كيف تعمل شاشة اللمس في جوال الآي فون iPhone

**أحمد فرحات** · 01-13-2011 06:22 AM

كيف تعمل شاشة اللمس في جوال الآي فون iPhone

منذ فترة وجيزة حصلت على جهاز جوال لا يحتوى إلا على ثلاثة أزرار فقط، وشاشة كبيرة تستجيب لنقرات خفيفة بواسطة أصابع اليد، لترد على المكالمات وتشغل ملفات الصوت والفيديو وتستعرض الصور وتشغل الكاميرا وتلتقط الصور بمجرد لمسات خفيفة على شاشته. إضافة إلى ذلك تصفح مواقع النت والتجول في صفحاته بتحريك أصبعك على الشاشة لتظهر باقي أجزاء الصفحة. هذه التقنية خلفها فكرة فيزيائية أحببت ان تشاركوني معرفتها من خلال شرح شاشة اللمس في جهاز الجوال العصري الآي فون iPhone.
في هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نوضح كيف تعمل شاشة لمس جهاز الآي فون iPhone وكيف تستجيب الدوائر الالكترونية للجهاز للنقرات الخفيفة من أصبعك على شاشته.
في مطلع العام 2007 عرض ستيف جوبز جهاز الآي فون iPhone من إنتاج شركة ابل في معرض اكسبو. بدا الهاتف أول الأمر كأنه صندوق مستطيل لا يحتوي على أزرار. ولكن بمجرد ان بدء ستيف عرضه للجوال ولمس شاشة الآي فون وإذا بها تتحول إلى شاشة تفاعلية فيها العديد من الوظائف التي تفعل بمجرد لمسها على الشاشة هذا بالإضافة إلى ظهور مؤشر على شاشة الآي فون يتحرك مع حركة الأصبع على الشاشة كما لو كان يتحكم به بواسطة ماوس. هذا العرض بدا لبعض الحضور شيء غير عادي فهذه أول تجربة كانت لهم لتفاعل أصبع الإنسان مع شاشة الجهاز مباشرة، وقد أدهشتهم هذه الفكرة أكثر من مزايا الآي فون نفسه.
لقد احتوى الآي فون على مزايا عديدة جعلت منه اقرب لجهاز كمبيوتر كفي، فهو بالإضافة إلى كونه جهاز هاتف إلا انه يحتوي على كاميرا رقمية ومشغل فيديو وموسيقى ومتصفح للانترنت والبريد الالكتروني ويتيح لك أيضا الحصول على الخرائط التفصيلية للمنطقة التي أنت فيها، والكثير من المزايا.
ولكن هذا الكمبيوتر الكفي لم يعد يعتمد في تشغيله على لوحة المفاتيح المعروفة أو الماوس، انه يستخدم أزرار تحكم افتراضية تظهر على الشاشة. هذه في الحقيقة ليست شيء جديد فشاشات اللمس touch screens معروفة ومستخدمة في الهواتف الذكية وفي الكثير من الأجهزة ولكن ما يميز تقنية شاشات اللمس في جهاز الآي فون هو انه بإمكانك استخدام إصبعك بدلا من القلم الخاص stylus لشاشات اللمس المعروفة إضافة إلى ذلك أيضا هناك إمكانية غيرة متوفرة في شاشات اللمس الأخرى وهي ان شاشة الآي فون تستطيع ان تلتقط التعليمات بأكثر من لمسة في نفس الوقت.

شاشة اللمس في جهاز الآي فون iPhone

الأجهزة الالكترونية قد تعتمد على أكثر من طريقة لاستقبال المدخلات بواسطة أي شخص على شاشة اللمس. ومعظم هذه المستقبلات تستخدم مجسات حساسة ودوائر الكترونية لمراقبة التغيرات في حالة خاصة. كثيرا من هذه الأجهزة وجهاز الآي فون احدها يعتمد على مراقبة التغيرات في التيار الكهربي. وهناك طرق أخرى تعتمد على رصد التغيرات في الأمواج الصوتية المنعكسة أو على شعاع ضوئي غير مرئي (في منطقة الطيف تحت الأحمر) وهناك أنظمة قليلة تستخدم ترانسديوسر لقياس التغيرات في الاهتزازات التي تحدث بالنقر بالأصبع على سطح الشاشة. أو باستخدام كاميرا لتراقب التغيرات في الضوء والظل.

مجموعة من الأجهزة المتنوعة التي تعمل بتقنية اللمس

الفكرة الأساسية لشاشات اللمس هي بسيطة في حد ذاتها – عندما تضع أصبعك أو القلم الخاص stylus على الشاشة، فان التغيرات التي تحدثها يتم رصدها. فالشاشات التي تعتمد على أمواج الصوت أو الضوء فان أصبعك يعمل على حجب أو عكس جزء من هذه الأمواج. أما في الشاشات التي تعتمد على تغير السعة الكهربية فهي تحتوي على مادة تحمل شحنة كهربية، وعند لمس الشاشة فان تغير في مقدار الشحنة يحدث عند نقطة اللمس. أما في شاشات التي تعتمد على تغير المقاومة الكهربية فان الضغط بالأصبع يحدث تغير في موصلية طبقات الدائرة الكهربية بالضغط على هذه الطبقات يجعل مقاومتها تختلف عند نقطة اللمس.
معظم الوقت، هذه الأنظمة جيدة لرصد مكان النقر بدقة عالية لنقرة واحدة. ولكن اذا ما قمت بالضغط على الشاشة في أكثر من موضع وفي نفس الوقت، فان النتيجة تكون استجابة غير منتظمة. بعض شاشات اللمس تهمل كل الضغطات التي تلي الضغطة الأولى. والبعض الأخر يمكنه ان يستجيب لأكثر من ضغطة في نفس الوقت، ولكن برنامج التحكم لا يمكنه احتساب موقع كل ضغطة بدقة كافية. وهناك العديد من الأسباب لهذا ومنها ما يلي:

(1) الكثير من الأنظمة ترصد التغيرات على المحور الأساسي للشاشة أو في اتجاه محدد بدلا من الاستجابة لنقطة على الشاشة.
(2) بعض الشاشات تعتمد على احتساب المتوسط لمنطقة كبيرة لتحدد مكان النقرة على شاشتها.
(3) بعض الأنظمة يأخذ حسابات بالنسبة لخط أساسي يعتمد على الضغطة الأولى. فعندما تضغط على الشاشة فانك تنشأ خط محوري جديد. والضغطة التي تليها تسبب قياس يعتمد على خط محوري أخر غير الخط الأساسي الذي انشأ في البداية.

في شاشات هواتف الآي فون فان الأمر مختلف حيث ان الشاشة مجهزة للاستجابة للضغطات المتعددة وفي نفس اللحظة. فعلى سبيل المثال، يمكنك ان تستخدم خاصية الزوم في تصفح مواقع النت أو في استعراض الصور عن طريق الضغط بواسطة إصبع الإبهام على الشاشة وإصبعك الأخر لمسح الشاشة لتكبير جزء من الصورة على شاشة الجهاز. ولكي تقوم بعكس هذه العملية لتصغير العرض لإظهار الصورة بالكامل على الشاشة فانك تستطيع ان تستخدم إصبعيك وتقربهما على بعض كأنك تقوم بقرص الشاشة فتصغر الصورة وفي هذا المثال نشاهد احد التطبيقات لعملية الضغط المتعدد في نفس اللحظة وفائدتها في التحكم في عرض الصور وصفحات الويب. حيث ان الآي فون قد استجاب للضغط المتعدد والحركة على الشاشة.

في الجزء التالي من المقال سوف نقوم بشرح كيف تعمل شاشة اللمس في جهاز الآي فون iPhone

أنظمة اللمس المتعددة Multi-touch system

لكي يتمكن المستخدمين من توجيه التعليمات إلى الأجهزة بواسطة اللمس المتعدد تمكن مطورو جهاز الآي فون من استخدام طريقة جديدة غير متبعة في تقنية اللمس المعتمدة حاليا. حيث ان شاشة اللمس تحتوي على طبقة رقيقة من مادة مواصلة لتقوم بعمل المكثف، مثل باقي شاشات اللمس. ولكن، في الآي فون فان المكثفات المستخدمة مرتبة حسب إحداثيات شبكة تقوم بتوليد إشارة خاصة بها عند اللمس أو الحركة للمسات متعددة في نفس اللحظة لأكثر من موضع. ولان التقنية المتبعة في شاشة لمس الآي فون تعتمد على السعة الكهربية لطبقة المادة الرقيقة المستخدمة فان جهاز الآي فون يعمل فقط عندما تلمسه بطرف أصبعك – فهو لا يعمل باستخدام القلم الخاص stylus أو اذا كنت ترتدي قفازات غير موصلة.

شاشة اللمس ذات السعة المتبادلة تحتوي على شبكة من المجسات في صورة خطوط لرصد التغير في التيار الكهربي وكذلك على شبكة أخرى لخطوط التوجيه التي يمر فيها التيار الكهربي

تقوم خطوط المجسات بتحديد أين لمس أصبع المستخدم الشاشة بالضبط

شاشات اللمس ذات السعة الذاتية تحتوي على دوائر حساسة والكترودات لتحديد موضع لمسة أصبع المستخدم على الشاشة بالضبط

شاشة الآي فون تستطيع ان تحدد مكان اللمس عليها بواسطة هاتين الطريقتين:
طريقة السعة المتبادلة Mutual capacitance
في هذه الطريقة تتطلب دائرة السعة الكهربية ان يكون لدينا طبقتين من مادتين مختلفتين. احد هاتين الطبقتين تستخدم لخطوط التوجيه التي تحمل التيار الكهربي، والطبقة الأخرى تستخدم للمجسات التي تكون على شكل شبكة من الخطوط التي تعمل على رصد التيار الكهربي عند العقد.

طريقة السعة الذاتية self capacitance
في هذه الطريقة تستخدم طبقة واحدة تحتوي على مجموعة كبيرة من الالكترودات وهذه متصلة مع دائرة حساسة لسعة الكهربية.

كلا من هاتين الطريقتين تقومان بإرساله بيانات اللمس على شكل نبضات كهربية. في الجزء التالي من المقال سوف نشرح تفاصيل ما يحدث بالضبط.

معالج الآي فون iPhone Processor
معالج الآي فون والبرامج المشغلة له هي مركز التفسير الصحيح لجهاز إدخال البيانات والذي هو في هذه الحالة شاشة اللمس. تقوم طبقة السعة الكهربية بارسال بيانات موضع اللمس لمعالج الآي فون. يستخدم المعالج برنامج مثبت في ذاكرة الآي فون لتفسير هذه البيانات كتعليمات وهنا وصف لما يحدث:
(1) تنتقل الإشارة من شاشة اللمس إلى المعالج على شكل نبضات كهربية.
(2) يستخدم المعالج البرنامج الخاص بتحليل البيانات ليقوم بتحديد خصائص كل ضغطة. مثل حجمها وشكلها وموضعها والمنطقة التي تأثرت بالضغطة على الشاشة. وفي حالة الضرورة يقوم المعالج بترتيب هذه اللمسات في صورة مجموعات. فإذا ما قمت بتحريك أصبعك على الشاشة فان المعالج يقوم بحساب الفرق بين نقطة البداية ونقطة النهاية لكل لمسة.

(3) يستخدم المعالج البيانات السابقة المخزنة في ذاكرته ليحدد وظيفة كل لمسة قمت بها. حيث يتمكن من فهم كل حركة قمت بها على الشاشة والمعلومات حول التطبيق الذي تستخدمه والتطبيق الذي كنت تستخدمه عندما لمست الشاشة.
(4) يقوم المعالج بترحيل التعليمات التي طلبتها إلى البرنامج المستخدم. كذلك يقوم بارسال تعليماته إلى شاشة الآي فون لإظهار أي تعليمات خاصة لك وكذلك يرسل تعليماته إلى أجزاء محددة من الجهاز مثل مشغل الفيديو أو الكاميرا أو غيره. اذا حدث وان كانت البيانات التي استقبلها منك بواسطة اللمس لا تتطابق مع أي من التعليمات التي خزنها أو عرفها من قبل فانه يعتبر هذه التعليمات كأنها لمسات خاطئة ولا يستجيب لها.

كل هذه الخطوات تحدث في نفس اللحظة أن صح التعبير أي انك سوف تشاهد على الشاشة استجابة فورية لأي لمسة تقوم بها. وهذا يجعلك تستطيع ان تصل إلى كل التطبيقات على جهازك وتستخدمها وتشغله بلمسات من إصبعك.
وفي النهاية أتمنى أن أكون قد قدمت شرحا مبسطا لمبدأ عمل شاشات اللمس بصفة عامة وشاشة اللمس ذات الاستجابة المتعددة والتي ميزت جهاز الآي فون وجعلت منه قفزة تكنولوجية يتمنى كل شخص ان يستخدم هذه التقنية ويجرب الآي فون.