Научно-практическая конференция школьников
«Золотое перо»
Сенсорные устройства
Секция: информатика
Автор: Симанович Ольга, Ветчинова Виктория
Место учебы: ТМК ОУ «Дудинская гимназия»
Класс 8 «А»
Научный руководитель: Шиховцева Светлана Валерьевна, учитель информатики ТМК ОУ «Дудинская гимназия»
2012 год
Содержание
Аннотация ………………………………………………………………..………………………2
Введение. ........................................................................................................................3
Глава 1. Сенсорный экран – что это? ................................................................................4
§ 1. История появления. .....................................................................................4
§ 2. Сферы применения ......................................................................................4
Глава 2. Виды сенсорных экранов. ..................................................................................6
§ 1.Резистивные экраны. .....................................................................................6
§ 2 Матричные экраны. .....................................................................................8
§ 3 Емкостные экраны. .......................................................................................8
§ 4 Проекционно-емкостные экраны. ....................................................................9
§ 5 Экраны с сеткой инфракрасных лучей. ..........................................................9
§ 6 Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах. ........................10
Глава 3. Преимущества сенсорных экранов.....................................................................11
Глава 4. Навстречу будущему.........................................................................................13
Глава 5. Анализ исследований. .....................................................................................15
§ 1. Исследование «Тестирование устройств» ...............................................................15
§ 2. Исследование «Анкетирование одноклассников» ...................................................16
Заключение. ……………………………………………………………………………………18
Список литературы и Web-ресурсов …………………………………………………………19
Приложение ………………………………………………………………………….……….20
Аннотация
В данной работе приводится понятие "сенсорный экран", перечисляются виды сенсорных экранов, подробно описывается принцип работы. В ходе исследовательской деятельности происходит поиск ответов на вопросы: «Что такое сенсорный экран?», «Принципы работы каждого из видов сенсорных экранов», «Каковы преимущества сенсорных устройств перед кнопочными?»
Введение
Се́нсорный экран — это устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.
Благодаря смартфонам и планшетам сегодня уже никого не удивишь сенсорным экраном. И хотя они довольно распространены в современном обществе, все же многие до сих пор не знают, что же такое сенсорный экран и по каким принципам он функционирует. Мы считаем, что эта тема очень актуальная в наше время.
Целью нашей работы является:
1. изучение такого устройства ввода информации как сенсорный экран,
2. выявить преимущества и возможные недостатки сенсорных экранов.
В связи с поставленными целями нами определены следующие задачи:
1. проанализировать литературу и web-ресурсы по теме «Сенсорные устройства ввода информации»,
2. определить основные виды сенсорных экранов и описать их принцип работы,
3. выявить преимущества сенсорных экранов,
4.оценить уровень распространения телефонов с сенсорным экраном среди одноклассников и проанализировать их отзывы о качестве работы этих устройств.
Исследования:
1. Анализ литературы и Web-ресурсов по теме «Сенсорный экран».
2. Тестирование разных устройств ввода информации: сенсорный (планшет) и кнопочный (ноутбук).
2. Анкетирование одноклассников. Глава 1. Сенсорный экран – что это?
§ 1. История появления.
Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16×16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана.
В 1971 году Сэмюэлем Херстом (будущим основателем компании Elographics, ныне Elo TouchSystems) был разработан элограф — графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу (U.S. Patent 3662105 (англ.)). В 1974 году он же сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 — разработал пятипроводной экран. Объединившись с Siemens, в Elographics сумели сделать выпуклую сенсорную панель, подходившую к кинескопам того времени. На всемирной ярмарке 1982 года Elographics представила телевизор с сенсорным экраном.
В 1983 году вышел компьютер HP-150 с сенсорным экраном. Впрочем, в те времена сенсорные экраны применялись преимущественно в промышленной и медицинской аппаратуре.
В потребительские устройства (телефоны, КПК и т. д.) сенсорные экраны вошли как замена крохотной клавиатуре, когда появились устройства с большими (во всю переднюю панель) ЖК-экранами. Первая карманная игровая консоль с сенсорным экраном — Nintendo DS, первое массовое устройство, поддерживающее мультитач — iPhone.
§ 2. Сферы применения сенсорных экранов
В наше время ни у кого не возникает сомнений в том, что сенсорный экран - штука удобная. Такие дисплеи используются для создания множества устройств - планшетов, мобильных телефонов, ридеров, справочных устройств и множества другой периферии. Сенсорный экран позволяет заменить многочисленные механические кнопки, и это очень удобно, поскольку в этом случае они объединяют и дисплей, и высококачественное устройство ввода. Уровень надежности устройств значительно повышается, ведь механические части отсутствуют.
Сенсорные мониторы применяются повсеместно:
Многие художники и дизайнеры используют в работе графические планшеты, которые имеют сенсорную поверхность. На ней можно рисовать или чертить специальным стилусом, как на обычной бумаге. Результаты действий пользователя будут отображаться на экране монитора. Графические планшеты могут реагировать даже на силу нажатия стилусом. На основании этих данных в графическом редакторе производится изменение настроек кисти или карандаша. Благодаря этому процесс рисования на компьютере оказывается максимально приближенным к работе с обычным холстом или бумагой.
В супермаркетах, вокзалах, отелях или аэропортах все чаще можно встретить терминалы с сенсорным дисплеем.
Там, где жидкость и грязь легко могут проникнуть в клавиатуру или нажимать на клавиши мешают толстые перчатки, часто используются компьютеры с сенсорным управлением.
Сенсорные дисплеи устанавливаются в такие устройства как:
- Мобильные телефоны и другие компактные устройства. Самым популярным смартфоном с сенсорным дисплеем является iPhone от Apple. Многими мобильными телефонами других производителей, КПК, навигаторами, а также игровой консолью Nintendo DSi можно управлять посредством прикосновений к экрану кончиками пальцев.
- Ноутбуки. Некоторые производители уже выпускают модели ноутбуков с сенсорным дисплеем – речь идет о так называемых планшетных компьютерах. Тачпад в них функционирует аналогично сенсорному дисплею: его чувствительная к касанию поверхность позволяет управлять курсором прикосновениями пальцев (см. врезку в конце).
- Компьютеры. Обычной клавиатуре всегда найдется место на рабочем столе, поэтому наверняка пройдет еще немало времени, пока сенсорный дисплей завоюет себе место на домашнем или офисном ПК. Одним из примеров, демонстрирующих преимущество подобных решений, может служить моноблок TouchSmart компании Hewlett-Packard, который представляет собой симбиоз компьютера и монитора, объединенных в одном корпусе. Управлять TouchSmart легко и удобно: так, к примеру, просматривая архивы своих фотографий, вы сможете выбрать нужное изображение, просто коснувшись его пальцем. Наиболее ярко демонстрирует возможности сенсорных дисплеев новый концептуальный компьютер под названием Surface, разработанный компанией Microsoft.
Глава 2. Виды сенсорных экранов.
В настоящее время сенсорные экраны принято подразделять на несколько видов: резистивные (бывают четырех-, пяти-, восьмипроводными), проекционно-емкостные, матрично-емкостные, оптические и тензометрические. Кроме того, дисплеи могут создаваться на основе поверхностно-акустических волн либо инфракрасных лучей. Насчитывается уже несколько десятков запатентованных технологий. В наше время чаще всего используются емкостные и резистивные экраны.
§ 1. Резистивные экраны.
Самый простой вид – это четырехпроводной, который состоит из специальной стеклянной панели, а также пластиковой мембраны. Пространство между стеклом и пластиковой мембраной обязательно должно заполняться микроизоляторами, которые могут надежно изолировать токопроводящие поверхности друг от друга. По всей поверхности слоев установлены электроды, являющиеся тонкими пластинками, сделанными из металла. В заднем слое электроды находятся в вертикальном положении, а в переднем слое – в горизонтальном для того, чтобы могло производиться вычисление координат. Если на дисплей нажать, то панель и мембрана автоматически замкнутся, а специальный датчик будет воспринимать нажатие, преобразовывая его в сигнал.
Резистивные дисплеи распознают давление на специальный слой поверхности экрана. Такие дисплеи «чувствуют» прикосновение и пальцев, и стилуса.
Наиболее усовершенствованным видом считаются восьмипроводные дисплеи, которые отличаются высоким уровнем точности. Однако данные экраны отличаются низким уровнем надежности и недолговечностью. Если же важно, чтобы дисплей был надежным, необходимо остановить выбор на пятипроводном его виде.
1 - стеклянная панель, 2 - резистивное покрытие, 3 - микроизоляторы, 4 - пленка с проводящим покрытием
В резистивных экранах используется два слоя токопроводящей пленки, разделенных между собой. Когда вы нажимаете на экран, слои соприкасаются между собой в точке нажатия, и электроника вычисляет координаты:
Резистивные дисплеи обходятся производителям дешевле, поэтому они часто используются в недорогих навигаторах. Такие дисплеи позволяют осуществлять управление как кончиком пальца, так и стилусом. Точно распознавая прикосновение даже к мелким элементам графического интерфейса, они отлично подходят для миниатюрных устройств. Но так как для выполнения операции необходимо, чтобы между двумя токопроводящими слоями возник контакт, нажатие следует производить с большим усилием, чем при использовании емкостного дисплея. Кроме того, резистивные дисплеи чувствительны к царапинам и уменьшают яркость экрана.
§ 2 Матричные экраны.
Конструкция похожа на резистивный дисплей, хотя она и была упрощена. На мембрану специально нанесли вертикальные проводники, а на стекло – горизонтальные. Если нажать на дисплей, то проводники обязательно соприкоснутся, замкнутся крест-накрест. Процессор может отследить, какие проводники замкнулись, и это помогает обнаружить координаты нажатия. Матричные экраны нельзя назвать высокоточными, поэтому их уже продолжительное время не используют.
§ 3 Емкостные экраны.
Конструкция емкостных экранов является достаточно сложной, и основана она на том, что тело человека и дисплей вместе образуют конденсатор, проводящий переменный ток. Подобные экраны выполняются в виде стеклянной панели, которую покрывают резистивным материалом для того, чтобы электрический контакт не затруднялся. Электроды располагаются по четырем углам дисплея, и на них подано переменное напряжение. Если же коснуться поверхности дисплея, то будет происходить утечка переменного тока через вышеупомянутый "конденсатор". Это регистрируется датчиками, после чего информацию обрабатывает микропроцессор устройства. Емкостные дисплеи могут выдержать до 200 миллионов нажатий, они отличаются средним уровнем точности, но, увы, они боятся любого влияния жидкостей. 
Емкостные дисплеи определяют координаты точки касания на основании изменения электрического поля. Для этого необходимо дотронуться до него пальцем; если же коснуться емкостного дисплея стилусом – ничего не произойдет.
§ 4 Проекционно-емкостные экраны.
Проекционно-емкостные экраны могут, в отличие от предыдущих рассмотренных типов, способны определить сразу несколько нажатий. На внутренней стороне всегда есть специальная сетка элетродов, и во время соприкосновения с ними обязательно будет образован конденсатор. В данном месте будет изменена электрическая емкость. Контроллер сможет определить точку, в которой пересеклись электроды. Затем происходят вычисления. Если сразу нажать экран в нескольких местах, то будет образован не один конденсатор, а несколько.
§ 5 Экраны с сеткой инфракрасных лучей.
Принцип работы подобных дисплеев является простым, и он в какой-то степени похож на матричный. В этом случае проводники заменяют специальными инфракрасными лучами. Вокруг данного экрана проходит рамка, в которой есть встроенные излучатели, а также приемники. Если нажать на экран, то некоторые лучи будут перекрываться, и они не могут достигнуть собственного пункта назначения, а именно приемника. В итоге контроллер вычисляет место контакта. Подобные экраны могут пропускать свет, они долговечны, поскольку чувствительного покрытия нет и механического касания не происходит вообще. Однако такие дисплеи в настоящий момент не отвечают высокой точности и боятся любых загрязнения. Зато время диагональ рамки такого дисплея может достигать 150 дюймов.
§ 6 Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах.
Данный дисплей всегда выполняется в виде стеклянной панели, в которую встроены пьезоэлектрические преобразователи, расположенные по разным углам. По периметру также находятся отражающие, приемные датчики. Контроллер отвечает за формирование сигналов, частота которых является высокой. После этого сигналы всегда посылаются на пьезоэлектрические преобразователя, которые могут преобразовывать поступившие сигналы в акустические колебания, отражающиеся впоследствии от отражающих датчиков. Затем волны могут улавливаться приемниками, повторно посылаться на пьезоэлектрические преобразователи, после чего превращаются в электрический сигнал. Если нажать на дисплей, то энергия акустических волн будет частично поглощена. Приемники отличаются восприимчивостью к подобным изменениям, а процессор может вычислить точки касания. Основным преимуществом является то, что сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах отслеживают координаты точки нажатия, силу нажатия. Дисплеи данного вида отличаются долговечностью, ведь они могут выдержать 50 миллионов касаний. Чаще всего их используют для игровых автоматов, справочных системах. Следует учитывать то, что работа такого дисплея может быть неточной в условии окружающих шумов, вибрации, акустического загрязнения.
1 -сенсоры, 2 - отражатели звука, 3 - транзисторы-источники звука, 4 - процессор, определяющий координаты
Сенсорные дисплеи на поверхностно-акустических волнах. В углах таких дисплеев находятся специальные преобразователи, которые направляют ультразвуковые волны на поверхность стекла. По бокам дисплея расположены отражатели, благодаря которым создается сетка из этих волн. При касании дисплея пальцем или стилусом изменяется направление движения волны. Электроника фиксирует эти изменения и определяет координаты точки нажатия. К недостаткам данной технологии можно отнести более высокую стоимость по сравнению с другими тачскринами. Сенсорные дисплеи на поверхностно-акустических волнах нашли применение в банкоматах и информационных терминалах.
Глава 3. Преимущества сенсорных экранов
Обозначим основные преимущества сенсорных мониторов:
Удобство в управлении. На корпусе мобильных устройств, как правило, недостаточно места для полноценной клавиатуры, а управление с помощью мыши возможно только в некоторых случаях, тем более, хорошо работает она лишь на ровной поверхности. Сенсорный дисплей значительно упрощает управление сотовым телефоном, КПК или GPS-навигатором. Он позволяет не только набирать текст с помощью виртуальной клавиатуры, но и вводить его «от руки» посредством стилуса. Набирать текст с помощью телефонной клавиатуры значительно сложнее, ведь каждой ее кнопке соответствует несколько букв.
Больший размер экрана. Отказ от клавиатуры позволяет разработчикам таких мобильных устройств, как сотовые телефоны или КПК, создавать более компактные модели или при тех же размерах оснащать эти устройства большим дисплеем.
Сенсорный экран в торговых и информационных автоматах также повышает безопасность их использования. Отсутствие аппаратной клавиатуры сводит к минимуму риск вандализма, к тому же злоумышленникам не удастся установить на банкоматы модифицированные клавиатуры с целью кражи данных доступа к счету.
для использования не требуется специальных знаний
позволяют отказаться от использования мыши и клавиатуры
малочувствительны к загрязнению и агрессивным средам
позволяют получить быстрый доступ к необходимой информации
Глава 4. Навстречу будущему
По замыслу инженеров компании Microsoft, управление компьютерами будущего должно осуществляться с использованием совсем других технологий: в отличие от обычных ПК работать с компьютером-столом Microsoft Surface с сенсорной поверхностью можно, дотрагиваясь до него руками. Точки касания определяются с помощью встроенных в стол камер, которые способны одновременно обрабатывать большое количество прикосновений и движений, позволяя пользователям нажимать на различные элементы управления, перемещать и поворачивать в нужном направлении изображения или окна. Такая возможность очень удобна, например, при совместном просмотре фотографий, в играх или при коллективном изучении документов.
Microsoft Surface способен также распознавать очертания предметов, которые находятся на его поверхности. Так, например, при размещении на нем цифрового фотоаппарата компьютер устанавливает беспроводное соединение и начинает показ записанных на камеру снимков.
Научиться управлять Microsoft Surface значительно проще, чем обычным компьютером. Единственным недостатком этого чудо-компьютера от Microsoft является его цена — около 11 тыс. евро.
Компьютер в центре внимания
Поверхность Microsoft Surface представляет собой большой экран. Это позволяет работать за ним одновременно сразу нескольким пользователям
Автоматическое распознавание
Помещенные на поверхность Microsoft Surface устройства распознаются компьютером и вызывают соответствующие функции, например просмотр изображений
Ручное управление
Все элементы на экране можно активировать, поворачивать и перемещать касаниями пальцев
.
Глава 5. Анализ исследований.
§ 1. Исследование «Тестирование устройств»
С целью выявить преимущества сенсорного экрана нами были протестированы два устройства ввода информации: сенсорный (планшет) и кнопочный (ноутбук). Результаты оказались следующими:
1. Изображение на обоих мониторах было на очень высоком уровне.
2. Перед началом работы с сенсорным монитором его, в отличие от кнопочного, нужно откалибровать. Калибровка монитора заключалась в том, что нужно было прикасаться к экрану в том месте, где появлялся круг в виде прицела.
3. Первое что нам захотелось проверить, насколько возможно применение подобных устройств в популярных играх. Играть в "червы" или раскладывать пасьянс без мыши и клавиатуры, просто прикасаясь к экрану, намного удобнее. Создается ощущение, что вы играете с противником, находящимся где-то за экраном. Выбираете нужную карту и тычете в нее на экране (правда, еще нужно попасть куда хочется).
4. Попытка поиграть в 3D-шутер на планшете закончилась провалом. Каждый первый выстрел приходился в себя. Делаем вывод, что в играх, где в нужное место экрана необходимо сначала «прицелиться», а потом произвести ввод, сенсоры не удобны, или, по крайней мере, нужно много этому тренироваться.
5. Следующим испытуемым приложением стал довольно распространённых и лёгкий в управлении Paint, входящий в состав Windows. Процесс рисования давался с трудом, различные элементы не хотели принимать желаемые размеры, линии выходили слишком кривыми (мышью рисовать легче).
6. Работа в программе Word. Для работы с этим приложением дополнительно была запущена программа, имитирующая клавиатуру. Здесь тоже большого успеха добиться не удалось. Все элементы экрана (иконки, полосы прокрутки, меню) казались очень маленькими, и мы нередко промахивались мимо нужного элемента (не помогла даже калибровка).Скорость печати заметно упала, да и набирать тексты приходилось в основном одной рукой.
Вывод:
Несмотря на популярность и неоспоримые преимущества сенсорных экранов, работа с ними требует большой тренировки. Также мы убедились в том, что для некоторой деятельности, например, набор текста, клавиатурный ввод более эффективен, чем сенсорный.
§ 2. Исследование «Анкетирование»
Для второго исследования мы провели анкетирование учащихся 8-х классов нашей школы. Было опрошено 40 человек (бланк анкеты в разделе «Приложение»). По итогам анкетирования мы получили следующие данные: 1) Работаешь ли ты с сенсорным экраном (сенсорный телефон или планшет)? а) да – 34 чел. б) нет – 6 чел.
![]()
2) Как ты думаешь, какой ввод данных удобнее: сенсорный или клавиатурный? а) сенсорный – 38 чел. б) клавиатурный – 2 чел.
![]()
3) Как ты думаешь, какой телефон прослужит дольше? а) сенсорный – 22 чел. б) кнопочный – 18 чел.
![]()
4) Нравится ли тебе принцип работы сенсорного экрана? а) да – 100% б) нет – 0%
5) Часто ли ты сталкивался с неисправностью сенсорного экрана (не отвечает, зависает)? а) да – 7 чел. б) нет – 33 чел.
![]()
6) Как ты думаешь, много ли нужно тренироваться для эффективной работы с сенсорным экраном или можно освоить с первого раза?
а) много тренироваться – 21 чел. б) с первого раза – 19 чел.
![]()
Вывод: Сенсорные экраны не новинка для наших одноклассников. Они имеют достаточное представление об этом устройстве и принципах его работы, знают о преимуществах сенсорного экрана, считают его современным и перспективным устройством.
Заключение
Целью нашей работы было изучение такого устройства как сенсорный экран. Нами была изучена литература по данной теме, проведён анализ и обобщение полученных знаний. В ходе исследований мы установила, что на сегодняшний день существует 6 видов сенсорных экранов, узнали их принципы работы, применение и преимущества.
Мы убедились в том, что сенсорный экран – современное и удобное устройство ввода информации.
В ходе исследований мы пришли к выводу, что несмотря на популярность и неоспоримые преимущества сенсорных экранов, работа с ними требует большой тренировки. Также мы убедились в том, что для некоторой деятельности, например, набор текста, клавиатурный ввод более эффективен, чем сенсорный.
В ходе анкетирования мы выяснили, что все наши одноклассники знают о существовании сенсорного экрана, имеют достаточное представление об этом устройстве и принципах его работы, знают о преимуществах сенсорного экрана, считают его современным и перспективным устройством.
Литература:
1. Зверев В.С. Информатика: Учебное пособие для студентов вузов. Астрахань, 2003
2.
Web-ресурсы:
http://www.computerer.ru/
http://www.nod32master.ru
http://computia.ru
http://antivibest.ru
http://softhack.ucoz.ru
http://www.informatika.ru
Приложение
Вопросы к анкетированию: 1) Работаешь ли ты с сенсорным экраном (сенсорный телефон или планшет)? а) да б) нет 2) Как ты думаешь, какой ввод данных удобнее: сенсорный или клавиатурный? а) сенсорный б) клавиатурный 3) Как ты думаешь, какой телефон прослужит дольше? а) сенсорный б) кнопочный 4) Нравится ли тебе принцип работы сенсорного экрана? а) да б) нет 5) Часто ли ты сталкивался с неисправностью сенсорного экрана (не отвечает, зависает)? а) да б) нет 6) Как ты думаешь, много ли нужно тренироваться для эффективной работы с сенсорным экраном или можно освоить с первого раза? а) много тренироваться б) с первого раза
16
Получите свидетельство
Вход
Сенсорные устройства (0.6 MB)
0
5030
242
Нравится
0
