Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 10
1.1. Современпоесостояниетехникисеіісорногозкранного ввода 10
1.1.1. Оптические сенсорные экраны , 14
1.1.2. Резистивные сенсорные экраны 17
1.1.3. Емкостные сенсорные экраны „...19
1.1.4. Акустические сенсорные экраны , 22
1.1.5. Сравнение различных сенсорных технологий 25
1.2. Емкостные сенсорные экраны 27
1.2.1. Предэкранная панель 27
1.2.2. Контроллер сенсорного экрана 28
1.2.3. Программные средства ЕСЭ 29
1.3. Емкостныекоординатно-чувствительные датчики 31
2. Пленочные покрытия предэкранных сенсорных панелей 38
2.1. Анализ методов нанесения и свойств покрытий оксидных пленок олова и индия 38
2.1.1. Анализ методов нанесения оксидных пленок олова и индия , 38
2.1.2. Метод химического осаждения покрытий из парогазовой фазы 39
2.1.3. Получение тонких пленок распылением материалов ионной бомбардировкой 40
2.1.4. Ионно-лучевое распыление 42
2.1.5. Ионно-плазменное распыление 43
2.1.6. Методы генерации потока осаждаемого вещества термическим испарением 47
2.1.7. Получение резистивных покрытий 53
2.1.8. Анализ резистивных свойств покрытий оксидных пленок олова и индия. 54
2.2. Методы контроля параметров и характеристик пленок sn02:in;a 56
2.2.1. Метод отражательной интерферометрии 56
2.2.2. Эллипсометрический метод 57
2.2.3. Визуальный цветовой метод контроля , 58
2.2.4. Резистивныйметод контроля 59
2.2.5. Емкостной метод контроля 60
2.2.6. Метод микровзвешивания , 60
2.2.7. Оптические методы контроля 61
2.2.8. Оптимальность методов для решения задачи тестирования сенсорной панели 61
2.3. Разработка методов экспресс-анализа контроля качества пленочных покрытий емкостных сенсорных панелей 63
2.3.1. Особенности устройства предэкранной панели 63
2.3.2. Проблемы настройки емкостных сенсорных экранов 65
2.3.3. Постановка решаемой задачи 68
2.3.4. Определение ослабления светового излучения 72
2.3.5. Технические особенности определения светового потока 73
2.3.6. Нейтрализация помех 75
2.3.7. Метод определения однородности поверхностного сопротивления 80
2.3.8. Метод определения однородности состава напыленного слоя 83
2.3.9. Заключение 91
3. Методы определниия координат прикосновения к чувуствительной поверххности сенсороной панели 92
3.1. Особенности очувствления емкостной сенсорной панели пальцем человека-оператора 92
3.2. Причины ошибок в определении координат касания 93
3.3. Разработка методов реализации однородного электрического поля на поверхности предэкранной панели 100
3.3.1. Определение требований к создаваемой модели 101
3.3.2. Существующие решения 102
3.3.3. Соответствие требованиям к математической модели . ЮЗ
3.3.4. Описание модели 104
3.3.5. Алгоритм линейного расчета, 105
3.3.6. Алгоритм расчета всех точек 108
3.3.7. Алгоритм «Границы» 109
3.3.8. Оценка неоднородности паля. 112
3.3.9. Практическое использование математической модели для нахождения оптимаїьной конфигурации электродов. 115
3.3.10. Реализация полученной оптимальной конфигурации электродов 118
3.3.11. Оценка полученных результатов и выводы 121
4. Аналоговые емкостные сенсорные датчики определения координат прикосновения 125
4.1. Способы возбуждения емкостных сенсорных панелей 125
4.2. Параметры и характеристики аналоговых емкостных сенсорных датчиков 128
4.3. Метод повышения эффективности тактильных датчиков координат 130
4.3.1. Представление эквивалентной схемы панели 130
4.3.2. Модель емкостной сенсорной панели с заземленным экранам 134
4.3.3. Модель емкостной сенсорной панели с подачей напряжения на экран 141
5. Схемотехническое и программное обеспечение емкостных сенсорных экранов 147
5.1. Схемотехнические решения контроллера емкостного сенсорного экрана 147
5.2. Алгоритмы обработки сигналов тактильного взаимодействия и вычисления координат прикосновения 151
5.3. Создание нового варианта сенсорного экрана на основе предложенных идей 157
5.3.1. Методы устранетя с/и^смвующих недостатков. 151
5.3.2. Технические особенности применения разработанных подходов на практике 159
5.3.3. Факторы, вносящие погршности 163
5.3.4. Результаты работы созданного сенсорного экрана 163
Заключенне..
Литература
- Емкостные сенсорные экраны
- Анализ методов нанесения оксидных пленок олова и индия
- Проблемы настройки емкостных сенсорных экранов
- Соответствие требованиям к математической модели
Введение к работе
Первые сенсорные экраны появились в середине 70-хх годов. В последующие годы ведущие европейские и американские фирмы развернули исследования и разработки сенсорных экранов, основанных на различных технологиях и принципах действия. К середине восьмидесятых годов наблюдается устойчивый рост производства сенсорных экранов и расширение сфер их применения. Сенсорные экраны в это время рассматриваются как новое, весьма эффективное средство ввода информации в компьютерные системы, способные во многих применениях заменить традиционные средства ввода, такие как клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, световое перо.
По мере технического совершенствования сенсорных экранов растет интерес к их использованию в различных областях применения: в информационно-справочных системах, автоматизированном обучении, в системах управления производственными процессами, в военной электронике. В одних применениях сенсорные экраны могут полностью заменить традиционную клавиатуру, в других - служат дополнительным средством, обеспечивающим пользователю удобный интерфейс [1,2].
В системах с сенсорными экранами пользователь имеет возможность инициировать задачи управляющей ЭВМ, дотрагиваясь кончиком пальца до элементов изображения на экране дисплея. С помощью программных средств на экране сенсорного дисплея могут формироваться любые нестандартные клавиатуры, отличные от физической клавиатуры компьютера. Благодаря перепрограммированию сенсорных зон на экране в соответствии с прикладной задачей, можно использовать сравнительно небольшой набор функциональных клавиш для задания практически неограниченного числа действий оператора [3,4,5].
При достаточной разрешающей способности сенсорного экрана пользователь может манипулировать элементами графических изображений на экране дисплея, реализуя задачи, предусмотренные прикладной программой, без использования манипуляторов (управляющие рукоятки, трек-болл, мышь).
Для современного этапа развития сенсорных экранов характерно использование различных физических принципов и технических средств для целей сенсорного ввода информации. К основным методам сенсорного ввода, получившим наибольшее развитие, относятся оптический, резистивно-мембранный, емкостной и акустический. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки; предпочтение тому или иному типу сенсорного устройства зависит от специфики применения и требуемых технических характеристик [1,6,7].
Уровень развития техники сенсорного экранного ввода за рубежом достаточно высок. Сенсорные экраны выпускаются применительно к различным типам дисплеев (ЭЛТ, ЖКИ, ЭЛИ, ГРИ) и для решения разных задач. Сенсорный экран может поставляться как дополнительное комплектующее изделие для конкретного дисплея или в виде интегрированного элемента дисплейного комплекса. В настоящее время сенсорные экраны выпускают такие известные фирмы как Micro Touch, Elo TouchSystems, AT&T, Diqitel Equipment, Carroll Touch Inc, Hewlett-Packard и многие другие.
Co времени появления первых образцов и организации промышленного производства сенсорных экранов они прошли несколько этапов в своем развитии. Начало 80-хх годов - это этап становление базовых конструкций, создание необходимых аппаратных и программных средств и подтверждение эффективности применения сенсорных экранов в различных областях. К началу 90-хх годов появились изделия второго поколения, для которых были характерны улучшенные технико-экономические показатели, высокая надежность и наличие программных средств, позволяющих использовать сенсорные экраны в разных операционных средах, в том числе и в
операционной системе Windows. Это не только обеспечило возможность использования существующего программного обеспечения, но и открыло доступ к компьютерным и информационным ресурсам в развлекательной, художественной и музыкальной областях.
Прогнозы зарубежных аналитиков, относящиеся к середине 80-хх годов [8], о том, что сенсорные экраны находятся на пороге широкого внедрения в аппаратуру массового применения, не оправдались. Основной причиной можно считать высокую стоимость сенсорных экранов, особенно высококачественных, которая составляла на рубеже 90-хх годов примерно половину стоимости среднего по качеству компьютера. Тем не менее, можно говорить о третьем этапе в развитии сенсорных экранов, который можно датировать началом текущего столетия. К этому времени достигнуты почти предельные технические параметры выпускаемых моделей сенсорных экранов, созданы специализированные микроконтроллеры сенсорных экранов, благодаря совершенствованию технологии изготовления и увеличения выпуска изделий начинается заметное снижение розничных цен.
На отечественном рынке сенсорные технологии практически появились к началу 2000 года. В основном это были сенсорные информационные киоски на базе зарубежной техники, предназначенные для установки на вокзалах, в гостиницах, музеях, банкоматах и т.п.
В нашей стране также ведутся работы в области создания сенсорных устройств ввода информации. В отечественной практике предпочтение отдается оптическим системам на ИК-лучах, в меньшей степени емкостным и резистивным системам. Известны отдельные разработки сенсорных многофункциональных клавиатур и экранов [4, 9-14]. Однако отечественные разработки в области сенсорного экранного ввода заметно отстают от зарубежного уровня. Одной из причин является отставание в развитии компьютерной техники. «Отверточная технология» не способствует разработке собственных периферийных изделий, к которым относятся сенсорные экраны.
Тем не менее, определенные успехи в этой области есть. Выше указывалось на создание отечественных экранных клавиатур на различных принципах действия. В СПбГЭТУ «ЛЭТИ» был разработан оптический сенсорный экран ИФК- 9004. На кафедре электронных приборов и устройств ГЭТУ в течение ряда лет проводились научно исследовательские работы в области емкостных координатно-чувствительных датчиков, предназначенных для построения функциональных клавиатур, манипуляторов и сенсорных экранов. Были разработаны аппаратно-программные средства датчиков, а также образцы устройств сенсорного управления и ввода информации. Была достигнута разрешающая способность 100 точек на кв.см., скорость отклика на тактильное воздействие оператора 50 мс, координатная ошибка до 5 % в активной области сенсорного экрана.
Эти результаты можно считать вполне приемлемыми для сенсорных функциональных клавиатур, но не достаточными для высокоточного графического интерфейса с сенсорным экраном.
Цель данной работы - экспериментально-теоретическое исследование и разработка емкостных координатно-чувствительных датчиков с улучшенными характеристиками для сенсорных устройств ввода информации и управления.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
исследование особенностей тактильного очувствления сенсорных панелей емкостного типа,
экспериментально-теоретический анализ факторов, влияющих на разрешающую способность и точность определения координат прикосновения,
исследование и разработка экспресс-методов контроля качества пленочных покрытий сенсорных панелей,
экспериментально-теоретическое исследование емкостных координатных датчиков и чувствительных элементов предэкранных сенсорных панелей.
Реализация этих задач определяет практическую ценность работы, которая заключается в следующем.
Разработка экспресс-метода контроля пленочных покрытий сенсорных панелей с помощью сканирующей системы, позволяющего на больших площадях определять распределение поверхностного сопротивления и нарушение стехиометрического состава слоя оксида олова (индия).
Разработка емкостных координатно-чувствительных датчиков с высокой чувствительностью, помехоустойчивостью, линейностью выходной характеристики и инвариантностью. На этой основе возможно построение емкостных сенсорных экранов, не уступающих по своим параметрам лучшим зарубежным аналогам.
Научная новизна работы можно характеризовать следующим образом:
Разработана оригинальная математическая модель, позволяющая проводить поиск оптимальной конфигурации электродных систем, обеспечивающей однородность электрического поля на поверхности предэкранной сенсорной панели.
Исследован и реализован оптический метод контроля качества пленочных покрытий окислов олова-индия с помощью сканера.
Разработан новый способ возбуждения предэкранной сенсорной панели, обеспечивающий существенное улучшение технических характеристик сенсорных устройств ввода и управления.
Научные положения, выносимые на защиту
- разностная картина оптического пропускания слоя SnCb, осажденного на стекле, в спектральных областях, соответствующих оптической
прозрачности и поглощению позволяет определить наличие включений при содержании последних в слое, превышающем 2% объема.
- Выравнивание потенциалов экранирующего слоя предэкранной сенсорной панели и управляющих электродов позволяет повысить чувствительность емкостного координатного датчика в 5...7 раз.
Емкостные сенсорные экраны
Акустические сенсорные экраны используют поверхностные акустические волны (ПАВ), распространяющиеся по стеклянной поверхности дисплея. ПАВ генерируются пьезоэлектрическими преобразователями, установленными вдоль вертикальной и горизонтальной границ экрана. Первые варианты таких систем строились по принципу оптических, где каждая из координат X и Y получалась с помощью двух преобразователей, по одному для передачи и приема. Сканирующее устройство поочередно включало передающие и принимающие преобразователи, расположенные друг против друга. Любой касающийся экрана объект отражает акустические волны, что создает четкий сигнал. Такая система обеспечивала хорошее отношение сигнал/шум, но, естественно, оказалась очень дорогостоящей из-за большого числа пьезоэлектрических преобразователей, [23].
На основе акустического подхода фирмой Zenith Electronics Corp. была разработана усовершенствованная конструкция сенсорной системы, в которой значительно уменьшено число преобразователей и повышена разрешающая способность [24, 25]. В этой акустической системе для формирования сигнала по координатам X и Y используются только две пары преобразователей. Пьезоэлектрические элементы, испускающие поверхностные акустические волны с частотой 4-5 МГц каждые 5 мс, размещаются в двух угловых точках экрана. ПАВ распространяются вдоль поверхности экрана, отражаются от акустических рефлекторов, имеющих форму полосок и размещаемых по краям экрана. Отражающие полоски расположены таким образом, что ПАВ от каждого преобразователя последовательно сканируют экран. Отраженные волны направляются рефлекторами попеременно назад и вперед, пока не достигнут приемных преобразователей - двух пьезоэлектрических детекторов, установленных в двух других углах экрана.
Схема сенсорного экрана на основе ПАВ представлена на рис. 1.4 Прикосновение пальца к экрану ослабляет звуковой луч и вызывает провал в амплитуде отраженной волны. Микропроцессор системы определяет время прихода провала в принятом сигнале и рассчитывает координаты точки касания. Акустический метод, как и оптический, практически не ухудшает видимость изображения на экране. Другим достоинством акустической системы является сравнительно высокая, по сравнению с оптической, разрешающая способность. Кроме того, ПАВ распространяются на искривленной поверхности стекла дисплея так же хорошо, как и на плоском. Поэтому в акустической системе не возникает проблемы параллакса. Уникальной способностью акустических сенсорных экранов является способность воспринимать давление пальца. Этот эффект, возможный только в системе на основе ПАВ, можно использовать для ввода по третьей координате Z. Такая возможность, основанная, с одной стороны, на естественной пластичности пальца, а с другой - на том, что прерывая поверхностную акустическую волну, палец поглощает энергию. Если давление пальца на экран возрастает, то одновременно увеличивается площадь его контакта с экраном и тем самым поглощается большая энергия ПАВ. где 1- передатчик сигнала, 2 - приемник сигнала, 3- панель, 4 - акустические рефлекторы, 5 - сигнал идущий от передатчика, 6- отраженный сигнал, 7-сигнал, идущий к приемнику.
Реализация координаты избыточного давления требует, естественно, дополнительной электроники, так как надо анализировать дополнительный импульс и сравнивать его с хранящимся в памяти акустическим откликом в отсутствие прикосновения.
Для реализации одной - двух ступени давления достаточно сравнительно простой электроники. В этом случае акустическая сенсорная система с четырьмя пьезоэлектрическими преобразователями, полосками недорогих отражателей и несложной электроникой будет экономичной. Увеличение ступеней давлений существенно удорожает систему за счет усложнения электроники и программного обеспечения.
Анализ методов нанесения оксидных пленок олова и индия
Одним из основных параметров сенсорной панели является ее поверхностное сопротивление, при этом качество сенсорного экрана в целом будет определяться однородностью поверхностного сопротивления сенсорной панели. Перед определением параметров нанесенного слоя на поверхность сенсорной панели необходимо рассмотреть существующие методы получения покрытий.
Процесс нанесения покрытия на поверхность сенсорной панели определяется как свойствами материала покрытия, так и спецификой протекания процессов формирования покрытия. Исходя из вышесказанного, все методы нанесения покрытий можно условно разделить на две группы: методы химического осаждения покрытий из парогазовой фазы. методы физического осаждения покрытий которые включают в себя методы получения тонких пленок распылением материалов ионной бомбардировкой и методы генерации потока осаждаемого вещества термическим испарением Метод химического осаждения покрытий из парогазовой фазы
Метод химического осаждения покрытий из парогазовой фазы основан на гетерогенных химических реакциях в парогазовой среде, окружающих сенсорную панель, в результате которых образуются покрытия. Исходными продуктами служат газообразные галогено-производные, при взаимодействии которых с другими составляющими смесей (водородом, аммиаком, окисью углерода и т.д.) образуется покрытие. Разложение происходит вследствие термической химической реакции при температурах порядка 1000 - 1100 С). Уравнения химических реакций процессов химического осаждения покрытий с образованием карбидов, нитридов и оксидов в общем виде имеют следующий вид: реакция образования карбидов: МеГ + Н2 + СпНт - МеС + НГ + Н2 (2.1) реакция образования нитридов: Mer + H2 + N2 - MeN + HT + H2 (2.2) реакция образования оксидов: МеГ + Н2 + С02 - МеОт + НГ + СО (2.3) где Me - металл; Г - галоген; m,n - целые числа. Для случая получения оксида олова формула (2) приобретает вид SnCU +С02 + 2Н2 - Sn02 + 4НС1 + СО (2.4)
Средняя скорость роста толщины покрытия варьируется в пределах 10-15 мкм/ч. Толщины покрытий, наносимых данным методом, составляют порядка Юмкм. существует ряд недостатков метода химического осаждения покрытий: сложность получения слоя на панели большой площади, невозможность создания однородного слоя, взрывоопасность и токсичность водорода, как газа-носителя, наличие большего количества компонентов, не вступивших в реакцию, относительная сложность технологического оборудования, внутреннее напряжение в слое покрытия.
Свойства и структура покрытия зависят от параметров газофазового осаждения. Наиболее существенную роль играет температура на границе раздела конденсата и подложки. От температуры зависят структура покрытия и прочность его адгезии с твердым подложкой.
На твердость, толщину, фазовый состав и структуру оказывает влияние концентрация реагентов газовой смеси, давление смеси и скорость ее подачи, исходная чистота компонентов смеси. Особенно вредно присутствие реагентов типа Ог, НгО, N2, которые приводят к повышению хрупкости покрытия и снижают прочность.
Ионное распыление - это метод вакуумного напыления, в котором осаждаемый атомарный поток получают в результате бомбардировки ускоренными ионами поверхности напыляемого материала с последующей инжекцией распыленных атомов в паровую фазу.
Характер взаимодействия бомбардирующих ионов с поверхностью твердого тела определяется их энергией. При энергиях меньших 3 эВ, взаимодействие ограничивается физически и химически адсорбированными слоями, вызывая их десорбцию и обуславливая протекание химических реакций. При кинетических энергиях, превышающих энергию связи атомов в кристаллической решетке, бомбардировка вызывает разрушение приповерхностного слоя и распыление атомов. Минимальная энергия ионов, приводящая к выбиванию атомов с поверхности, называется пороговой энергией распыления. Значение ее находится в интервале энергий от 10 до 25 эВ.
Процесс ионного распыления может быть охарактеризован коэффициентом распыления, который определяется как количество атомов, выбитых с бомбардируемой поверхности падающим ионом. При возрастании энергии бомбардирующих ионов свыше 100 эВ коэффициент распыления резко увеличивается и в области 5-Ю кэВ выходит на насыщение. Дальнейшее повышение кинетической энергии свыше 100 кэВ приводит к снижению распыления, вызванному радиационными эффектами и внедрениями ионов в кристаллическую решетку. Диапазон энергий бомбардирующих ионов, представляющих интерес при получении покрытий, находится в пределах от 300 до 5000 эВ. Распыление вызывается, в основном, передачей импульса энергии от бомбардирующей частицы атомам кристаллической решетки в результате серии последовательных столкновений.
Проблемы настройки емкостных сенсорных экранов
Емкостной сенсорный экран представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержащий чувствительную к прикосновению предэкранную панель, контроллер и программное обеспечение. Предэкранная панель представляет собой стекло с нанесенным на него покрытием двуокиси олова (БпОг), индия (1п203) или их смеси с поверхностным сопротивлением порядка сотен и более Ом на квадратный сантиметр. Обычно на сторону пластины, обращенную к экрану, наносится прозрачное низкоомное заземленное покрытие, выполняющее функции защитного электростатического экрана. И внутреннее и внешнее покрытия наносятся, как правило, методом магнетронного напыления.
Емкостная сенсорная панель размещается перед экраном дисплея. Удобней всего предэкранную панель совмещать с жидкокристаллическими, органическими, электролюминесцентными дисплеями или плоскими ЭЛТ дисплеями.
Контроллер сенсорного экрана предназначен для осуществления опроса предэкранной панели, фильтрации полученных данных и передачи на устройство обработки с соответствующими программными средствами. Основные функции, выполняемые контроллером, сводятся к следующим: Опрос состояния предэкранной панели; Первичная обработка информационных сигналов, исключение помех; Формирование данных для передачи в систему обработки; Выделение информативных данных; Определение касания по пороговым значениям сигналов; Интерполяция расчетных значений координат с помощью определенной математической модели для получения истинных значений координат прикосновения;
Довольно часто задачи расчета определенной координаты производятся не микроконтроллером, а драйвером устройства. Это наиболее эффективно в случае установки сенсорного экрана в комплекс, имеющий свободные вычислительные ресурсы. В таком случае контроллер будет производить только первичную обработку информационных сигналов (более подробно данный процесс описан в пункте 5.1).
Общую схему устройства можно представить следующим образом: На все 4 проводящие электрода расположенные по краям предэкранной панели, подается переменное напряжение с частотой в несколько сотен килогерц. Может быть использован как синусоидальный сигнал, так и сигнал в виде меандра. Входные операционные усилители сравнивают значение напряжения в цепи обратной связи и напряжение с генератора. Палец, касающийся сенсорной панели, можно представить как небольшой конденсатор. Чем ближе этот конденсатор будет к контактной группе, тем меньше будет сопротивление между электродом и пальцем, и больше разница на входе соответствующего операционного усилителя.
К основным параметрам сенсорного экрана можно отнести активную площадь, разрешение, координатную ошибку, скорость ввода и ряд других технических параметров. Разрешающая способность, как и координатная ошибка зависят от качества сенсорной панели, однако дефекты сенсорной панели могут быть частично компенсированы математической обработкой результатов измерений координат. Под дефектами панели понимаются неоднородности поверхностного сопротивления. Проще всего компенсировать глобальный дефект, т.е. дефект, на порядок и более превосходящий по размеру минимальный определяемый элемент. Для этого может быть использован метод сплайн аппроксимации [50, 51, 52]. Для компенсации небольших по площади дефектов, либо при наличии большого числа дефектов на панели, метод сглаживания, даже с использованием сплайн аппроксимации, становится не слишком надежным и ресурсоемким.
Для обоснования поставленной в работе задачи следует кратко рассмотреть последовательность создания и наладки сенсорного экрана: 1. Магнетронное напыление на стекло оксида олова. 2. Контроль качества покрытия. 3. Нанесение проводящих контактов по периметру панели. 4. Подключение панели к контроллеру и его настройка. 5. Калибровка и тестирование сенсорного экрана.
Тестирование сенсорного экрана, как готового изделия является простой и не слишком трудоемкой операцией благодаря наличию специальных тест-программ в составе программного обеспечения сенсорного экрана. При этом часто обнаруживаются дефекты покрытия сенсорной панели, не поддающиеся сглаживанию используемой математической моделью интерполяции координат.
Соответствие требованиям к математической модели
На данный момент существует довольно большой круг готовых решений для расчета распределения электрического поля. Условно все средства можно поделить на программы математического моделирования и программы, специализирующиеся на расчете поля.
Несомненным достоинством обоих типов этих программ является возможность использовать оболочку программы. В случае математического моделирования предоставляется готовый интерфейс для расчета и построения графических результатов. Для программы расчета поля характерна возможность работы с готовым шаблоном.
Основным недостатком существующих программ, с точки зрения поставленной задачи, является отсутствие оптимизации для решения задачи распределения поля в активной области сенсорной панели. Программы математического моделирования не позволяют определять типы данных и параметры операций, которые они выполняют, что приводит к невозможности контролировать необходимую точность вычислений и таким образом уменьшать объем расчетов. Более того, при использовании программ математического моделирования невозможно оперативно менять конфигурацию электродов, так как для сложных конфигураций электродов задача будет усложняться в соответствии со сложностью формы электрода.
Программы расчета поля позволяют оперативно менять конфигурации электродов, однако, из за особенностей моделей расчетов, не при всех конфигурациях электродов дают необходимую точность. Основным недостатком существующих программных решений является невозможность контролировать процесс расчета, что значительно осложняет процесс анализа результатов.
Отсутствие возможности без перенастройки параметров модели изменять конфигурацию электродов делает довольно сложным использование программ математического моделирования. С другой стороны специализированные программы расчета поля позволяют оценивать однородность полученного поля только косвенно. Все эти факторы определили необходимость создания собственной математической модели, которая должна обладать следующими особенностями: Возможность самостоятельно задавать конфигурацию электродов, Использование различных алгоритмов расчета, для ускорения процесса анализа различных конфигураций, Наличие механизмов анализа полученных результатов, Оптимизация расчетов с помощью анализа особенностей решаемой задачи, Создание системы хранения результатов.
Так как специализированные программы расчета не могут точно предугадать предъявляемых требований к результатам расчётов, то производят все операции с типами данных повышенной точности. Разработанная модель оптимизирована для работы с целочисленными данными, что дало выигрыш в производительности в 4 раза. Так как интересующей нас областью является активная область сенсорной панели, то можно значительно упростить алгоритмы расчета, допустив значительные погрешности вне активной области. Значительным плюсом разработанной модели является возможность графического представления картин распределения электрического поля и нелинейности полученной картины.
Модель расчета и ее графическая оболочка выполнены на языке программирования Java 1.5, ориентированном для запуска приложений на различных платформах. Это дало возможность динамически отлаживать приложение на одной архитектуре, а производить расчет на другой, более производительной.
Для отображения графического интерфейса используется библиотека SWING (JFC1.1), для проведения расчетов используются преимущественно целые числа. Исключение составляют операции вычисления параллельных сопротивлений между каждой точкой электрода и точкой панели.
Модель позволяет моделировать различные конфигурации электродов и отображать их графически. Для моделирования реальных ситуаций имеется возможность указать неравномерность напыленного слоя от центра к краям сенсорной панели. После этого оператор выбирает один из трех алгоритмов расчета и получает результат. После этого полученный результат отображается графически, при этом имеется возможность наложить на графическое отображение полученного распределения определенное количество эквипотенциальных линий или произвести автоматический анализ поля. Автоматический анализ графически отображает картину неоднородности поля и коэффициенты, определяющие линеаризацию поля.
