Fahrzeugen und Robotern durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann HF-Kommunikation oder Infrarot-Kommunikation verwendet werden.

Eine Anwendung in Echtzeit

Steuerung von Haushaltsgeräten mit Touchscreen-Technologie

Es ist möglich, die Elektrogeräte zu Hause über Touchscreen-Technologie zu steuern. Das ganze System funktioniert durch das Senden von Eingabekommandos vom Touchscreen-Panel über die HF-Kommunikation, die auf der Empfängerseite empfangen werden und das Schalten der Lasten steuern.

Auf der Senderseite wird ein Touchscreen-Panel über einen Touchscreen-Stecker mit dem Mikrocontroller verbunden. Wenn ein Bereich auf dem Panel berührt wird, werden die x- und y-Koordinaten dieses Bereichs an den Mikrocontroller gesendet, der aus der Eingabe einen Binärcode generiert.

Diese 4-Bit-Binärdaten werden an die Datenpins des H12E-Encoders gegeben, der einen seriellen Ausgang entwickelt. Dieser serielle Ausgang wird nun über ein HF-Modul und eine Antenne gesendet.

Auf der Empfängerseite empfängt das HF-Modul die codierten seriellen Daten, demoduliert sie und gibt diese seriellen Daten an den H12D-Decoder weiter. Dieser Decoder wandelt diese seriellen Daten in die parallelen Daten um, die zu den vom Mikrocontroller gesendeten Originaldaten auf der Sendeseite gehören. Der Mikrocontroller auf der Empfängerseite empfängerseitig, empfängt diese Daten und sendet dementsprechend ein Low-Logiksignal an den entsprechenden Optokoppler, der wiederum den jeweiligen TRIAC einschaltet, um die Last mit Wechselstrom zu versorgen und die jeweilige Last einzuschalten.

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Carsten Hack ist begeisterter Hobby-Bastler auf vielen Gebieten und Autor von e-hack.de. Seine Erfahrung und Expertise schreibt er in informativen Beschreibungen verschiedener elektrischer Bauteile nieder und gibt Tipps zu allen Fragen der Beleuchtung und LED-Leuchtmitteln.

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