Streszczenie artykułu wygenerowane za pomocą AI — może zawierać błędy.
Spis treści
Interfejs użytkownika to punkt styku człowieka z maszyną, od którego zależą wygoda i intuicyjność obsługi urządzenia. Coraz częściej jego centralnym elementem staje się ekran dotykowy, łączący prezentację informacji z funkcjami sterowania. Aby jednak takie rozwiązanie działało niezawodnie, konieczne jest uwzględnienie wymagań konkretnej aplikacji – od doboru technologii wyświetlania i panelu dotykowego po warunki środowiskowe i odporność na zakłócenia. Na co zwrócić uwagę podczas projektowania interfejsu dotykowego?
Tradycyjne interfejsy użytkownika wykorzystują przede wszystkim elementy mechaniczne, takie jak przyciski, przełączniki, pokrętła czy klawiatury. Każdy z nich pełni określoną funkcję, a jego obsługa wiąże się z fizycznym ruchem elementu. Rozwiązania te są stosunkowo proste, zapewniają wyczuwalną reakcję na naciśnięcie i sprawdzają się szczególnie tam, gdzie użytkownik powinien móc wykonać określoną czynność bez konieczności patrzenia na panel sterowania.
Alternatywą są interfejsy elektroniczne wykorzystujące wyświetlacze, które w wielu aplikacjach standardowo łączy się z panelami dotykowymi. Takie rozwiązanie pozwala przenieść funkcje przycisków i innych elementów sterujących bezpośrednio na ekran, łącząc prezentację informacji z obsługą urządzenia. Jednym z największych atutów ekranów dotykowych jest ich wielofunkcyjność – jeden wyświetlacz może obsługiwać wiele funkcji, a układ interfejsu zmieniać się w zależności od wykonywanej operacji. Możliwe jest również modyfikowanie jego wyglądu i funkcjonalności bez konieczności przebudowy panelu przedniego urządzenia.
Tam, gdzie inni widzą miejsce na kolejny przycisk, my często dostrzegamy potencjał do zastosowania ekranu. Ostateczny wybór powinien jednak wynikać przede wszystkim z wymagań urządzenia i potrzeb jego użytkowników.
Dobór technologii wyświetlania dla interfejsu użytkownika
W przypadku niewielkich urządzeń, w których ekran służy do prezentowania podstawowych informacji i obsługi kilku funkcji, dobrym wyborem mogą być monochromatyczne wyświetlacze OLED. Z kolei w rozbudowanych interfejsach, wymagających prezentowania większej ilości danych, grafik czy elementów sterujących, warto rozważyć wyświetlacze LCD-TFT. Obie technologie można łączyć z panelami dotykowymi oraz szkłem ochronnym, tworząc kompletne moduły dostosowane do konkretnych wymagań aplikacyjnych.
Dobór odpowiedniej technologii wyświetlania nie zależy jednak wyłącznie od ilości i rodzaju prezentowanych informacji czy stopnia rozbudowania interfejsu. Równie istotne są sposób obsługi urządzenia oraz warunki, w jakich będzie ono pracować – m.in. natężenie oświetlenia, zakres temperatur, wilgotność, narażenie na kontakt np. z wodą i zanieczyszczeniami, drgania czy zakłócenia elektromagnetyczne. Wszystkie te czynniki należy uwzględnić zarówno przy wyborze wyświetlacza, jak i projektowaniu jego integracji z urządzeniem końcowym.
Chcesz dowiedzieć się więcej o doborze wyświetlacza? Sprawdź nasz trzyczęściowy poradnik, w którym omawiamy najważniejsze kryteria wyboru:
- część 1 – podstawy technologiczne i rodzaje wyświetlaczy,
- część 2 – wymiary, formaty i integracja urządzeń,
- część 3 – działanie, trwałość i funkcje dodatkowe.
Panele dotykowe
Na rynku dostępnych jest kilka technologii dotykowych, m.in. rezystancyjna, pojemnościowa czy podczerwieni (IR). Każda ma swoje właściwości i obszary zastosowania, jednak obecnie jednymi z najpowszechniej wykorzystywanych rozwiązań są projekcyjne panele pojemnościowe (PCAP, Projected Capacitive Touch).
Działanie pojemnościowych paneli dotykowych typu PCAP opiera się na wykrywaniu zmian pojemności elektrycznej. W ich strukturze znajduje się siatka przezroczystych elektrod, pomiędzy którymi wytwarzane jest pole elektryczne. Gdy palec użytkownika zbliża się do powierzchni panelu lub jej dotyka, wpływa na rozkład pola elektrycznego, powodując lokalną zmianę pojemności. Zmianę tę rejestruje kontroler dotyku, który na podstawie otrzymanych sygnałów określa położenie punktu dotknięcia, a w przypadku paneli obsługujących funkcję multi-touch – również wielu punktów jednocześnie. Pojemnościowe panele dotykowe wyróżniają się wysoką precyzją wykrywania dotyku i zapewniają wygodną, płynną obsługę urządzenia. Na ich działanie mogą jednak wpływać czynniki zewnętrzne, które w określonych warunkach zakłócają prawidłowe rozpoznawanie dotyku
Ekran dotykowy a kontakt z wodą, olejami i smarami
Jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem pojemnościowych paneli dotykowych jest ich praca w środowisku, w którym powierzchnia ekranu może mieć kontakt z różnymi cieczami.
Dotyczy to m.in. urządzeń instalowanych na zewnątrz, mających kontakt z opadami atmosferycznymi – deszczem i śniegiem, sprzętu gastronomicznego, na którego powierzchni mogą pojawiać się np. oleje, czy urządzeń pracujących w środowiskach przemysłowych, gdzie występują np. smary.
Obecność cieczy na powierzchni panelu może zakłócać prawidłowe wykrywanie dotyku. Woda, zawierająca rozpuszczone sole i inne zanieczyszczenia, może wpływać na rozkład pola elektrycznego, powodując tzw. ghost touches, czyli fałszywe dotknięcia, lub utrudniając rozpoznawanie rzeczywistych dotknięć. Nieco inaczej zachowują się oleje i smary, które zazwyczaj mają niską przewodność elektryczną. Mogą jednak pozostawiać na powierzchni panelu warstwę zanieczyszczeń utrudniającą obsługę, a stopień ich oddziaływania zależy m.in. od składu chemicznego substancji. Nie oznacza to jednak, że pojemnościowe ekrany dotykowe nie sprawdzają się w takich warunkach. Kluczowe znaczenie ma dobór odpowiedniego kontrolera dotyku oraz dostrojenie jego parametrów do specyfiki aplikacji. Zaawansowane kontrolery mogą wykorzystywać algorytmy ograniczające wpływ wody na działanie panelu, umożliwiając jego obsługę również przy mokrej powierzchni. Skuteczność tych rozwiązań zależy od zastosowanych komponentów i ich konfiguracji, dlatego należy ją zweryfikować w warunkach odpowiadających docelowemu środowisku pracy urządzenia.
Ekran dotykowy a obsługa w rękawiczkach
Kolejnym zagadnieniem istotnym w zastosowaniach przemysłowych jest możliwość obsługi urządzenia bez zdejmowania rękawiczek.
Wbrew powszechnemu przekonaniu pojemnościowe panele dotykowe nie muszą wymagać bezpośredniego kontaktu z nieosłoniętą skórą. Odpowiednio dobrany i skonfigurowany panel może wykrywać dotyk również przez cienkie rękawiczki, np. lateksowe czy nitrylowe. Skuteczność wykrywania dotyku zależy jednak od materiału i grubości rękawiczki, które wpływają na siłę sygnału rejestrowanego przez kontroler.
Dlatego obsługa w rękawiczkach wymaga odpowiedniego doboru panelu i kontrolera oraz dostrojenia parametrów wykrywania dotyku. Warto przy tym uwzględnić konkretny rodzaj rękawiczek, które będą używane w docelowej aplikacji.
Zakłócenia elektromagnetyczne a działanie ekranu dotykowego
Na działanie pojemnościowych paneli dotykowych mogą wpływać również zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), których źródłem są zarówno podzespoły samego urządzenia, jak i elementy znajdujące się w jego otoczeniu. Wpływ EMI na działanie panelu może objawiać się błędnym wykrywaniem dotyku, niestabilnością współrzędnych lub brakiem reakcji na działania użytkownika.
Ograniczenie tych problemów wymaga odpowiedniego podejścia do projektowania całego urządzenia. Znaczenie mają m.in. dobór kontrolera o odpowiedniej odporności na zakłócenia, ekranowanie, prowadzenie połączeń elektrycznych, uziemienie oraz sposób zasilania modułu. Ważnym elementem jest również dostrojenie parametrów kontrolera i wykorzystanie dostępnych mechanizmów filtrowania zakłóceń. Sama zmiana ustawień nie zastąpi jednak poprawnego projektu elektrycznego i mechanicznego. Dlatego już na etapie projektowania interfejsu należy zadbać o ograniczenie wpływu zakłóceń elektromagnetycznych, a skuteczność zastosowanych rozwiązań potwierdzić podczas badań kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) całego urządzenia.
Szkło ochronne – zabezpieczenie ekranu przed uszkodzeniami
Oprócz zapewnienia prawidłowego działania panelu dotykowego istotne jest również zabezpieczenie całego interfejsu przed uszkodzeniami mechanicznymi. Ma to szczególne znaczenie w przypadku urządzeń instalowanych w przestrzeni publicznej, takich jak terminale samoobsługowe, biletomaty, parkomaty, automaty paczkowe, totemy czy kioski informacyjne. Ich ekrany muszą sprostać intensywnej eksploatacji oraz różnego rodzaju obciążeniom mechanicznym – drganiom, wibracjom czy uderzeniom, a także celowym próbom uszkodzenia. Jednym z podstawowych elementów ochrony jest szkło ochronne.
Jego właściwości można dostosować do wymagań aplikacji poprzez odpowiedni dobór materiału, grubości oraz sposobu wzmacniania. W zależności od potrzeb można wykorzystać m.in. szkło wzmacniane chemicznie lub hartowane termicznie. O odporności gotowego rozwiązania decydują jednak nie tylko parametry samego szkła, lecz także sposób jego osadzenia, podparcia i połączenia z pozostałymi elementami urządzenia. Należy jednak pamiętać, że grubość szkła ochronnego wpływa również na skuteczność wykrywania dotyku. Im grubsze szkło, tym słabszy może być sygnał rejestrowany przez kontroler. Dlatego jego dobór powinien uwzględniać nie tylko wymagania mechaniczne, ale także parametry panelu dotykowego i możliwości kontrolera.
Interfejsy łączone
Choć interfejs dotykowy może przejąć wiele funkcji tradycyjnego panelu sterowania, w niektórych aplikacjach wskazane, a czasem konieczne, jest zachowanie elementów mechanicznych. Dotyczy to szczególnie maszyn przemysłowych, w których operator musi mieć możliwość natychmiastowego wykonania określonej czynności, niezależnie od aktualnie wyświetlanych informacji. Przykładem są przyciski zatrzymania awaryjnego, które muszą spełniać określone wymagania bezpieczeństwa. Przycisk wyświetlany na ekranie dotykowym nie może więc zastąpić mechanicznego przycisku zatrzymania awaryjnego, będącego elementem odpowiednio zaprojektowanego układu bezpieczeństwa maszyny.
Połączenie modułu z wyświetlaczem z przyciskami mechanicznymi nie musi oznaczać rezygnacji z jednolitej konstrukcji panelu przedniego. Szkło ochronne można dostosować do wymagań projektu, nadając mu odpowiedni kształt, wymiary i wykończenie. Możliwe jest także nanoszenie nadruków oraz wykonywanie otworów pod przyciski, pokrętła i inne elementy sterujące. Pozwala to stworzyć zintegrowany interfejs elektroniczno-mechaniczny, w którym sposób obsługi jest dostosowany do specyfiki urządzenia, bez konieczności ograniczania się do jednej technologii.
Zaprojektuj interfejs użytkownika z Unisystemem
Dobór wyświetlacza to dopiero początek. Stworzenie funkcjonalnego i niezawodnego interfejsu użytkownika wymaga odpowiedniego połączenia wielu elementów – od panelu dotykowego i konfiguracji kontrolera po projekt szkła ochronnego i integrację całego rozwiązania z urządzeniem.
W Unisystemie mamy doświadczenie w projektowaniu i dostarczaniu kompletnych rozwiązańHMI, dostosowanych do indywidualnych wymagań aplikacyjnych. Wspieramy klientów na każdym etapie realizacji projektu – od doboru komponentów i opracowania koncepcji, przez prototypowanie i testy, aż po przygotowanie rozwiązania do produkcji seryjnej.
Masz pomysł na interfejs użytkownika? Skontaktuj się z nami – wspólnie stworzymy rozwiązanie dopasowane do Twojego urządzenia i wymagań jego użytkowników.
Jacek Marcinkowski
CTO, Unisystem
