مزايای صفحه های لمسی

چكيده:
يكي از دغدغه هاي طراحان سيستمهاي رايانه‌اي براي محصولاتشان داشتن يك رابط خوب با كاربران است به عبارت ديگر طراح بايد سيستمي طراحي كند كه علاوه بر داشتن عملكرد خوب، كاربر پسند نيز باشد و نياز به صرف وقت و هزينه هاي زياد براي آموزش كاربران آن سيستم نباشد و در نهايت نحوه ارتباطش با كاربران ساده و سريع باشد.از اين رو فناوري "تاچ اسكرين" يا صفحه لمسي اهميت پيدا كرده و براي برخي كاربردها به طور گسترده استفاده مي شود.فناوري هاي ساخت صفحه لمسي و همچنين كاربرد آنها موضوع بحث اين مقاله است.در اين مقاله سعي شده تا انواع مختلف صفحه لمسي مانند Resistive و Infrared و Capacitive و[SAW[2 را توصيف كرده و به بررسي نحوه ي كار آنها بپردازيم.

مقدمه:
شايد تا به حال مانيتورهايي مجهز به صفحه نمايش لمسي را ديده باشيد اينگونه صفحه نمايش ها داراي مزيتها و معايبي هستند كه البته در منظورهاي مختلف استفاده از آنها به نفع ماست به عنوان مثال در دستگاه هاي[ATM[3 يا عابر بانك نياز شديدي به اين فناوري احساس مي شود.كار با اين دستگاهها بدين صورت است كه كاربر بسته به اينكه صفحه لمسي با چه فناوري ساخته شده نقطه ي مورد نظر كه نمايش يك كليد يا لينك مي باشد را توسط قلم مخصوص يا انگشت لمس كرده و فرمان لازم يا درخواست خود را وارد سيستم مي كند.همانطور كه مي دانيد از مانيتور هميشه به عنوان يك دستگاه خروجي ياد مي شد حال با افزودن Touch Screen به آن، مي تواند جاي موشواره[4] يا صفحه كليد را گرفته و به عنوان يك دستگاه وروردي/خروجي به كار رود.
 
مزاياي صفحه لمسي
رايانه هاي مجهز به صفحه لمسي داراي سه مزيت زير هستند:
 
فضاي كمي اشغال مي كنند
قسمتهاي متحرك كمتري دارند
مي توان از آنها به عنوان يك دستگاه ثابت و جمع و جور در يك نقطه استفاده كرد.

انواع صفحه لمسي از لحاظ طريقه نصب
صفحه لمسي ها به دو شيوه در مانيتور ها استفاده مي شوند:

Built-in
Add-on

در روش Built-in هنگامي كه مانيتور در كارخانه توليد مي شود به طور سازماني صفحه لمسي را در آن جاي مي دهند.اينگونه صفحه لمسي ها مخصوص كارهاي سنگين خلق شده و مستقيما روي تيوپ [CRT[5 سوار مي شوند.
در روش Add-on صفحه لمسي را مي توان بعدا روي مانيتور ها اضافه كرد.اينگونه صفحه لمسي ها قابهايي شفاف هستند كه كنترلر آنها در داخل قاب جاسازي شده و روي صفحه ي مانيتور نصب مي شوند.

 كاربردهاي صفحه لمسي
 كيوسكهاي اطلاعاتي از جمله نمايشگر راهنماي توريستي در فرودگاهها و ترمينالهاي مسافرتي مي توانند اطلاعات مربوط به هواشناسي و پروازها را به كاربران يا مردم عادي ارائه دهند، راهنماي عمارتهاي بزرگ كه ممكن است در گوشه و كنار عمارت نصب شده باشند مانند حرمسراها و اماكن زيارتي سياحتي وسيع كه استفاده از آن توسط مبتدي ترين كاربران ميسر باشد، همينطور در موزه هاي بزرگ مي توان براي اطلاع رساني راجع به اجسام موجود در موزه استفاده كرد و …. كه به كارگيري اين ابزار اطلاع رساني بستگي به ابتكار مسئولين مي تواند در جاي خود نقش بسيار موثري داشته باشد.
مكانهاي فروش فوري يا POS[6] ، مثلا باجه هاي بليط فروشي ، بوفه هاي فروش مواد خوراكي ، فروش نشريات و روزنامه ها و ….
سيستمهاي كنترلي اتوماتيك و [PLC[7 ها، در كارخانه هاي توليدي بزرگ براي كنترل دستگاههاي عظيم ، نمايشگر وضعيت دستگاهها حين كار و امكان دخالت دستي در كار دستگاه و …
اهداف آموزشي ، به خاطر راحتي استفاده از آن مي تواند در يادگيري كاربر موثر باشد به خاطر اينكه كاربر نياز به داشتن اطلاعات مربوط به استفاده از رايانه را ندارد و تمركز بيشتري روي موضاعات مخصوص به خود دارد و …
به واسطه راحت بودن كار با آنها براي افراد عادي اخيرا تلاشهاي زيادي در جهت استفاده از اين فناوري در سيستمهاي راي گيري[8] شده است مانند انتخابات سراسري.

 اجزاء صفحه لمسي

اغلب صفحه لمسي ها از سه جزء زير تشكيل مي شوند:
 1)      صفحه حساس به لمس كه با توجه به فناوري آن اطلاعات مربوط به مكان لمس شده را به كنترلر مي فرستد.
 2)   كنترلر صفحه لمسي كه با دريافت سيگنالهاي مخصوص از صفحه لمسي آنها را به علائمي معنا دار براي پردازنده تبديل كرده و از طريق پورت USB‌ يا COM به رايانه منتقل مي كند كه اين علائم معمولا اطلاعات مكان لمس شده روي صفحه مي باشد.
 3)      يك درايور نرم افزاري براي برقراري ارتباط بين كنترلر و سيستم عامل براي تبديل علائم دريافتي به رويدادهاي موشواره
 
فناوري هاي موجود صفحه لمسي
بسته به كاربرد و محل كار سيستمهاي مجهز به صفحه لمسي فناوريهاي مختلفي وجود دارد كه به ترتيب به ساختار آنها مي پردازيم:

  Resistive Touch Screens

همينطور كه از نام اين نوع صفحه لمسي پيداست از مقاومت براي توليد مقادير ولتاژ متفاوت در نقاط مختلف صفحه لمسي استفاده كرده و بدين طريق مكان لمس شده را به كنترلر اعلام مي كند.
اين گونه از صفحه لمسي ها به هر نوع فشاري حساس هستند و پاسخ مورد نظر را در خروجي توليد مي كنند يعني از هر وسيله اي اعم از قلم و انگشت مي توان براي كار با آنها استفاده كرد و از اين لحاظ محدوديتي براي كاربران بوجود نمي آورند.آنها معمولا داراي مواد پايه ي شيشه يا آكرليك كه با لايه هايي از مواد هادي و مقاومتي پوشيده شده اند ،هستند اين لايه هاي نازك توسط نقاط غيرقابل مشاهده اي از هم جدا شده اند وقتي كه صفحه لمسي در حالت عادي و روشن است هيچ گونه تماسي بين دو لايه ي هادي و مقاومتي وجود نداشته و هيچ جرياني بين آن دو رد و بدل نمي شود به محض اينكه لمسي اتفاق بيفتد فشار حاصل از لمس باعث تماس بين دو لايه هادي و مقاومتي خواهد شد و باعث ايجاد تغيير در جريان الكتريكي مي شود اين تغيير توسط كنترلر صفحه لمسي كشف شده و با اندكي پردازش روي اطلاعات حاصل از لمس ، آنها را تبديل به يك مختصات افقي و عمودي مي كند و به عنوان يك رويداد لمس آن را ثبت مي كند.
نوع مقاومتي صفحه لمسي فناوري ساخت ساده اي دارند ولي وضوح تصويري كه به كاربران ارائه مي دهند نسبت به ديگر انواع كمتر است.همچنين به خاطر پايا و پر عمر بودن آنها بيشتر به منظور كارهاي سنگين در مكانهاي نامساعد استفاده مي شوند.
 
طرز كار يك صفحه لمسي در شكل زير همراه با توضيحات مرحله به مرحله آمده است:
1-      پرده ي نازكي از پولي استر
2-      لايه مقاومتي فوقاني
3-      پوشش هادي و شفاف فلزي
4-      لايه مقاومتي پاييني
5-      نقاط جدا كننده
6-      زيرلايه اي از جنس شيشه يا آكرليك
7-      عمل لمس موجب اتصال دو لايه مقاومتي فوقاني و پاييني مي شود
8-      كنترلر صفحه لمسي كه اختلاف پتانسيل بين دو لايه مقاومتي محل اتصال را گرفته و به مقادير ديجيتالي X‌ و Y تبديل مي كند.
 
انواع صفحه لمسي هاي مقاومتي را اجمالاًمرور مي كنيم:

 4-Wire Resistive Technology

اينگونه از صفحه لمسي هاي مقاومتي بيشتر در خانه،مدرسه،مراكز فروش اتوماتيك و محيطهاي متنوع ديگر استفاده مي شوند ولي وضوح تصوير خوبي ندارند و براي نمايشگرهاي با سايز كمتر از 10.4 اينچ استفاده مي شوند.

 5-Wire Resistive Technology

پايداري اين نوع از نوع 4-Wire بيشتر است ولي وضوح تصوير خوبي ندارد.

 8-Wire Resistive Technology

براي نمايشگرهاي بيشتر از 10 اينچ استفاده مي شوند و سرعت و دقت بيشتري نسبت به انواع     4-wire و 5-wire آن دارند.
 مزايا:
بالا بودن دقت در تعيين نقطه لمس شده
بسيار حساس به فشار از سوي هر گونه شيء خارجي
كارايي خود را به واسطه وجود عناصري چون آب،گرد و غبار،نور و كثيفي از دست نمي دهد
ارزان قيمت و قابل دسترس
معايب:
وضوح تصوير 75 درصدي
آسيب پذيري لايه هاي مقاومتي در مقابل اشياء تيز و نوك دار

 Infrared

اين نوع از صفحه لمسي ها توسط فناوري انقطاع پرتوي نور پايه ريزي شده اند.به جاي استفاده از لايه هاي مختلف،از يك قاب حاوي يك برد مداري استفاده مي شود كه بر روي آن اپتو الكترونيك[9] و IR[10] سوار شده در حقيقت اين قاب يك جدول سراسري نوري است در يك طرف ديودهاي ساطع كننده ي نور و در طرف ديگر تعدادي سنسورهاي دريافت كننده نور قرار گرفته است.
زماني كه رويداد لمس اتفاق مي افتد در محل لمس شده سنسورهاي دريافت كننده ،ديگر نوري دريافت نمي كنند يا به عبارتي يك وقفه در دريافت نور ايجاد شده كه از همين تغيير در سنسورهاي دريافت كننده ،در جهت كشف مختصات مكان لمس شده استفاده مي شود.
 
صفحه لمسي هاي نوري از جهت طول عمر و پايداري در برابر ناملايمتهاي محيط خارج مقاوم هستند همچنين سنسورهاي آنها فقط در صورت آسيب فيزيكي از كار مي افتند و در طولاني مدت فرسوده نمي شوند.
 

Surface Acoustic Wave (SAW)

اين فناوري يكي از پيشرفته ترين گونه ها در صفحه لمسي هاست و بيشتر شبيه به انواع نوري هستند ولي به جاي پرتوهاي نوري از امواج صوتي استفاده مي كنند.دو موج صوتي كه يكي از سمت چپ و ديگري از بالاي صفحه نمايش سرچشمه مي گيرند روي صفحه نمايش حركت مي كنند و در طرف مقابل ،هر موج توسط سنسورهاي گيرنده دريافت مي شود.زماني كه صفحه لمسي توسط انگشت لمس مي شود در نقطه لمس شده،امواج جذب مي شوند و باعث ايجاد تاخير در ،دريافت موج توسط گيرنده مي شود كه مدت زمان تاخير بوجود آمده، نشان دهنده ي عمق فشار وارد شده مي باشد از اين رو اين گونه از صفحه لمسي ها برخلاف انواع ديگر قادر به تشخيص ميزان فشار وارده يا به عبارتي عمق لمس شده Z-axis هستند هرچه فشار بيشتري با انگشت وارد شود موج بيشتر جذب مايعات انگشت شده و تاخير در رسيدن موج بيشتر مي شود.
جنس اين صفحه لمسي ها شيشه اي است و بهمين خاطر هيچ وقت فرسوده نخواهد شد و طول عمر زياد و وضوح تصوير خوبي خواهد داشت.
اين فناوري بيشتر براي رايانههاي آموزشي و كيوسكهاي اطلاعاتي در محيطهاي شلوغ استفاده مي شود.
 
مزايا:
بالا بودن دقت در تعيين نقطه لمس شده
بالا بودن وضوح تصوير
جنس شيشه اي و عدم نياز به لايه هاي مختلف براي محافظت
 
معايب:
حتما بايد توسط انگشت يا قلمهاي نرم يا خودكار بدون جوهر لمس شود
ممكن است به واسطه وجود گرد و غبار،آب و كثيفي آسيب ببيند 

  Capacitive

اين نوع صفحه لمسي ها از يك پنل شيشه اي حاوي يك عنصر خازني كه ذخيره كننده بار الكتريكي است تشكيل شده است.
برخلاف ساير صفحه لمسي ها در اين فناوري شيء لمس كننده بايد هادي جريان الكتريكي باشد مانند سر انگشت بدون پوشش يا يك قلم هادي الكتريسيته.
زماني كه صفحه نمايش با يك شيء هادي مناسب لمس شود جريان الكتريكي از سوي گوشه هاي صفحه لمسي به سمت نقطه تماس، جاري مي شود اين رويداد باعث مي شود تا مدارهاي نواسانسازي كه در گوشه هاي صفحه لمسي قرارگرفته اند فركانس خود را با توجه به نقطه تماس تغيير بدهند اين تغيير فركانس ،اندازه گيري شده و به تعيين مختصات نقطه لمس شده كمك مي كند.
اين گونه از صفحه لمسي ها بسيار مقاوم هستند و وضوح تصوير عالي دارند به همين خاطر در پهنه وسيعي از كاربردهاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند.
مزايا:
بالا بودن دقت در تعيين نقطه لمس شده
بالا بودن وضوح تصوير
مقاوم در برابر رطوبت،چربي و كثيفي
 معايب:
فقط با انگشت بايد آن را لمس كرد و با اشياء غير هادي كار نمي كند.

نتيجه:
علاوه بر كاربردهايي كه قبلا توضيح داده شد در آينده سيستم راي گيري يا انتخابات، هم به كاربردهاي صفحه لمسي اضافه خواهد شد.در تصوير 3 نمونه اي از يك سيستم راي گيري را مشاهده خواهيد كرد.
نكات سودمندي كه باعث شده تا انتخابات هم از سيستم هاي صفحه لمسي بي بهره نماند از اين قرار است:

– راحتي استفاده از اينگونه سيستمهاي لمسي ،از اين جهت كه راي دهندگان شامل تمام اقشار جامعه با توانايي هاي مختلف هستند.
– اشتباهات در ثبت آراء به حداقل مي رسد                
– عمل شمارش به سرعت پايان مي يابد
– فرمهاي راي گيري را مي توان به چند زبان براي راي دهندگان نمايش داد
– دسترسي آسان و سريع به آراء ماخوذه
 

در پايان تصاويري از دستگاههاي مجهز به صفحه لمسي به منظور آشنايي با حوزه كاري هر كدام آورده شده كه توجه شما را به آنها جلب مي كنم:

مراجع :

http://www.elotouch.com
http://www.co.alameda.ca.us
http://www.touchscreens.com
http://www.vartechsystems.com
http://www.tridentdisplays.nl
http://www.touchwindow.com
http://www.chassis-plans.com
http://www.ftgdata.com
http://www.ceroview.com
http://www.3mtouch.com

يادداشتها

[1] Touch Screen Technologies

[2] Surface Acoustic Wave سطوحي با امواج صوتي كه يكي از انواع صفحه لمسي هاست
[3] Automated Teller Machine دستگاههاي خودپرداز در بانكها

[4] Mouse

[5] Cathode Ray Tube همين مانيتورهاي معمولي كه به روش پرتاب الكترون كار مي كنند
[6]  Point Of Sale مراكز فروش كه به صورت رايانه‌اي كارمي كنند
 Programmable Logic Controller  [7]كنترلرهايي با منطق قابل برنامه ريزي در اتوماسيون صنعتي

[8] Voting Systems

[9] عمل سخت افزاري براي تبديل سيگنالهاي الكتريكي به اشعه هاي نوري
[10] فناوري مورد استفاده براي كنترل از راه دور تلويزيون ها يا فناوري انتقال اطلاعات بين دو جسم جدا از هم توسط نور