Ne pas trop insister – introduction au problème
Imaginons que votre nouveau produit – une machine à café – soit équipé d’un écran tactile. L’appareil ne fonctionne pas correctement, car l’écran ne réagit pas au toucher. Pour que cela fonctionne, vous devez essayer de régler le contrôleur – en augmentant la sensibilité et en modifiant le seuil. Mais en faisant cela, vous vous retrouvez avec d’autres problèmes, comme l’effet « ghost touch ». Enfin, votre solution est d’appuyer très fort sur l’écran. Et vous mettez un panneau sur la machine à café, disant :
POUR FAIRE DU CAFÉ – APPUYER FORT :(
Vous vous demandez peut-être encore comment le faire fonctionner correctement. Oui, il existe un moyen.
Dans cet article, nous vous montrerons quelle était l’origine du problème et comment vous auriez pu l’éviter. Voici les deux principaux enseignements, mais nous vous invitons à lire la suite pour les clarifier :
CONSTATATION #1 : Pour effectuer des réglages précis sur un contrôleur d’écran tactile, il faut le faire dès les premières étapes de la recherche et du développement. Éviter les modifications de conception (comme l’ajout d’un verre de protection supplémentaire sur la base de la seule fiche technique) sans les avoir testées de manière approfondie avant la production.
COMMENTAIRE #2 : Lorsque vous choisissez votre contrôleur d’écran tactile pour des applications exigeantes, préférez toujours la qualité industrielle à la qualité grand public. Les appareils de qualité industrielle sont plus performants et vous permettent de mieux contrôler les paramètres tels que le rapport signal/bruit (SNR).
Que s’est-il passé dans le processus de conception du dispositif ?
Pour savoir quelle est la source exacte du dysfonctionnement décrit, nous devons nous tourner vers la théorie qui sous-tend les solutions pratiques. Avant de poursuivre, voyons ce qui s’est passé exactement, étape par étape :
- Vous avez commandé le présentoir pour le tester et le prototype a bien fonctionné.
- Ensuite, au cours du processus de fabrication, vous avez ajouté une couche supplémentaire de verre de couverture, qui, selon les fiches techniques, devrait fonctionner correctement, et quelque chose a mal tourné.
- Pour résoudre le problème, vous décidez d’augmenter la sensibilité du contrôleur de l’écran tactile.
- Malheureusement, cela ne sert à rien – l’appareil commence à réagir de manière chaotique et vous vous retrouvez avec un effet tactile fantôme.
- Ensuite, vous diminuez le gain de l’écran tactile et décidez d’appuyer plus fort sur votre doigt, chaque fois que vous voulez faire un café.
Cela semble raisonnable, alors qu’est-ce qui est à blâmer ? Découvrons-le en zoomant sur chaque étape.
Se concentrer sur la R&D, la conception et la production
Tout d’abord, quel est l’écran que vous avez commandé ? Dans l’exemple susmentionné, l’écran est équipé d’un contrôleur à écran tactile grand public. C’est très important en termes de plusieurs paramètres, comme le rapport signal-bruit (RSB), qui sera expliqué plus loin.
Deuxièmement, l’ajout de verre supplémentaire semble être le problème. Mais pourquoi, puisque le contrôleur de l’écran tactile devrait pouvoir gérer cette quantité de verre ? La question est la suivante : comment avez-vous ajouté le verre ? Quelle était la méthode de collage ? S’agit-il d’un collage à l’air ou d’un collage optique ? Dans ce cas, la couche supplémentaire de verre de couverture a été collée à l’air. Cela signifie qu’il y a une fine couche d’air entre les deux verres collés. Comme nous le verrons plus loin, il s’agit du deuxième facteur le plus important influençant le bon fonctionnement de l’écran tactile de cette machine à café.
Troisièmement, d’où vient l’effet « ghost touch »? C’est parce que le contrôleur est réglé sur une sensibilité élevée (gain) et interprète les bruits comme des événements tactiles. Ce point sera clarifié plus tard, lorsque nous expliquerons le processus de réglage.
Enfin, que se passe-t-il lorsque l’on appuie plus fort sur l’écran tactile capacitif? Pourquoi n’est-ce pas la solution idéale pour augmenter le signal tactile ? Nous aborderons également ce sujet.
Mais revenons en arrière et reprenons les bases de l’écran tactile et un peu de théorie. Cela nous permettra d’identifier et de comprendre les erreurs de conception commises dans l’exemple sur lequel nous nous concentrons dans cet article.
Les bases de comment l’écran de l’écran tactile et de son fonctionnement
Pour résoudre le problème du mauvais fonctionnement de l’écran tactile, vous devez comprendre les principes de base de la construction de l’écran tactile. Vous apprendrez ensuite ce qui se passe lorsque vous posez un doigt sur le dessus du verre.
Les deux rectangles sur le dessin sont les électrodes, qui sont de l’oxyde d’indium et d’étain (ITO) sur le verre. Vous pouvez visualiser ces électrodes comme deux lignes électriques sur le verre (les lignes sont transparentes, mais elles sont là), qui sont connectées au contrôleur de l’écran tactile. Le contrôleur de l’écran tactile mesure la capacité mutuelle entre ces deux électrodes.
Les électrodes sont surmontées d’un verre, qui est en fait composé de deux verres : l’un est généralement le verre du capteur et l’autre est le verre de couverture. Pour simplifier, vous ne voyez qu’un seul verre sur le dessin – celui que vous touchez.
Que se passe-t-il lorsque l’aileronger touche le verre?
Le doigt ajoute une capacité supplémentaire à la capacité mutuelle de ces deux électrodes. Dans le dessin, les capacités C1 et C2 sont ajoutées à la capacité totale mesurée par le contrôleur. Lorsque vous touchez votre doigt à cet endroit, la capacité mutuelle dans cette zone augmente. C’est ce que vous mesurez avec votre contrôleur et c’est pourquoi vous savez exactement où le doigt touche l’écran.
Comment le le toucher influe-t-il sur la capacité?
La formule ci-dessous montre en théorie ce qui se passe à l’intérieur du contrôleur de l’écran tactile.
Pour calculer la capacité, il faut un ε (epsilon) zéro, qui est la permittivité du vide, puis multiplié par ε (epsilon) r, qui est la permittivité du verre. Dans ce cas, il s’agit de la vitre de couverture. Ensuite, il faut le multiplier par A (surface ) des électrodes divisée par d (distance).
La distance entre les électrodes et le doigt sera la d. En règle générale, la distance entre les écrans tactiles est comprise entre un et trois millimètres, en fonction du projet sur lequel vous travaillez et de l’épaisseur de la vitre de couverture que vous utilisez. Les autres paramètres de la formule resteront constants. Lorsque l’épaisseur du verre est réglée dans le projet, la d (distance) reste également constante.
Comment cette formule fonctionne-t-elle dans l’écran tactile ?
Quelle serait la variable dans ce cas ? La zone tactile. Lorsque vous appuyez votre doigt sur le verre, vous ajoutez une capacité supplémentaire à la valeur globale mesurée par le contrôleur (à la capacité interne constante et inactive). Dans une situation typique, lorsque vous mettez l’écran tactile sous tension, l’appareil mesure toutes les capacités entre les électrodes et établit une sorte de point de référence (ou l’état de départ, au repos, de l’écran tactile). Ce qui est mesuré en tant qu’événement tactile n’est que la capacité supplémentaire.
Disons que l’appareil mesure quelques picofarads de capacité à vide, car il s’agit d’une valeur typique pour la capacité des électrodes. Il s’agit d’une constante utilisée comme référence. Lorsqu’il n’y a pas de contact, pas de doigt sur l’écran, la capacité supplémentaire est égale à zéro, car la zone de contact est nulle. Il n’y a que la capacité interne.
Lorsque vous touchez l’écran, la zone tactile n’est plus nulle. Lorsque vous appuyez sur le doigt, vous ajoutez une capacité supplémentaire. Parfois, lorsque vous rencontrez des problèmes avec les performances de l’écran tactile, vous commencez à pousser plus loin.
Est-ce que le fait d’appuyer fort va aider ?
Parfois, lorsque vous rencontrez des problèmes avec les performances de l’écran tactile, vous commencez à pousser plus loin. Que se passe-t-il lorsque vous appuyez plus fort sur votre doigt ? Dans ce cas, l’écran tactile capacitif ne mesure pas la force mécanique, mais la zone où l’événement tactile s’est produit. Lorsque vous touchez l’écran délicatement, la surface de votre doigt est plutôt petite. Lorsque vous appuyez plus fort, vous augmentez la surface en pressant votre doigt sur la surface, ce qui augmente le signal global.
Mais c’est une solution peu pratique et non recommandée. Il existe de meilleurs moyens d’augmenter le signal tactile.
Que se passera-t-il si l’on colle à l’air libre une couche supplémentaire de verre ? Que se passera-t-il lorsque vous collerez à l’air une couche supplémentaire de verre ?
Voyons ce qui se passe lorsque l’on ajoute des couches supplémentaires, comme l’air et le verre de protection, au-dessus de l’écran tactile. Supposons que vous ayez ajouté 3 mm de verre supplémentaire à l’aide de la méthode de collage à l’air. Entre les deux, il y a un petit espace d’air qui sépare les deux verres, de l’ordre de 0,2 mm seulement, mais qui fait toute la différence.
Sur la partie inférieure, on trouve encore le verre de protection de l’écran tactile, d’une épaisseur de 1 mm. Une couche supplémentaire modifie la distance totale entre le doigt et les électrodes.
Quelle est l’évolution de l’écran tactile avec une couche de verre supplémentaire ?
Comment la couche supplémentaire et la distance dans l’exemple donné influencent-elles le champ électrique entre le doigt et les électrodes ? Tout d’abord, il faut savoir que l’air est assez mauvais pour le domaine électrique. Pour vous montrer à quel point c’est grave, calculons-le avec la même formule de capacité.
Un verre est assez simple à calculer. Il s’agit d’un verre d’un millimètre seulement. L’autre verre est également très simple. Le verre ajouté est un verre de trois millimètres, de sorte que la distance totale est déjà quatre fois plus grande qu’auparavant. Mais il y a aussi de l’air entre ces couches de verre, ce qui signifie qu’il faut calculer l’équivalent de la lame d’air de 0,2 mm dans la distance entre les couches de verre.
Comment calculer la variation de capacité due aux changements de distance ?
La distance influence la capacité mesurée par le contrôleur de l’écran tactile.
Récapitulation rapide : La capacité est égale à la permittivité du vide multipliée par la permittivité relative, puis multipliée par la surface de la capacité et la distance entre les électrodes.
Les trois couches ont des permittivités relatives différentes. Pour calculer la distance à laquelle l’air influence réellement le champ électrique, vous pouvez la convertir en « unités de verre ». Cela signifie que vous présenterez la distance aérienne comme une distance de verre. Vous saurez alors comment régler correctement votre contrôleur à écran tactile. Pour ce faire, vous devez comprendre les différences de permittivité entre le verre et l’air.
Explication de la permittivitéd
Il est temps de clarifier la permittivité des écrans tactiles. La permittivité du verre est comprise entre six et sept, pour les besoins du calcul. En général, on peut supposer qu’il y en a sept et que la permittivité de l’air est la même que celle du vide. Il s’agit de la permittivité relative, qui n’est qu’une. Dans ce cas, l’air n’augmente pas le champ électrique.
Le verre est sept fois meilleur que l’air pour déplacer le champ électrique. Cela signifie que l’air doit être environ sept fois plus fin que le verre pour être équivalent dans ce domaine. En d’autres termes, le verre peut être sept fois plus épais que l’air pour avoir les mêmes distances équivalentes en termes de permittivité. En incluant ε (epsilon) r dans la formule de la distance, on peut calculer la distance réelle, c’est-à-dire la distance entre les électrodes et le doigt qui touche l’écran.
Le d (distance) est une distance égale à 1 mm. De plus, de l’autre côté, il y a aussi du verre et il fait 3 mm. Plus l’espace d’air qui se trouve entre les deux – 0,2 mm.
Ensuite, il faut multiplier l’entrefer par sept, car le verre est sept fois plus apte à déplacer le champ électrique que l’air, et c’est la distance équivalente réelle du verre. Ce sera 1 plus 3 égal 4 et 0,2 multiplié par 7 est 1,4 mm.
Au total, il mesure 5,4 mm. Nous savons maintenant comment la distance a changé. D’un millimètre d’écran tactile original, en ajoutant du verre, on est passé à 5,4 millimètres, ce qui est assez épais.
Récapitulation rapide : Lorsque vous ajoutez du verre supplémentaire à l’aide de la méthode de collage à l’air, vous devez considérer la lame d’air comme une couche supplémentaire entre l’événement tactile et le capteur de l’écran tactile. Il aura un impact sur le signal reçu de la manière décrite dans la formule ci-dessus. En bref, l’entrefer se traduit par plus de « verre » – plus que ce qu’il mesure réellement en mm.
La distance varie de plus de cinq fois et la commande tactile a maintenant du mal à reconnaître le contact du doigt, parce que le signal – la capacité qui s’ajoute à la capacité interne – est très faible.
Comment modifier le signal en réglant le contrôleur à écran tactile ?
Dans l’exemple de la machine à café décrit au début, l’ingénieur a pris des mesures pour reprendre le contrôle de l’écran tactile. Pour résumer, il a essayé d’accorder le signal en augmentant son gain, mais cela a abouti à un effet de toucher fantôme. Il a ensuite abaissé la sensibilité et l’a réglée de manière à ce que l’appareil puisse faire du café, mais seulement si l’on appuie très fort sur l’écran.
Cet exemple vous permet d’apprendre comment le signal d’un écran tactile est fabriqué et comment il peut être régulé.
Homment le l’écran le signal du contrôleur de l’écran tactile ?
Regardons de plus près comment fonctionne le signal à l’intérieur du contrôleur. Pour effectuer un réglage efficace, vous devez savoir ce qui se passe avec le signal que vous êtes sur le point d’ajuster. Le contrôleur mesure la capacité mutuelle entre les électrodes. Et lorsque vous appuyez avec le doigt, la capacité change et est transformée en signal. Le signal représente la capacité sur l’écran tactile et entre les électrodes.
Pour les besoins de l’explication, le signal n’a qu’une seule dimension sur le graphique.
Commençons par le bruit – comment affecte-t-il le signal ?
La ligne que nous voyons ici est un exemple de signal d’inactivité, mesuré par la commande tactile lorsqu’aucun doigt ne touche l’écran. Il mesure les bruits provenant de l’arrière-plan, ou les bruits provenant du circuit interne. Il en est ainsi parce que l’écran tactile capacitif est en quelque sorte une antenne sensible qui reçoit un grand nombre de signaux environnementaux différents. Ces bruits seront toujours présents et en modifiant le gain du signal, vous modifierez également le niveau de bruit global.
Comment le signal le signal change lorsque vous touchez l’écran ?
Supposons que quelqu’un touche l’écran. Que se passe-t-il alors ? Il y aura un signal nettement supérieur au niveau de bruit. Dans l’écran tactile, il y a de nombreux paramètres qui dépendent du contrôleur, mais les plus basiques sont le gain et le seuil. Le gain représente la façon dont les signaux mesurés sont amplifiés en interne par le contrôleur. Le seuil, généralement appelé TH (threshold signal), est le niveau minimum du signal qui doit être reconnu comme un toucher sur l’écran.
En augmentant la distance entre les électrodes et l’écran (par exemple en ajoutant du verre supplémentaire), le signal global diminue. Lorsque les bruits (ainsi que les signaux standard) sont nettement inférieurs au seuil, vous ne recevrez pas le signal tactile proprement dit. L’événement tactile n’a lieu que lorsque le seuil est dépassé.
Volonté l’augmentation de la touch de l’écran sera-t-elle utile ?
Lorsque le niveau du signal est inférieur au seuil, l’écran tactile ne fonctionne pas. Ce qu’il faut faire, c’est augmenter le gain, augmenter le signal ou diminuer le seuil. Que se passera-t-il si vous augmentez le gain ? Après avoir augmenté le gain (ou la sensibilité), vous obtiendrez un signal tactile supérieur au niveau du seuil. Vous pouvez maintenant sentir le toucher et c’est ce que vous vouliez.
Ou est-ce le cas ? Quelque chose ne va toujours pas. Que se passe-t-il lorsque vous augmentez le niveau de gain du signal ?
Récapitulation rapide: Malheureusement, comme nous l’avons déjà mentionné, vous avez utilisé un contrôleur tactile grand public. Par conséquent, si vous augmentez trop la sensibilité du signal, vous augmenterez également le niveau de bruit global – proche du niveau seuil !
Le cas malheureux de l’effet tactile fantôme
Lorsque les bruits sont très proches du seuil, ou occasionnellement au-dessus du niveau du seuil, ils peuvent être traités par le contrôleur comme un signal approprié, et non comme du bruit. Il s’agit alors d’un toucher fantôme. Et ce n’est certainement pas ce que vous voulez. Personne ne veut que le café soit fait par lui-même (ou par des fantômes). Dans un certain nombre d’applications industrielles ou médicales, elle peut même être dangereuse.
Équilibrer sensibilité et gain
Ce qu’il faut faire, c’est équilibrer cette sensibilité (ou gain) pour maintenir le signal tactile au-dessus du seuil, tout en gardant les bruits toujours en dessous du niveau du seuil.
Récapitulation rapide: Vous avez utilisé le verre épais et vous avez besoin d’un niveau de signal élevé pour atteindre la ligne de seuil requise. Si vous disposez d’un contrôleur de qualité grand public, qui est un contrôleur faible, il ne sera pas en mesure d’éliminer les bruits et de les réduire.
À ce stade, il s’agit d’équilibrer la sensibilité et le gain. Avec les contrôleurs grand public, c’est pratiquement impossible. Ce type d’appareil n’est pas équipé de réglages permettant d’équilibrer correctement le gain et la sensibilité.
C’est la raison pour laquelle vous finissez par presser fort. Pourquoi ? Appuyer fort, c’est augmenter la surface du doigt sur l’écran tactile. Le signal de la capacité totale sera un peu plus élevé. Si vous appuyez fortement, le signal peut se révéler supérieur au niveau du seuil et le café est préparé.
Presser fort n’est pas la situation idéale, bien sûr. Les bruits ou le bruit de fond sont probablement trop proches du seuil. Il peut arriver que vous ayez un toucher fantôme, mais que votre écran tactile ne soit pas assez sensible. Et il faut vraiment ménager l’écran tactile.
Il ne faut pas toujours pousser à fond – ce n’est pas l’objectif d’un réglage correct de l’écran tactile. Et maintenant ? Examinons le rapport signal/bruit (SNR).
Qu’est-ce que le SNR ? L’art du taminer le signal au bruit rapport
La différence entre les bruits de fond que le contrôle est capable de gérer et le signal généré est appelée SNR (signal to noise ratio). Le contrôleur industriel est meilleur parce qu’il a un SNR plus élevé. En règle générale, le rapport signal/bruit est mesuré en décibels. Une valeur dB plus élevée indique un meilleur contrôleur. Malheureusement, tous les fabricants n’indiquent pas le RSB dans leurs fiches techniques.
En général, on peut s’attendre à ce que le contrôleur industriel ait un SNR plus élevé que le contrôleur grand public.
Avantages des écrans tactiles écrans tactiles de qualité industrielle
L’objectif général du réglage de l’unité de commande de l’écran tactile est de maintenir le bruit à un niveau bas pour obtenir un signal très clair. Vous devez traiter le signal et avoir la capacité de supprimer le bruit du signal. Cela se fait à la fois sur la partie analogique du contrôleur, mais aussi sur la partie numérique. En termes de traitement du signal, il existe de nombreux algorithmes dans les contrôleurs avancés qui peuvent vous aider à supprimer le bruit. Chez Riverdi, nous utilisons des contrôleurs tactiles équipés d’algorithmes capables de supprimer les bruits de fond et de ne laisser que le signal tactile clair.
RECAPITULATIF #1 : Pour effectuer des réglages précis sur un contrôleur d’écran tactile, il faut le faire dès le début de la phase de recherche et développement. Éviter les modifications de conception (comme l’ajout d’un verre de protection supplémentaire sur la base de la seule fiche technique) sans les avoir testées de manière approfondie avant la production.
RECAPITULATIF #2 : Lorsque vous choisissez votre contrôleur d’écran tactile pour des applications exigeantes, préférez toujours la qualité industrielle à la qualité grand public. Les appareils de qualité industrielle sont plus performants et vous permettent de mieux contrôler les paramètres tels que le rapport signal/bruit (SNR).
Tels sont les principes généraux du fonctionnement de la commande de signalisation à écran tactile. Pourquoi n’est-ce pas possible avec un simple contrôleur ? Parce que vous n’êtes pas en mesure de maintenir une distance signal-bruit suffisante. Lorsque vous augmentez l’épaisseur du verre, le signal diminue. Vous pouvez augmenter la sensibilité et le gain. Mais en même temps, les bruits augmentent et sont trop proches de cette zone dangereuse où l’on peut avoir des contacts avec des fantômes.
Si vous souhaitez en savoir plus sur le réglage et le choix des paramètres de l’écran tactile, n’hésitez pas à nous contacter!
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