Modélisation de l'écran tactile

Comment modéliser un écran tactile ?

Avec ce sujet, nous avons vraiment voulu modéliser un écran tactile, mais ce n'est pas si facile !
Nous avons tout d'abord pensé nous baser sur ce schéma de la technologie capacitive :

Ce schéma résume en effet assez bien la technologie tactile capacitive : un champ électrique qui est modifié lorsque l'on touche la vitre. Nous voulions donc modéliser ce champ électrostatique par une grande quantité de petites billes aimentées qui s'entre-colleraient. Le doigt de l'utilisateur serait un aimant et les deux seraient séparés par un film plastique à la place de la plaque de verre. Cela modéliserait donc bien le schéma ci-dessus. Voici en bref notre première idée de montage :

Mais ce type de modélisation ne représente pas bien un écran tactile et ne répond pas correctement à la problématique.
Nous avons donc choisi d'utiliser le schéma suivant :

Nous avons donc pensé à faire un montage qui ressemblerait à ce schéma avec un générateur au milieu qui serait relié à 4 ampèremètres sur les côtés par des fils résistifs qui calculeraient une intensité. Ce qui nous aurait permis, grâce à la résistivité du fil reliant le générateur aux amprèmètres, de connaitre la longueur du fil et donc les coordonnées du générateur. Voici le deuxième montage qui était prevu :

Problème : Nous n'avions pas de fil assez résistif pour calculer une intensité différente de centimètre en centimètre et cela ne permet pas de bouger le générateur qui représente le doigt. Or, c'est là le principal but de cette modélisation.

Mais nous avons finalement trouvé LA solution : faire une solution. En effet, une solution de sulfate de cuivre est plus ou moins conductrice en fonction de sa concentration en sulfate de cuivre et donc elle peut donc remplacer les "fils résisitifs" très facilement. De plus, nous pourrions plonger des sondes en métal dans la solution qui seraient directement liées à un générateur et à des ampèremètres. Nous avons donc opté pour le montage suivant :

Explication : On remarque un circuit qui commence au générateur, passe par une sonde puis dans la solution de sulfate de cuivre, arrive à l'autre sonde et retourne au générateur. Bien sûr, le sulfate de cuivre étant résistif, l'intensité du courant diminue. La pince crocodile modélise notre doigt que nous pouvons déplacer à l'intérieur de la solution. Ainsi, l'intensité à l'ampèremètre varie en fonction de l'emplacement de la pince.

Et puis nous nous sommes dit : pourquoi ne pas le faire sur une feuille de papier ? En effet, nous avons imbibé une feuille de papier avec notre solution. Nous pouvons toujours modéliser l'écran tactile et en plus, l'impression de "plat" donné par l'écran tactile est représentée !




(Ces images sont ici celles de notre première expérience)




Expérience

Avant toute chose, nous avons vérifié que l'intensité à l'ampèremètre variait en fonction de la position de la pince crocodile.
Fort heureusement, plus nous nous éloignons de la première sonde en métal, plus l'intensité baisse. On peut donc dire que notre montage marche correctement

La courbe d'étalonnage

Mais comment connaitre la distance entre la sonde 1 et la pince grâce à une tension ? Pour savoir cela, nous avons établi une courbe d'étalonnage en prenant les intensités pour chaque centimètre. On obtient ce tableau :

Distance Tension
0 cm 6 V
1 cm 5.6 V
2 cm 5.1 V
3 cm 4.7 V
4 cm 4.4 V
5 cm 4.1 V
6 cm 3.8 V
7 cm 3.5 V
8 cm 3.2 V
9 cm 2.9 V
10 cm 2.6 V
11 cm 2.3 V
12 cm 1.8 V
13 cm 1.0 V
14 cm 0.1 V

Voici quelques photos de nos calculs :

Ce qui nous donne la courbe suivante à laquelle on peut donner l'équation y = -4x/15 + 5.8
Bien sûr, nous ne prenons pas en compte les dernières et le premières valeurs...

Application

Enfin, grâce aux calculs pour connaitre les coordonnées et afin de calculer les coordonnées d'un point quelconque, nous allons calculer l'intensité du courant pour ce point dans tous les coins de la feuille "tactile".





Voici les resultats de nos experiences : 2.99 V à gauche et 2.45 V à droite.





Calculons maintenant les coordonnées du doigt (cliquez sur ce texte ou sur le bouton "suivant" ci-dessous)