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Textaufgaben: Touchscreen

Aus Gittermesswerten einen Berührpunkt berechnen und für ein Info-Terminal im Freien die passende Touch-Bauweise abwägen.

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Ein Tipp auf die Bildschirmtastatur

AFB I–II

Aylin tippt auf ihrem Smartphone eine Nachricht. Beim Antippen des Buchstabens „k“ meldet das kapazitive Elektrodengitter in der betroffenen Zeile die Werte aus der Abbildung. Die senkrechten Leiterbahnen liegen 5 mm auseinander.

Messwerte einer Zeile beim Antippen
02040605630760810910Spalte (Bahnabstand 5 mm)Messwert
Nur die Spalten 5 bis 10 sind dargestellt; alle übrigen Spalten melden 0.
  1. Beschreiben Sie, wie der Controller eines kapazitiven Touchscreens die dargestellten Messwerte gewinnt.
  2. Weisen Sie nach, dass der berechnete Berührpunkt 1 mm links von Spalte 8 liegt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Beginne beim Finger: Was verändert er am elektrischen Feld? Und wie fragt der Controller das Gitter ab?
Hinweis zu Aufgabe b)
Nutze den gewichteten Mittelwert: Jede Spalte zählt so stark, wie ihr Messwert groß ist. Rechne das Ergebnis danach mit dem Bahnabstand in Millimeter um.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Unter dem Deckglas liegt ein durchsichtiges Gitter aus senkrechten und waagerechten Leiterbahnen mit einem schwachen elektrischen Feld. Der leitende Finger zieht an seiner Position etwas Ladung ab; das Signal an den Kreuzungen in seiner Nähe wird schwächer. Der Controller fragt jede Kreuzung einzeln ab (60- bis 240-mal pro Sekunde) und erhält so für jede Kreuzung einen Messwert — je näher der Finger, desto größer der Wert. Daraus entsteht eine Landkarte der Berührung, von der die Abbildung eine Zeile zeigt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Gewichteter Mittelwert: \(\dfrac{7\cdot30+8\cdot60+9\cdot10}{30+60+10}=\dfrac{210+480+90}{100}=7{,}8\). Der Punkt liegt also bei Spalte 7,8, das sind 0,2 Bahnabstände links von Spalte 8: \(0{,}2\cdot5\text{ mm}=1\text{ mm}\). Damit ist nachgewiesen, dass der Berührpunkt 1 mm links von Spalte 8 liegt.

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Ein Info-Terminal an der Skipiste

AFB II–III

Ein Skigebiet stellt an der Talstation ein Info-Terminal mit Pistenplan auf. Es steht im Freien, wird von Gästen mit Skihandschuhen bedient, und oft liegen Schnee oder Schmelzwasser auf dem Glas. Auf der Pistenkarte soll man — wie vom Handy gewohnt — mit zwei Fingern hineinzoomen können.

Ein Testgerät mit kapazitivem Touchscreen wird für eine Woche aufgestellt. Das Protokoll hält fest: An sonnigen Tagen funktioniert es tadellos, sofern die Gäste die Handschuhe ausziehen. Bei Schneefall springt die Anzeige immer wieder von allein auf andere Pistenabschnitte. Ein zweiter Anbieter bietet ein resistives Gerät an.

  1. Deuten Sie die Beobachtung, dass das Testgerät bei Schneefall von allein Eingaben auslöst.
  2. Begründen Sie, warum das Zoomen mit zwei Fingern auf dem resistiven Gerät nicht funktionieren würde.
  3. Diskutieren Sie, welche der beiden Bauweisen das Skigebiet für das Terminal wählen sollte.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Was misst ein kapazitiver Touchscreen eigentlich — Druck oder Leitfähigkeit? Und was passiert mit Schnee auf einer Glasscheibe?
Hinweis zu Aufgabe b)
Überlege, wo beim resistiven Aufbau Strom fließt, wenn die Folien an zwei Stellen gleichzeitig zusammengedrückt werden.
Hinweis zu Aufgabe c)
Sammle Argumente für beide Bauweisen (Handschuhe, Nässe, Zoom-Geste, Helligkeit im Freien) und wäge sie gegeneinander ab. Auch ein Kompromiss ist möglich, wenn er begründet wird.Diskutieren heißt: Pro- und Contra-Argumente gegenüberstellen und zu einem begründeten Ergebnis kommen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ein kapazitiver Touchscreen reagiert nicht auf Druck, sondern auf Leitfähigkeit. Schnee schmilzt auf der Scheibe zu Wasser, und Wasser leitet. Für das Elektrodengitter sieht ein Tropfen oder eine Wasserfläche aus wie eine breite, flache Berührung: Die Feldänderung wird als Finger gedeutet, der Controller meldet Koordinaten — die Anzeige springt, obwohl niemand das Gerät berührt. Das Gerät ist nicht defekt, es misst genau das, wofür es gebaut ist.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beim resistiven Touchscreen liegen zwei leitfähige Folien übereinander; aus den Spannungswerten am Rand wird ein Berührpunkt berechnet. Drücken zwei Finger gleichzeitig, fließt der Strom über beide Stellen, und gemeldet wird ein einziger, falscher Punkt irgendwo dazwischen. Da es keine zwei getrennten Punkte gibt, kann das Betriebssystem auch keine Geste „zwei Punkte entfernen sich“ erkennen — Zoomen mit zwei Fingern ist unmöglich.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Für resistiv: Bedienung mit Skihandschuhen möglich, weil Druck reicht; Wasser und Schnee lösen keine Eingaben aus, weil kein Druck entsteht. Gegen resistiv: nur ein Berührpunkt, also kein Zwei-Finger-Zoom; die Folien schlucken etwas Helligkeit, was im hellen Schnee-Umfeld stört. Für kapazitiv: Multitouch und Zoom-Geste wie am Handy, glasklares, helles Bild. Gegen kapazitiv: Mit normalen Skihandschuhen nicht bedienbar; Nässe führt zu Fehleingaben. Mögliches Ergebnis: resistives Terminal, weil Handschuh- und Wettertauglichkeit im Freien wichtiger sind — der Zoom wird durch Plus-/Minus-Schaltflächen ersetzt. Ebenso vertretbar: kapazitiv mit Überdachung, wenn begründet wird, wie Nässe und Handschuhe gelöst werden. Vollständig ist die Antwort, wenn Argumente beider Seiten fachlich begründet abgewogen und eine klare Empfehlung gegeben wird.