Ekrany LCD są powszechnie instalowane w terminalach fabrycznych, maszynach rolniczych, zewnętrznych panelach sterowania, wózkach medycznych i urządzeniach polowych. Miejsca te borykają się z tym samym wyzwaniem: powietrze jest pełne kurzu, otoczenie jest wilgotne, sprzęt jest myty wodą, a wraz ze zmianami temperatury tworzy się kondensacja. W takich warunkach działanie dotyku często staje się niestabilne na długo przed pojawieniem się jakichkolwiek problemów na wyświetlaczu LCD.

Błędne dotknięcia, dryfujące współrzędne, przerywana reakcja rano lub całkowita awaria po czyszczeniu to częste problemy w terenie. Problemy te nie są przypadkowymi defektami. Wynikają one bezpośrednio ze sposobu, w jaki technologia dotykowa pojemnościowa reaguje na wodę, kurz i wilgoć.

Dlaczego kurz i woda łatwo zakłócają działanie funkcji dotykowych pojemnościowych

Większość współczesnych ekranów dotykowych LCD wykorzystuje technologię pojemnościową (PCAP). Siatka przezroczystych elektrod wykrywa drobne zmiany pojemności, gdy palec zbliża się do szkła. Ta metoda charakteryzuje się wysoką czułością, co jest bardzo przydatne dla użytkownika, ale problematyczne w trudnych warunkach.

Woda jest przewodząca. Kurz zmieszany z wilgocią staje się częściowo przewodzący. Mgła olejowa i pozostałości chemiczne zmieniają właściwości dielektryczne powierzchni szkła. Kondensacja tworzy cienką warstwę przewodzącą, którą kontroler może interpretować jako dotyk palca lub wiele punktów dotyku. Kontroler dotykowy nie jest w stanie naturalnie odróżnić dotyku od zakłóceń zewnętrznych, chyba że system jest odpowiednio zaprojektowany i dostrojony.

Dlatego ekrany, które doskonale sprawdzają się w biurach, zaczynają zachowywać się nieprzewidywalnie w warsztatach, gospodarstwach rolnych i instalacjach zewnętrznych.

Typowe objawy terenowe i ich rzeczywiste przyczyny

W różnych gałęziach przemysłu powtarzają się następujące schematy awarii:

Dotknięcia pozorne i fałszywe wyzwalacze występują, gdy wilgoć lub mokry kurz przedostają się do węzłów czujnikowych, wytwarzając sztuczne sygnały pojemnościowe.

Zmiana położenia dotyku pojawia się, gdy nierównomierne zanieczyszczenie zmienia mapę pojemności bazowej panelu.

Brak reakcji po deszczu lub czyszczeniu często wynika z tego, że woda dostaje się od krawędzi lub od strony kabla, a nie od szklanej powierzchni.

Poranna awaria i późniejsza normalna praca urządzenia to klasyczny objaw wewnętrznej kondensacji, która powstała w nocy.

Tego typu problemy są często mylone z defektami kontrolera, podczas gdy prawdziwym problemem jest interakcja środowiska ze strukturą dotykową.

Konstrukcja ma większe znaczenie niż sam panel dotykowy

W zapylonych i wilgotnych środowiskach mechaniczna i optyczna struktura panelu dotykowego staje się ważniejsza niż specyfikacja panelu.

Szczeliny powietrzne wewnątrz stosu wyświetlaczy umożliwiają z czasem kondensację wilgoci i gromadzenie się kurzu. Wiązanie optyczne, które wypełnia szczelinę między szkłem a wyświetlaczem LCD przezroczystym klejem, usuwa tę wewnętrzną przestrzeń powietrzną. Zapobiega to tworzeniu się warstw kondensacyjnych, poprawia wytrzymałość konstrukcji pod wpływem wibracji i zapobiega przedostawaniu się kurzu do stosu wyświetlaczy.

Powierzchnia zewnętrzna również odgrywa kluczową rolę. Powłoki hydrofobowe i oleofobowe zapobiegają tworzeniu się warstw wody. Szkło trawione z powłoką antyrefleksyjną rozbija ciągłe warstwy wilgoci, które w przeciwnym razie przewodziłyby prąd elektryczny przez powierzchnię. Szkło wzmocnione chemicznie jest odporne na zarysowania, w których może gromadzić się kurz.

Bez tych zabiegów nawet wysokiej jakości panel PCAP staje się zawodny w terenie.

Uszczelnienie, ochrona IP i kontrola kondensacji

Wiele usterek pojawia się nie na powierzchni, ale na krawędziach. Słabe uszczelnienie pozwala na przedostawanie się pary wodnej i drobnego pyłu przez ramkę, uszczelkę lub otwór kablowy. Z czasem zanieczyszczenia te gromadzą się wewnątrz struktury dotykowej.

Prawidłowy projekt wymaga:

Pełne uszczelnienie obwodowe

Wodoodporne przepusty kablowe

Unikanie kształtów ramki zatrzymujących wodę

Ochrona co najmniej IP65 w miejscach zakurzonych i mokrych oraz IP67 w warunkach mycia

Kondensacja jest często bardziej szkodliwa niż bezpośredni deszcz. Gdy ciepłe powietrze wewnątrz obudowy ochładza się w nocy, wewnątrz gromadzi się woda, która generuje ciągłe fałszywe sygnały, aż do momentu nagrzania się urządzenia. W celu rozwiązania tego problemu w poważnych urządzeniach przeznaczonych do użytku na zewnątrz stosuje się membrany wyrównujące ciśnienie, osuszacze, a nawet wewnętrzne grzałki.

Strojenie kontrolera i szum elektryczny w warunkach wilgotnych

Kontrolery dotykowe posiadają ustawienia oprogramowania układowego dla funkcji odrzucania wody, trybu rękawiczek i filtrowania hałasu. Wiele systemów zawodzi tylko dlatego, że ustawienia domyślne są używane w środowiskach, do których nie były przeznaczone.

Środowiska wilgotne zazwyczaj obejmują silniki, pompy i falowniki. Wilgoć zmniejsza rezystancję izolacji, umożliwiając przedostawanie się zakłóceń elektrycznych do przewodów czujników dotykowych. Bez odpowiedniego uziemienia, ekranowania i prowadzenia kabli panel dotykowy staje się wyjątkowo niestabilny.

Dlatego też dwa identyczne ekrany dotykowe mogą zachowywać się zupełnie inaczej, w zależności od sprzętu, w którym są zainstalowane.

Dlaczego w niektórych trudnych zastosowaniach nadal stosuje się dotyk rezystancyjny

Chociaż dominującą technologią jest dotyk pojemnościowy, panele dotykowe rezystancyjne są nadal stosowane w maszynach górniczych, terminalach fabrycznych i ciężkim sprzęcie. Dotyk rezystancyjny opiera się na nacisku fizycznym, a nie na wykrywaniu pola elektrycznego, więc woda i kurz na powierzchni mają niewielki wpływ.

Przejrzystość optyczna i trwałość są wprawdzie niższe, ale w środowiskach ekstremalnie błotnistych, wilgotnych lub zaolejonych, rezystancyjny ekran dotykowy może być bardziej niezawodny niż słabo zabezpieczone rozwiązanie pojemnościowe.

Projektowanie pod kątem niezawodności w zapylonych i wilgotnych środowiskach

Stabilna praca dotyku w trudnych warunkach jest efektem połączenia wielu strategii projektowych:

Wiązanie optyczne w celu usunięcia wewnętrznych szczelin powietrznych

Szkło osłonowe przemysłowe z obróbką powierzchni

Prawidłowe uszczelnienie i konstrukcja obudowy o stopniu ochrony IP

Zarządzanie kondensacją wewnątrz urządzenia

Oprogramowanie układowe kontrolera dostrojone pod kątem tłumienia wody i hałasu

Prawidłowe uziemienie i ekranowanie

Rozważanie dotyku oporowego w ekstremalnych warunkach

Gdy czynniki te zostaną uwzględnione łącznie, problemy z dotykiem w dużej mierze znikną.

Wniosek

Problemy z dotykiem na ekranach LCD w zapylonym i wilgotnym środowisku są przewidywalnym skutkiem interakcji czujników pojemnościowych z wilgocią, kurzem i kondensacją. Ekran LCD rzadko stanowi problem. Prawdziwe wyzwanie leży w interakcji technologii dotykowej z otoczeniem.

Dzięki odpowiedniej konstrukcji, obróbce powierzchni, uszczelnieniu i dostrojeniu sterownika ekrany dotykowe LCD mogą działać niezawodnie nawet w fabrykach, gospodarstwach rolnych, kioskach na świeżym powietrzu i urządzeniach myjących, w których zwykłe konstrukcje konsumenckie stale zawodzą.