Wie kapazitive Touchscreens und Proximity-Sensoren funktionieren

Wie funktionieren kapazitive Touchscreens?

Mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes und der Messung der minusculen Änderungen des kapazitiven Feldes verwandeln kapazitätsbasierte Berührungssensoren eine Oberfläche in eine Vielzahl von Sensierungsmöglichkeiten. Diese Bildschirme erkennen alles, was leitfähig ist oder ein dielektrisches Element hat, das sich von Luft unterscheidet und nicht-mechanische Eingangsmethoden ermöglicht.

Die kapazitive Sensing (oder Cap Sensing) beruht auf der Energieübertragung innerhalb eines elektrischen Netzes oder zwischen entfernten Netzen mittels eines durch das elektrische Feld induzierten Verschiebungsstroms zwischen Schaltungsknoten. Dies wird als „kapazitive Kupplung“ bezeichnet. Ein Knoten ist ein leitfähiges Material, das unter einer nicht metallischen Überlagerungsfläche mit der Sensorschaltung verbunden ist. Der zweite Knoten ist typischerweise Ihr Finger, der aufgrund seiner leitfähigen Eigenschaften das elektrostatische Feld in der Nähe verändert.

Diese Interaktion ermöglicht kapazitive Touchscreens Eingänge ohne physikalischen Druck zu registrieren und sie von resistiven Touchtechnologien zu unterscheiden. Ihre Reaktionsfähigkeit und Haltbarkeit haben sie zum Standard in Smartphones, Tablets und modernen Kiosken gemacht.

Was macht kapazitive Touch Sensing möglich?

Wenn es um den Finger geht, werden menschliche Körpergewebe mit leitfähigen Elektrolyten gefüllt, die von einer Hautschicht bedeckt sind und die leitfähige Eigenschaft schaffen, die kapazitive Berührungserkennung ermöglicht. Diese natürliche Leitfähigkeit ermöglicht es unseren Fingern, nahtlos mit kapazitiven Bildschirmen zu interagieren.

Dies bedeutet jedoch auch, dass Werkzeuge wie Stifte oder Handschuhe diese dielektrischen Eigenschaften nachahmen müssen, um mit kapazitiven Displays korrekt zu funktionieren. Spezialisierte Handschuhe und kapazitive Stifte werden entwickelt, um diese Wechselwirkung zu simulieren, indem sie ihre dielektrische Konstante ändern, die dem menschlichen Gewebe entspricht.

Wie funktionieren kapazitive Proximity-Sensoren?

Kapazitive „Nahheitssensoren“ nehmen dies weiter, indem sie noch kleinere Änderungen des elektrostatischen Feldes in größeren Entfernungen erfassen. Im Gegensatz zu Berührungssensoren, die direkten oder nahen Kontakt erfordern, können Näherungssensoren Objekte erkennen, die sich von mehreren Millimetern entfernt nähern.

Diese Technologie bietet Flexibilität im Design der Benutzeroberfläche. Kapazitive Sensoren bieten Entwicklern viel Flexibilität, was sie mit ihrer Benutzeroberfläche tun können, da sie nicht an einen mechanischen Membranschalter oder einen Knopf gebunden sind. Zu den Anwendungen gehören automatische Beleuchtungssysteme, intelligente Schlösser und Gestenerkennungsschnittstellen.

Kapazitive Sensing Anwendungen

Während Berührungssensoren seit Jahren existieren, machen die jüngsten Fortschritte kapazitivbasierte Sensoren zu einer praktischen Alternative zu Tasten und mechanischen Schaltern in einer Vielzahl von Verbraucherprodukten. Seit ihrer Einführung in frühen Smartphones wie dem iPhone haben kapazitive Technologien die Interaktion zwischen Mensch und Gerät revolutioniert.

Sie finden sich jetzt in:

• Smartphones und Tablets
• Automotive-Infotainmentsysteme
• Smart Home Geräte
• Medizinische Ausrüstung
• Industrielle Bedienfelder

Heute ermöglichen kapazitive Sensoren es den Anwendern, Produkte zu steuern. Sie verwandeln Flächen, flach oder gekrümmt, in Tastaturen, drehen die Lautstärke auf oder ab - was auch immer die Benutzeroberfläche ist.

Auch die kapazitive Sensing ist für Plug-and-Play-Funktionalität in Mikrocontroller integriert. Die Out-of-the-Box-Technologie kann die tatsächliche kapazitive Veränderung erkennen, gemessen in unglaublich kleinen Einheiten, die als Femtofaraden (fF) bezeichnet werden.

Tipps und Tricks zur Entsperrung kapazitiver Sensing

In realen Anwendungen wie intelligenten Schlössern oder industriellen Schnittstellen entstehen Konstruktionsherausforderungen aufgrund von Umweltstörungen. Das Schloss könnte an einer breiten Palette, Typ und Stil der Tür befestigt werden, einschließlich einer Metalltür; und jede umliegende leitfähige Oberfläche kann und wirkt als Rücklaufweg und verringert oder eliminiert Empfindlichkeit.

Um diesen Problemen entgegenzuwirken:

• Vermeiden Sie das Platzieren von Sensoren in der Nähe großer Metallflächen.
• Verwenden Sie Schirmtechniken wie Schutzringe.
• Wählen Sie Mikrocontroller mit dedizierten Guard-/Shield-Ausgängen aus.

Bei diesem Ansatz besteht kein Potentialdifferenz zwischen Schild und Sensoreingang. Die Energie wird vom Schild genommen und nicht von den Sinnelementen. Dies verbessert die Genauigkeit und minimiert den Stromverbrauch – entscheidend für batteriebetriebene Geräte.

Kapazitive Sensing: Kunst und Wissenschaft

Wie wir bei jedem Projekt entdecken, kann kapazitive Sensing gelegentlich eher eine Kunst als eine Wissenschaft sein. Während Datenblätter grundlegende Kenntnisse liefern, hängt eine erfolgreiche Implementierung oft vom Verständnis physischer Layouts und Störungsquellen ab.

Die „Kunst“ liegt in:

• Der Routing-Sensor verfolgt Rauschquellen.
• Auswahl geeigneter Überlagerungen (nichtmetallische Materialien).
• Ausgleich zwischen Empfindlichkeit und Haltbarkeit durch Design-Iterationen.

Die größte Herausforderung besteht darin, den physischen Standort nicht zu vergessen, an dem alles zusammenpasst. Mit geeigneten Planungs- und Prüfwerkzeugen wie elektrostatischen Pistolen oder Wärmestoßtestern, die in fortschrittlichen Anlagen wie Miqidisplays verfügbar sind, können Ingenieure die Leistung in verschiedenen Umgebungen feineinstellen.

benutzerdefinierte kapazitive Touchscreens von Miqidisplay

Miqidisplay ist ein vertrauenswürdiger Anbieter fortschrittlicher Display-Technologien und -Lösungen und bietet ein umfassendes Portfolio an, darunter LCD-, TFT-, IPS-, OLED-Displays und spezialisiertes Zubehör.

Ihre maßgeschneiderten kapazitiven Touchscreen-Lösungen unterstützen Displaygrößen von bis zu 32 Zoll mit voller Laminierung für PCAP (Projected Capacitive) und TFT-Formate. Unsere Touchscreen-Lösungen unterstützen bis zu 32-Zoll-Displays mit vollständiger Laminierung für PCAP und TFT. Funktionen wie Multi-Touch, wasserdicht/Handschuh Touch  machen sie für verschiedene Anwendungen geeignet.

Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:

• USB/IIC-Verbindungsoptionen
• Multi-Touch-Funktionen
• Hohe Stabilität unter Störungen
• Wasser-/Handschuhbearbeitbarkeit
• Anpassbare Abdecklinsen mit AG/AR/AF/AB Beschichtungen

Kundenspezifische F&E-Lösungen20 Jahre branchenführende Expertise und fortschrittliche R&D D Center, um sowohl Hardware als auch Software auf Ihre Bedürfnisse anzupassen.

Egal, ob Sie Displays für den Automobilbereich oder robuste Industriepaneele mit IP67-Bewertung benötigen, Miqidisplay besitzt branchenführende automatische Produktions- und Prüfanlagen, die auch unter extremen Bedingungen Zuverlässigkeit gewährleisten. Ihre Anlagen sind TS-16949, ISO-9001 und ISO-14001 zertifiziert, was ihr Engagement für die Qualitätssicherung stärkt.

FAQ

Welche Materialien funktionieren am besten für Überlagerungen auf kapazitiven Touchscreens?
Nichtmetallische Materialien wie Glas oder Kunststoff sind ideal, da sie elektrostatische Felder ohne Störungen ausbreiten lassen.

Kann ich Handschuhe auf kapazitiven Bildschirmen verwenden?
Ja – aber nur, wenn sie für den Touchscreen-Einsatz konzipiert sind. Standardhandschuhe blockieren elektrostatische Felder, es sei denn, sie sind speziell entwickelt.

Verbrauchen Nahheitssensoren mehr Strom?
Nicht unbedingt. Wenn gut mit Low-Power-Schaltungen entworfen, könnte die Schaltung den Leser einschalten,   Schalten Sie es dann aus, um Strom zu sparen und die Batterielebensdauer vor allem in Smart Home-Anwendungen zu optimieren.

Wie haltbar sind die Touchscreens von Miqidisplay?
Bevor jedes Produkt ausgeliefert wird, wird es einem strengen dreistufigen Qualitätsprüfungsprozess unterzogen, um seine überlegene Qualität zu gewährleisten. In Kombination mit anpassbaren Abdeckglasoptionen wie optischer Verklebung gewährleisten sie eine optimale Leistung auch in rauen Umgebungen wie medizinischen Operationsräumen oder Außenkiosken.

Kann Miqidisplay helfen, kundenspezifische Displaylösungen zu entwickeln?
Auf jeden Fall. Wir erfüllen die vielfältigen Anpassungsbedürfnisse verschiedener Branchen durch präzise konzipierte Displaylösungen und bieten Unterstützung in jeder Phase von der Konzeptentwicklung bis zur Produktionskalierung.