Monet yritykset lähestyvät meitä saman turhauttavan ongelman vuoksi: niiden ulkokosketusnäytöt, jotka on suunniteltu kestämään äärimmäisiä lämpötiloja -30°C - +70°C (-22°F - +158°F), vioittuvat paljon ennen niiden odotettua käyttöikää. Nämä näytöt, jotka on suunniteltu kestämään kovaa auringonvaloa, vaihtelevia lämpötiloja ja jopa pakkasta, vikaantuvat usein tavoilla, jotka yllättävät sekä käyttäjät että kehittäjät, mikä johtaa kalliisiin uusiin näyttöihin, huoltohaasteisiin ja asiakkaiden tyytymättömyyteen.
Ulkosovellusten parissa vuosien ajan tekemämme työn ansiosta olemme tunnistaneet yleisimmät syyt, joiden vuoksi nämä näytöt eivät toimi, ja tiedämme, että ne johtuvat usein väärinkäsityksestä siitä, mitä "ulkokäyttöön soveltuva" todella edellyttää. Ulkona käytettävän kosketusnäytön käytön esteet ulottuvat paljon alkuperäisiä eritelmiä laajemmalle, alkaen luonnollisista jäähdytysrajoituksista ja ilmastokammiotestien usein harhaanjohtavista tuloksista. Tässä kirjoituksessa perehdymme tärkeimpiin syihin, joiden vuoksi ulkokäyttöön tarkoitetut näytöt epäonnistuvat, ja siihen, miten asiantunteva lähestymistapa jäähdytykseen, testaukseen ja ympäristötietoisuuteen voi auttaa.
Passiivisen jäähdytyksen rajat
Miksi passiivinen jäähdytys jää usein vajaaksi
Passiivinen jäähdytys eli luonnollinen konvektio on menetelmä, jolla lämpöä voidaan haihduttaa ilman mekaanisia tuulettimia tai muita aktiivisia komponentteja. Tässä lähestymistavassa hyödynnetään ilman luonnollista virtausta laitteen pinnan yli lämmön luovuttamiseksi ympäristöön. Vaikka tämä menetelmä toimii tietyissä olosuhteissa, sen kyky hallita suuria lämpökuormia on luonnostaan rajallinen, erityisesti ulkoympäristöissä, joissa on äärimmäistä kuumuutta ja paljon auringonvaloa.
Ympäristöissä, joissa ympäristön lämpötila on noin 50 °C (122 °F), 15,6 tuuman kosketusnäytön näyttö, jossa on pelkkä passiivinen jäähdytys, voi haihduttaa vain noin 30 wattia lämpöä, kun käytetään optimoitua, konvektioon soveltuvaa jäähdytyselementtiä laitteen takapuolella. Tämä luku on saatu FEM-analyysistä (Finite Element Method), jossa simuloidaan, kuinka tehokkaasti lämpöä voidaan haihduttaa näissä olosuhteissa. On kuitenkin tärkeää huomata, että näissä laskelmissa ei oteta huomioon suoran auringonvalon aiheuttamaa lisälämpökuormaa. Ilman aktiivista jäähdytystä pelkkään passiiviseen jäähdytykseen tukeutuvat ulkonäytöt voivat nopeasti ylittää turvallisen käyttölämpötilan, mikä voi johtaa näytön toimintahäiriöihin, lyhentyneeseen käyttöikään tai täydelliseen vikaantumiseen.
Aurinkokuorman vaikutus passiiviseen jäähdytykseen
Korkeiden ulkolämpötilojen lisäksi ulkonäyttöihin vaikuttaa myös aurinkokuorma - suorasta auringonvalosta absorboituva lämpö. Aurinkokuormitus voi lisätä merkittävää lämpörasitusta erityisesti laitteissa, jotka on suunniteltu jatkuvaan ulkokäyttöön. Tämän vaikutuksen laajuutta havainnollistetaan tarkastelemalla 15,6 tuuman kosketusnäytön aurinkokuormaa täydessä auringonvalossa.
Aurinkokuorman laskeminen 15,6 tuuman näytölle
Pinta-ala 15,6" ulkomonitori: 0,0669 (m)2)
Aurinkokuorma Auringonvalo: 1000 (wattia)/(m2)
15,6 tuuman näyttö Aurinkokuormitus: 0,0669 m2 x 1,000 W/m2 = 66,9 wattia
Tämä tulos osoittaa, että 15,6-tuumainen näyttö voi absorboida jopa 66,9 wattia lisälämpöä, kun se altistuu suoralle auringonvalolle. Kun ympäristön lämpötila on jo valmiiksi 50 °C (122 °F), tämä auringon aiheuttama lisälämpö nostaa näytön sisälämpötilan huomattavasti yli LCD-näytön tyypillisen 70-80 °C:n (158-176 °F) toiminta-alueen. Näin ollen pelkkä passiivinen jäähdytys ei riitä, ja laitteet ylittävät usein lämpörajat, mikä johtaa usein ylikuumenemiseen ja laitteen varhaiseen vikaantumiseen.
Miksi ilmastokammiotestaus ei vastaa todellisia olosuhteita.
Ilmastokammiotestauksen rajoitukset
Ilmastokammiotestaus on alan vakiokäytäntö, jolla simuloidaan äärimmäisiä lämpötila- ja kosteusolosuhteita. Nämä testit perustuvat kuitenkin usein valvottuun, pakotettuun ilmavirtaan kammiossa, mikä ei vastaa tarkasti ulkoilman olosuhteita. Pakotettu ilmavirta auttaa vakauttamaan lämpötilaa parantamalla keinotekoisesti lämmöntuottoa, mikä johtaa testituloksiin, jotka näyttävät suotuisammilta kuin mitä laite kokisi ulkona.
Tämä epäsuhta on kriittinen: todellisissa ulkoilmaolosuhteissa kosketusnäytöt ovat täysin riippuvaisia luonnollisesta konvektiosta jäähdytyksessä, joka ei pysty johtamaan lämpöä yhtä tehokkaasti kuin pakotettu ilmavirta. Tämän seurauksena näytöt, jotka läpäisevät ilmastointikammiotestit, saattavat silti joutua kamppailemaan suorituskyvyn säilyttämisen kanssa todellisissa käyttöolosuhteissa, erityisesti ympäristöissä, joissa on voimakas aurinkokuorma ja korkea ympäristön lämpötila.
Testaaminen todellista käyttöä varten
Ulkosovellusten testauksessa on aina käytettävä olosuhteita, jotka vastaavat todellista tilannetta. Ulkona käytettävien kosketusnäyttöjen osalta tämä tarkoittaa korkealämpöisten ympäristöjen simulointia ilman pakotettua ilmavirtaa. Lisäksi testauksen tulisi tapahtua laitteen ollessa päällä, eikä pelkästään varastointiolosuhteisiin keskittyen. Vain simuloimalla toiminnallista lämpökuormaa valmistajat voivat arvioida tarkasti, kestääkö näyttö jatkuvaa ulkokäyttöä.
Ympäristötestauksen tietämyksen puutteet
Riittämättömät testausmenetelmät alalla
Monet valmistajat unohtavat tiukan ympäristötestauksen merkityksen todellisissa olosuhteissa ja suorittavat testit usein niin, että laitteet on kytketty pois päältä tai että ne tehdään idealisoiduissa laboratorio-olosuhteissa. Vaikka nämä testit voivat antaa tietoja tallennuksen kestävyydestä, ne eivät kuvasta toiminnallista kestävyyttä, joka on ulkokosketusnäyttöjen luotettavuuden todellinen määrittäjä.
Aurinkokuormitus on valtava verrattuna LCD-taustavalon lämmöntuotantoon.
Auringon aiheuttama kuormitus on valtava, eivätkä useimmat valmistajat yleensä ota sitä huomioon. 30 watin näytön asettaminen ilmastointikammioon, jossa on pakotettu ilmavirtaus, ei yksinkertaisesti vastaa todellista maailmaa.
Laitteen virransyöttö on pakollista
Ilman virtalähteellä tapahtuvaa testausta lämpöä vaativissa skenaarioissa valmistajat ottavat riskin siitä, että ne julkaisevat näyttöjä, jotka eivät kestä todellisia olosuhteita, joihin niitä markkinoidaan. Ajan mittaan nämä puutteet testauksessa voivat johtaa siihen, että näytöt vikaantuvat odottamatta, kun niitä käytetään ulkona, mikä heikentää asiakkaiden luottamusta ja johtaa lisääntyneisiin ylläpitokustannuksiin.
Kun kosketusnäyttö on aktiivisesti päällä, se tuottaa omaa lämpöään aurinkokuorman ja korkeiden ympäristön lämpötilojen aiheuttaman ympäristölämmön lisäksi. Testaaminen virran aikana auttaa varmistamaan, että näytön sisäiset komponentit kestävät kumulatiivisen lämpökuormituksen, ja tarjoaa realistisen mittarin laitteen kestävyydelle. Tämän vaiheen huomiotta jättäminen johtaa näyttöihin, jotka näyttävät läpäisevän testauksen mutta toimivat huonosti kentällä.
Aktiivisen jäähdytyksen merkitys ulkokäyttöön tarkoitetuissa näytöissä
Miten aktiivinen jäähdytys toimii
Toisin kuin passiivinen jäähdytys, joka perustuu yksinomaan luonnolliseen konvektioon, aktiivinen jäähdytys käyttää mekaanisia menetelmiä, kuten tuulettimia, ilman siirtämiseksi laitteen jäähdytyslevyjen yli. Tämä pakotettu ilmankierto lisää merkittävästi lämmön haihtumista, mikä auttaa näyttöä pitämään sisäisen lämpötilan vakaana myös silloin, kun se on alttiina korkealle lämmölle ja auringonvalolle.
Säteilyllä tapahtuva lämmöntuotto ei ole kovin suuri
Säteilyllä tapahtuvan lämmöntuottamisen vertaaminen pakotetulla konvektiolla tapahtuvaan lämmöntuottamiseen on melko silmiä avaavaa. Esimerkissämme 15,6 tuuman kosketusnäytöstä säteilyn kautta tapahtuva lämmöntuotto on vain 14 wattia verrattuna 86 wattiin pakotetun konvektion kautta tapahtuvaan lämmöntuottoon. Ota huomioon, että tämä laskelma sisältää erittäin optimoidun jäähdytyselementtikonseptin. Markkinoilla on tyypillisesti nähtävissä suljettu, mustaksi pulverimaalattu teräskotelo. Se toimisi huomattavasti huonommin. Useimmat ihmiset rakentavat käytännössä leivinuunin. Voit havainnollistaa asian vielä paremmin laittamalla 100 watin hehkulampun melko pieneen teräslaatikkoon.
Korkeissa lämpötiloissa tai suorassa auringonvalossa toimivien kosketusnäyttöjen osalta aktiivinen jäähdytys on keskeinen tekijä tasaisen suorituskyvyn varmistamisessa. Ilman sitä jopa hyvin suunnitellut näytöt kärsivät todennäköisesti ylikuumenemisesta, etenkin kun ne joutuvat kohtaamaan suuren aurinkokuorman ja altistuvat pitkään korkeille ympäristön lämpötiloille.
Aktiivinen jäähdytys tosielämän skenaarioissa
Aktiivinen jäähdytys on osoittautunut tehokkaaksi laitteen vakauden säilyttämisessä jopa 50 °C:n (122 °F) ympäristössä, jossa aurinkokuorma on suuri. Näissä olosuhteissa passiivinen jäähdytys ei pystyisi haihduttamaan tarvittavaa lämpömäärää, kun taas aktiiviset jäähdytysjärjestelmät auttavat näyttöä säilyttämään toimintakykynsä ja pidentämään sen käyttöikää. Alueilla, joilla korkeat lämpötilat ja suora auringonvalo ovat arkipäivää, aktiivinen jäähdytys on välttämätöntä ylikuumenemiseen liittyvien vikojen estämiseksi ja näytön luotettavan toiminnan varmistamiseksi pitkällä aikavälillä.
Yksinkertainen fysiikka ulkokäyttöön tarkoitettujen näyttöjen vikojen taustalla
Lämmön haihtumisen rajat
Ulkona käytettävien kosketusnäyttöjen lämpöhäiriöt perustuvat fysiikan perusperiaatteisiin: kun laitteen lämmöntuotanto ylittää sen kyvyn johtaa lämpöä pois, sen sisälämpötila jatkaa nousuaan. Ulkoympäristöissä tämä epätasapaino voi syntyä nopeasti, kun aurinkokuorma ja ympäristön lämpötila ylittävät laitteen luonnollisen jäähdytyskyvyn.
Näytöt, jotka luottavat pelkästään passiiviseen jäähdytykseen, ovat erityisen haavoittuvia korkean lämpötilan ympäristöissä. Kun ympäristön lämpötila ja aurinkokuorma yhdessä luovat olosuhteet, joissa luonnollinen konvektio ei riitä, ylikuumeneminen on väistämätöntä. Lämpökuormitus nopeuttaa komponenttien hajoamista, mikä johtaa lopulta näytön vikaantumiseen, suorituskyvyn heikkenemiseen ja laitteen käyttöiän lyhenemiseen.
Miksi Interelectronix?
Olemme työskennelleet alalla lähes 25 vuotta ja ymmärrämme luotettavien ja kestävien ulkokosketusnäyttöjen luomisen haasteet. Tiimimme tuntee ulkokäyttöön tarkoitetut sovellukset hyvin ja tietää sekä passiivisten että aktiivisten jäähdytysratkaisujen rajoitukset ja vaatimukset. Yhdistämällä reaalimaailman testauksen ja kehittyneet jäähdytystekniikat autamme asiakkaitamme kehittämään kosketusnäyttöjärjestelmiä, jotka toimivat luotettavasti äärimmäisissä olosuhteissa.
Halusitpa sitten parantaa olemassa olevien järjestelmien suorituskykyä tai kehittää uusia ulkokäyttöön tarkoitettuja sovelluksia, Interelectronix opastaa sinua joka vaiheessa. Lämmönhallinnasta ja ympäristötestauksesta saamamme kokemuksen ansiosta voimme auttaa sinua rakentamaan näyttöjä, jotka kestävät kovaa lämpöä ja auringonvaloa vaativat ulkoympäristöt. Ota yhteyttä jo tänään, niin varmistetaan yhdessä, että laitteesi tuottavat kestävää suorituskykyä ja asiakastyytyväisyyttä.
