Magazin GPS- und Managementsysteme

Projected Capacitive Touch Screen :

Smartphone-Technologie in der Landtechnik

Hell und robust: Display und Touchscreen für ein neues Bedien-Erlebnis

Projected Capacitive Touch Screen: Smartphone-Technologie in der Landtechnik

Bedienterminals von Traktoren und Erntemaschinen müssen in wenig „elektronikfreundlicher“ Umgebung robust sein und zuverlässig funktionieren.

Der Aufbau eines PCAP-Systems.

Der Aufbau eines PCAP-Systems.

Vor zehn Jahren hat Apple mit dem ersten iPhone einen Meilenstein gesetzt. Die Eigenschaften der neuartigen Touchscreen-Technologie „Projected Capacitive Touch Screen“ – kurz PCAP genannt – in Verbindung mit einem brillanten Display bestimmen seitdem den Stand der Technik. Warum sollte diese nicht auch im Bereich der Landtechnik einsetzbar sein? Die Firma HY-LINE Computer Components hat sich zur Aufgabe gemacht, nicht nur PCAP-Komponenten, sondern funktionsfähige Lösungen zu entwickeln, die in der Serie sicher funktionieren.

Die Elektronik hat auch im Landmaschinensektor massiv Einzug gehalten. Immer mehr Funktionen müssen an immer komplexeren Maschinen und Anbaugeräten gesteuert werden. Längst sind Bedienterminals, die über einen Bus mit den Komponenten der Maschine kommunizieren, verbreitet. Zuverlässigkeit und Robustheit stehen an oberster Stelle, denn die Umgebung ist nicht sehr „elektronikfreundlich“: Staub, Vibrationen und Temperaturen machen der Elektronik zu schaffen. Dann sind noch die Ansprüche, die der Bediener stellt: Auch wenn die Sonne direkt auf das Display scheint, soll es ablesbar sein, und die Bedienung soll mit dem Lederhandschuh möglich sein.

Mit der PCAP-Technologie, die aus dem Smartphone bekannt ist, können diese Anforderungen erfüllt werden. Natürlich sind an ein Landtechnik-Terminal andere Ansprüche zu stellen, die Technologie bleibt jedoch die gleiche. Nehmen wir also in Gedanken unser Smartphone auseinander und analysieren, was darin steckt. Hinter der Glasoberfläche befindet sich eine PCAP-Sensorfläche und darunter das Display, auf dem eine moderne Benutzeroberfläche für die Kommunikation mit dem Anwender sorgt.

Wie funktioniert PCAP?

Die PCAP-Technologie bringt neue Freiheitsgrade: Das gesamte Bedienkonzept eines Geräts ändert sich, da es durch Software bestimmt werden kann. Klicken, wischen, zoomen – die Erwartungshaltung des Anwenders ist von der Erfahrung mit dem Smartphone geprägt. Bei der PCAP-Technologie sind Sensor und Deckglas voneinander getrennt und können unabhängig gestaltet werden. So kann die gesamte Gerätefront mit weiteren Bedienelementen in Glas ausgeführt und das Display mit Sensor zentral angeordnet sein.

Deckglas

Das Deckglas und seine Gestaltung rücken in den Blickpunkt. Im Siebdruckverfahren können verschiedene Hintergrundfarben, sowie Firmenlogo und Beschriftungen aufgebracht werden. Auf der Rückseite des Glases sind sie vor Einflüssen wie Kratzern und Flüssigkeiten sicher. Das Glas ist durchlässig für Funksignale, so dass Antennen für Bluetooth oder Wi-Fi dahinter unsichtbar angeordnet werden können. Die Oberfläche des Glases kann optisch veredelt werden, um störende Reflektionen des Umgebungslichts auf ein Minimum zu reduzieren. Ein weiterer Aspekt ist die Haptik: Der Finger des Bedieners gleitet gerne auf einer angerauten Oberfläche: Man mache sich den Unterschied zwischen der Oberfläche einer Fensterscheibe und eines Mauspads bewusst.

Deckglas mit COF-Controller.

Deckglas mit COF-Controller.

Touch-Controller

Hinter dem Deckglas, oberhalb des Displays, befindet sich der Touch-Sensor. In ihn sind Elektroden integriert, die die Berührung des Deckglases durch den Finger registrieren. Ein Touch-Controller, der entweder auf einer separaten Controller-Leiterplatte oder als Chip-On-Flex aufgebaut ist, wertet Änderungen in den Kapazitäten der Elektroden aus und rechnet sie in Koordinaten um. Störsignale werden erkannt und ausgeblendet. Dadurch werden gleichzeitig hohe Empfindlichkeit, entsprechend leichter Berührung, ermöglicht und selbständige Auslösungen durch Störsignale verhindert.

Da die im Sensor auszuwertenden Kapazitätsänderungen nur sehr klein sind, ist das System empfindlich auf äußere Einflüsse, die von elektrischen Feldern ausgehen. Bereits bei der Integration, also dem Einbau von Display, Sensor und Frontglas in das Gerätegehäuse, müssen bestimmte Regeln berücksichtigt werden, um die Auswertung über die gesamte Oberfläche gleichmäßig zu ermöglichen. Hilfestellung erhält der Entwickler im Workshop „PCAP und Glas“, den die Firma HY-LINE regelmäßig in verschiedenen Städten veranstaltet.

Kalibrierung

Im HY-LINE-Labor wird die Controller-Firmware erstellt und parametriert, z.B. die Zahl der gleichzeitigen Berührungen (von einem Finger bis hin zu über zehn), die Dicke des Frontglases und ob eine Bedienung mit Handschuhen gewünscht wird. Beim Einsatz im Freien kann die Unterdrückung von Touch-Ereignissen, die durch stehendes oder fließendes Wasser ausgelöst werden, oder eine Erkennung und Unterdrückung des aufgelegten Handballens gefordert sein. Das fertige, abgestimmte PCAP-System arbeitet ohne weiteren Abgleich und langfristig stabil in der Serienproduktion.

Einsatz von PCAP-Technologie für Maschinen der Landtechnik

Aktuelle Steuergeräte müssen eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen: Sie nehmen Kommandos über Busse wie CAN oder Verbindungen über Bluetooth oder LTE entgegen, geben Steuersignale für Motoren und Hydraulikzylinder aus, fragen Umweltbedingungen ab und werten sie aus. Dabei sollen sie noch sicher und angenehm zu bedienen sowie robust und staubresistent sein. Ein PCAP-Touchscreen mit einem hellen Display erfüllt diese Anforderungen. Der Kunde interessiert sich für die Funktion, die das Gerät erfüllt und nicht so sehr für dessen technische Spezifikation. Mit einem aktuellen Betriebssystem lässt sich eine intuitiv bedienbare Benutzeroberfläche darstellen. Die Oberfläche aus Glas steht für Innovation und Langlebigkeit, das Gerät ist widerstandsfähig gegenüber den Einflüssen des Alltagsbetriebs.

Ein großes Thema ist die Ablesbarkeit unter direktem Sonnenlicht. Die Spezialisten empfehlen hier ein helles Display mit hohem Kontrast einzusetzen, und den Luftraum zwischen Display und Frontglas durch Optical Bonding zu füllen. Damit erreicht man nicht nur eine optimale Anpassung an den Brechungsindex, die für verringerte Reflektionen sorgt, sondern auch für eine erhöhte mechanische Stabilität. Darüber hinaus ist der Raum zwischen Display und Frontglas auch gegenüber Feuchtigkeit abgedichtet, die sonst durch Kondensation und Kapillarwirkung eindringen kann.

Fazit

Projiziert-kapazitive Touchsysteme bieten mit passenden Displays Vorteile gegenüber bisherigen Lösungen, wie angenehme Bedienbarkeit, tadellose Optik, Resistenz gegenüber vielen Umwelteinflüssen und Kompatibilität zu zeitgemäßen Bedieneroberflächen. Die individuelle Gestaltung der Glasoberfläche ermöglicht Freiheit im Design und eine Anpassung an mechanische und optische Anforderungen. Durch das Fine Tuning sind die Systeme langzeitig stabil und arbeiten zuverlässig. Viele Merkmale, wie z.B. die Anzahl der gleichzeitig erkennbaren Touchereignisse oder Unterdrückung unerwünschter Auslösungen sind durch die individuelle Parametrierung der Firmware des Touchcontrollers realisierbar.

Was ist PCAP-Technologie?

Bei PCAP (Projected Capacitive Touch Screen) wird durch Berührung der Oberfläche ausgelöste Änderung eines schwachen elektrischen Felds von einer Elektronik ausgewertet. Position und Zahl der erkannten Änderungen werden als Berührpunkte an den Rechner weiter gegeben, der dann entsprechende Aktionen, z.B. eine geänderte Darstellung auf dem Display und Schaltvorgänge, auslöst.

Weiterführende Informationen:
PCAP-Technologie https://www.hy-line.de/produkte/cat122/pcap/

Rudolf Sosnowsky
Der Autor ist Leiter Technik bei HY-LINE Computer Components Vertriebs GmbH in Unterhaching,
Telefon (0 89) 61 45 03 40, r-sosnowsky@hy-line.de


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