wersja mobilna | kontakt z nami

Klawiatury i przyciski do urządzeń elektronicznych

Numer: Lipiec/2015

W ostatnich latach rynek klawiatur stał się znacznie trudniejszy. Coraz tańsze, wygodne w użytku i postrzegane jako oznaka nowoczesności urządzenia ekrany i panele dotykowe zastąpiły klawiatury w bardzo wielu zastosowaniach. Czy w takim razie jest jeszcze sens stosowania klawiatur i przycisków mechanicznych? Jak w tej sytuacji radzą sobie producenci i dostawcy tych komponentów? Na te pytania odpowiadamy w tym artykule.

Pobierz PDF

Moda na ekrany dotykowe nie jest nieuzasadniona. Są one korzystnym rozwiązaniem zarówno dla klientów, jak i producentów. Nie tylko atrakcyjnie wyglądają, pozwalają wykonywać gesty, a także umożliwiają zmniejszenie wymiarów całego urządzenia poprzez zintegrowanie wyświetlacza i klawiatury (wirtualnej) w jednym elemencie.

Rysunek 1. Przykład membranowej klawiatury numerycznej

Fotografia 2. Elewacja klawiatury membranowej z wycięciami na elementy świecące

Są też łatwe w czyszczeniu, bywają odporne na wiele trudnych warunków środowiskowych, a ponadto umożliwiają łatwą modyfikację sposobu obsługi urządzenia poprzez aktualizację firmware. Jednakże jest wiele sytuacji, w których stosowanie ekranu dotykowego mija się z celem, lub zwyczajnie nie jest dobrym rozwiązaniem.

Klawiatury membranowe

Ekran dotykowy dobrze się sprawdza tam, gdzie bardzo ważne jest zmniejszenie wymiarów urządzenia, a wielkość zastosowanego wyświetlacza i jego rozdzielczość mają duży wpływ na odbiór danego produktu przez klientów. Trzeba jednak pamiętać, że taka sytuacja nie zawsze ma miejsce.

Przykładem są urządzenia, których docelowa cena nie pozwala na wbudowanie dużego, kolorowego wyświetlacza graficznego, a jedynie np. zestaw sygnalizacyjnych diod LED lub alfanumeryczną matrycę LCD. Wtedy dobrym i niedrogim sposobem na uatrakcyjnienie urządzenia jest wbudowanie klawiatury membranowej (foliowej), zaprojektowanej specjalnie z myślą o danym produkcie.

Fotografia 3. Duża klawiatura wandaloodporna

Fotografia 4. Odporna klawiatura, przeznaczona do łatwego czyszczenia

Klawiatury membranowe, jeśli są dobrze zaprojektowane i wykonane, mogą stanowić atrakcyjną wizytówkę producenta i przyczynić się do sukcesu rynkowego urządzenia. Co więcej, chronią układy elektroniczne wewnątrz obudowy przed wpływem czynników zewnętrznych, umożliwiając uzyskanie stopnia ochronności na poziomie IP68, o ile reszta obudowy również spełnia wymagania szczelności.

Klawiatury tego typu wykonywane są z kilku warstw folii poliestrowych, połączonych ze sobą foliami samoprzylepnymi. Warstwy te zawierają nadrukowane ścieżki, których układ można swobodnie dopasować do potrzeb klienta.

Wierzchnia warstwa jest nadrukowana kolorowo - najczęściej tampodrukiem, przy czym może zawierać obszary przezroczyste. Te mają znaczenie ze względu na możliwość umieszczenia elementów świecących na poniższych warstwach, które będą sygnalizowały stan pracy urządzenia. Co ważne, można je obsługiwać nawet w grubych rękawicach, co w przypadku większości ekranów dotykowych jest niemożliwe.

O ile klawiatury foliowe nie sprawdzają się zbyt dobrze w sytuacjach, gdy konieczne jest szybkie wprowadzanie wielu znaków przez dłuższy czas, w pozostałych przypadkach bywają bardzo dobrym rozwiązaniem.

Istotna jest ich wysoka odporność na różne warunki środowiskowe i substancje chemiczne. Choć zależy to od jakości zastosowanych materiałów, powszechnie wykonywane są klawiatury odporne nie tylko na zalanie napojami, sokami, a nawet octem i krwią.

Są też niewrażliwe na większość stosowanych powszechnie detergentów, co umożliwia ich bardzo łatwe czyszczenie. Producenci klawiatur deklarują też ich odporność na różne specyficzne substancje chemiczne, wykorzystywane np. w procesach technologicznych, takie jak: aceton, benzyna, chlorek potasu, cykloheksanon, dwuchlorometan, etylobutyloglikol, izopropylen, ksylen, kwas solny, metyloetyloketon, octan etylu, toluen i wodorotlenek sodowy.

Klawiatury membranowe mogą też pracować w szerokim zakresie temperatury. W praktyce są znacznie bardziej odporne na skrajną, ujemną temperaturę niż wyświetlacze i w konsekwencji powiązane z nimi ekrany dotykowe. Te ostatnie są czasem wyposażane w odpowiednie podgrzewacze, które sprawiają, że ciekłe kryształy zachowują swoją ruchliwość, ale jest to rozwiązanie, które istotnie zwiększa koszt i złożoność całej instalacji. Tymczasem zastosowanie klawiatury foliowej pozwala w niedrogi sposób uniknąć tego problemu.

Fotografia 5. Typowy przycisk wandaloodporny

Fotografia 6. Przycisk wandaloodporny z podświetleniem

Jest jednak zastosowanie, do którego trudno polecać klawiatury membranowe. Dotyczy to sytuacji, gdy konieczne jest uzyskanie wandaloodpornego wykonania interfejsu projektowanego urządzenia. O ile fole są łatwe w czyszczeniu i bardzo dobrze znoszą uderzenia twardymi, płaskimi przedmiotami, łatwo je zarysować czy nawet naciąć obiektami ostrymi.

Dlatego też mają rację bytu przede wszystkim tam, gdzie użytkownicy są świadomi wartości sprzętu i nie ma ryzyka, że będą chcieli go zniszczyć. Dlatego klawiatury membranowe są chętnie stosowane np. w sprzęcie do fitnessu, urządzeniach medycznych i sprzęcie profesjonalnym.

Kluczowa jest też ich łatwość czyszczenia oraz fakt, że w przeciwieństwie do ekranów dotykowych, jeśli są obsługiwane brudnymi palcami, pozostawione na nich ślady nie wpływają na czytelność interfejsu. Jeśli jednak konieczne jest stworzenie wandaloodpornego interfejsu, lepiej sięgnąć po innego rodzaju klawisze i przyciski mechaniczne, o odpowiednim stopniu odporności zarówno na uderzenia, ale i na zarysowania.

Klawiatury i przyciski wandaloodporne

W ostatnim czasie silnie rozwija się grupa klawiatur i przycisków wandaloodpornych. Ich rozwój wynika po części ze wspomnianej na wstępie popularności ekranów dotykowych. Te dosyć dobrze sprawdzają się w klasycznych zastosowaniach, zastępując wiele innych rodzajów interfejsów mechanicznych, ale nie są aż tak odporne, by zapewnić niewrażliwość na różnego rodzaju silne udary.

Co prawda, wiele zależy od rodzaju ekranu dotykowego. W przypadku interfejsów rezystancyjnych, są one bardzo podatne na wszelkiego rodzaju zarysowania i w praktyce w ogóle szybko się niszczą. W przypadku ekranów pojemnościowych, warstwa szkła chroniąca wyświetlacz może być hartowana i odpowiednio gruba, by zniwelować skutki wszelkich uderzeń, ale jest to zazwyczaj rozwiązanie kosztowne, ciężkie i wymagające zastosowania wysoce czułych kontrolerów.

Fotografia 7. Nietypowy przycisk wandaloodporny

Fotografia 8. Różne przyciski miniaturowe

Z powyższych względów, producenci przycisków mechanicznych skoncentrowali się właśnie na rozwijaniu wandaloodpornych serii swoich produktów, tworząc tym samym klawisze i klawiatury znajdujące zastosowanie tam, gdzie użycie ekranów dotykowych nie jest możliwe. Przyciski tego typu mają najczęściej metalowe obudowy.

Bywa też, że są oferowane w postaci kompletnych modułów, zawierających np. klawiaturę alfanumeryczną lub numeryczną i metalowy trackball, który umożliwia poruszanie kursorem po ekranie. Trzeba jednak mieć na uwadze, że takie rozwiązania są dosyć kosztowne i w przypadku pełnych klawiatur ich ceny rzadko schodzą poniżej 1000 zł, a jeśli potrzebna jest klawiatura wandaloodporna, faktycznie wygodna w użytkowaniu, jej koszt może przekroczyć 2000 zł.

Naturalnie możliwe jest też nabycie pojedynczych przycisków w wykonaniach wandaloodpornych. Mogą to być zarówno elementy całkowicie metalowe, jak i z podświetleniem, które jednocześnie sygnalizują stan urządzenia lub samego przycisku.

Parametry przycisków

Kolejnym przykładem sytuacji, gdy ekran dotykowy nie znajduje zastosowanie są te, w których rozbudowana klawiatura wcale nie jest potrzebna. Wtedy to wystarczą pojedyncze przyciski o odpowiednich parametrach. Tych jest wiele. Przycisk lub przełącznik może być monostabilny lub bistabilny, jedno- lub wielopolowy, z podświetleniem lub bez, jednoukładowy lub modułowy i nisko- lub wysokonapięciowy.

Ponadto mogą się różnić rodzajem zastosowanego popychacza. Producenci oferują przełączniki tablicowe, przyciskane, mikroprzełączniki, kolebkowe, dźwigniowe, dip-switch, joysticki, przełączniki krzywkowe, obrotowe, suwakowe, stacyjki, zamki, zadajniki kodu i w końcu przełączniki nożne. Konkretny przełącznik może mieć kombinację wymienionych cech i jest duża szansa, że do projektowanej aplikacji da się dobrać niemalże idealny przycisk.

Co ciekawe, w dziedzinie przycisków mechanicznych również nastąpił pewien postęp w ostatnich latach. Wytwórcom udało się uzyskać takie połączenie materiałów, które pozwoliło na miniaturyzację przycisków, bez utraty ich wytrzymałości ani dobrych parametrów elektrycznych.

Fotografia 9. Przykładowy, samodzielny przycisk z podświetleniem

Rysunek 10. Elementy składowe klawiatury foliowej a) spodnia warstwa samoprzylepna, b) z naklejoną warstwą ścieżek zasilających naklejone diody świecące LED, c) z naklejoną przekładką i następną warstwą ścieżek stanowiących podłączenie przycisków, d) z przyklejoną przekładką i zamontowanymi blaszkami stykowymi, e) kompletna klawiatura z naklejoną elewacją frontową i włożonymi wsuwkami z opisami diod LED.

Jest to możliwe dzięki zastosowaniu odpowiednich stopów metali oraz domieszek w materiałach, które pozytywnie wpływają na parametry przełączników. Nowoczesne przyciski nie tylko atrakcyjnie wyglądają, ale pomimo małych wymiarów mogą przewodzić duży prąd, cechują się wysokim stopniem izolacji i dużą liczbą cykli pracy, które mogą wytrzymać.

Warte oddzielnego wspomnienia są przyciski niemechaniczne, ale pojemnościowe, których trwałość jest niezwykle duża ze względu na brak elementów ruchomych. Przyciski te, tak jak pojemnościowe ekrany dotykowe, aktywują się, gdy użytkownik zbliży do nich dłoń. Nie musi ich nawet dotknąć, co sprawia, że są higieniczne i na dodatek można je umieścić w niezwykle odpornej obudowie. W końcu - nie zużywają się.

Akcesoria

Niektórzy dostawcy mają w swoich ofertach także dodatkowe akcesoria, które pozwalają zabezpieczyć przyciski lub rozbudować ich możliwości. Przykładem mogą być gumowe ochraniacze uszczelniające, plastikowe osłonki itp. Cześć producentów oferuje też modułowe systemy przycisków, które choć nie są kompatybilne z innymi markami, umożliwiają tworzenie atrakcyjnie wyglądających zestawów przycisków, czy to przełączanych niezależnie, czy też zwierających szereg styków za jednym ruchem ręki. Cieszą się one przede wszystkim w przemyśle, tak jak i wiele innych akcesoriów do przycisków.

Marcin Karbowniczek, EP

Pozostałe artykuły

Układy scalone do oświetlenia LED

Numer: Grudzień/2015

Aplikacje diod LED są tak popularne, że jeśli nawet obiecamy sobie, iż nie będziemy się nimi zajmowali, to wcześniej czy później i tak przyjdzie zmierzyć się z tematem zasilania diody LED przeznaczonej do innych celów, niż do sygnalizowania stanu mikrokontrolera czy aplikacji. Przyznam się, że pewnego razu i mnie udało się wpaść w "pułapkę sygnalizacyjną" (używając LED do sygnalizacji nie trzeba zbytnio przejmować ...

Zasilanie diod LED. Układy scalone do zasilaczy diod LED

Numer: Listopad/2016

LEDy można już spotkać niemal we wszystkich aplikacjach oświetleniowych. Sygnalizują stan urządzeń, mrugają w zabawkach, oświetlają pomieszczenia, ulice, drogę przed pojazdami i znajdują wiele innych, niewymienionych zastosowań. I chociaż zapewne niewielu konstruktorów będzie miało możliwość opracowania źródła światła, które będzie stosowane masowo, to na pewno większość w swojej karierze będzie musiała zmierzyć się ...

Najnowsze układy MEMS

Numer: Październik/2015

Choć MEMSy i związane z nimi technologie kojarzą się z produktami przyszłości, w rzeczywistości miały już swój okres świetności, który minął kilka lat temu. Później nastąpiło spowolnienie na rynku układów mikro-elektro-mechanicznych, ale wszystko wskazuje na to, że prawdziwa MEMSowa rewolucja dopiero się zaczyna. Wraz z rozwojem technologii mikroprocesorowej powstała cała klasa nowych urządzeń, w których układy MEMSy ...

Sklepy internetowe dla elektroników

Numer: Październik/2016

Handel elektroniką, tak jak i innymi towarami, coraz bardziej przenosi się do Internetu. Trend ten jest o tyle silny, że inżynierowie i tak spędzają czas swojej pracy w dużej mierze przy komputerze, więc możliwość zakupu podzespołów czy sprzętu, bez odchodzenia od biurka wydaje się wygodna. Który jednak sklep wybrać, skoro coraz większa liczba dostawców wprowadza tę metodę sprzedaży? W niniejszym artykule udzielamy odpowiedzi ...

Układy scalone sekwencerów zasilania

Numer: Wrzesień/2016

Zwykle w urządzeniach zasilanych pojedynczym napięciem wystarczy zadbać o wydajność źródła zasilania oraz jedynie zmierzyć jego wartość za pomocą np. komparatora po to, aby powyżej pewnego progu gwarantującego poprawne działanie urządzenia włączyć przekaźniki wyjściowe wzmacniacza m.cz. lub uruchomić układ procesorowy. Trudniej, jeśli układ scalony, taki jak procesory DSP, pamięć, FPGA, mikroprocesor lub inny wymaga zasilania ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym