Touchscreen-HMI-Systeme für industrielle Steuerung

Ursprünglich für spezialisierte Anwendungen entwickelt, die in den 1970er Jahren von Einrichtungen wie dem CERN genutzt wurden, sind Touchscreens heute allgegenwärtig im modernen Leben. Ob es sich um ein Smartphone, Tablet oder sogar um Ihr Heimsicherheitssystem handelt, Touchscreens sind eine entscheidende Komponente für moderne Mensch-Maschine-Interaktionssysteme (HMI). Sie bieten eine praktische Möglichkeit, schöne Grafikanzeigen zu kombinieren, während Benutzereingaben empfangen werden.

Frühe Touchscreens waren monochrom, niedrig auflösend und rein kapazitiv oder optisch. Ein früher Touchscreen aus den 1970er Jahren verwendete ein gekreuztes Array von Infrarot-Positionssensoren. Jeder Sensor nutzte eine Infrarot-LED am Rand des Bildschirms und einen passenden Fototransistor am gegenüberliegenden Rand. Jedes undurchsichtige Objekt, das dem Bildschirm nahegebracht wurde, konnte in einem 2D-Raster erkannt werden. Diese Art von Touchscreen würde später von HP kommerzialisiert werden.

Moderne Touchscreens können resistiv oder kapazitiv sein, und die richtige Wahl für Ihr nächstes Produkt hängt von der Umgebung, der Benutzerinteraktion und dem erforderlichen Sensibilitätsniveau ab. Sie müssen auch einen eingebetteten Video-Engine wählen, der das Display steuern und Berührungen registrieren kann.

Resistive vs. Kapazitive Berührungserkennung

Resistive Touchscreens bestehen aus transparenten resistiven Bildschirmmaterialien. Eine Seite jedes Bildschirms ist mit parallelen Streifen eines transparenten, flexiblen Leiters als Elektroden beschichtet. Die beiden Blätter sind so angeordnet, dass die parallelen Streifen der Leiter senkrecht zueinander stehen. Diese Bildschirme funktionieren rein auf Druckbasis. Wenn Druck ausgeübt wird, kommen die senkrechten Elektroden in Kontakt und das Gerät registriert den berührten Ort. Dieser Touchscreen ist ideal für die Verwendung mit einem Stylus-Stift geeignet. Er kann auch Berührungen registrieren, wenn der Benutzer Handschuhe trägt.

Kapazitive Touchscreens gibt es in zwei Varianten: selbstkapazitiv und gegenseitig kapazitiv. Kapazitive Touchscreens bestehen ebenfalls aus zwei gekreuzten Gittern von Elektroden (üblicherweise mit Indium dotiertes oder mit Fluor dotiertes Zinnoxid), aber die Elektrodengitter sind durch eine Glasscheibe getrennt, wodurch ein Gitter von Kondensatoren entsteht. Einige Stylus-Stifte können immer noch mit kapazitiven Touchscreens verwendet werden.

Bei einem gegenseitig kapazitiven Touchscreen verursacht ein Finger oder ein anderes elektrisch geladenes Objekt, das dem Touchscreen nahegebracht wird, dass benachbarte Kondensatoren sich aufladen oder entladen. Strom fließt durch spezifische Elektroden auf dem Gitter und der Ort wird registriert. Bei einem selbstkapazitiven Touchscreen sind die Elektroden nicht am Rand geerdet und wirken unabhängig. Eine Berührung auf diesem Typ von Bildschirm wird an einem einzigen Ort registriert, im Gegensatz zu gegenseitig kapazitiven Touchscreens.

Gegenseitig kapazitive Touchscreens neigen dazu, weniger empfindlich zu sein, erlauben aber die Verfolgung von Mehrfachberührungen. Dies ermöglicht Benutzern, Kneif- und Bewegungsgesten auszuführen, wie sie es auf einem Smartphone tun würden. Selbstkapazitive Touchscreens neigen dazu, empfindlicher zu sein und sind für den Einsatz in größeren Displays vorteilhaft. Einige Anwendungen, die selbstkapazitive Touchscreens einbeziehen, sind industrielle Steuerungen, Selbstbedienungsterminals und medizinische Geräte. Gegenseitig kapazitive Touchscreens werden wahrscheinlich weiterhin im Vordergrund bei Smartphones und Tablets stehen.

Stylus-Stift mit einem kapazitiven Touchscreen

Display-Fähigkeiten

Touchscreen-Systeme sind anpassungsfähiger geworden, mit mehreren verfügbaren Kommunikationsprotokollen. Auch die Farbtiefe und Auflösung dieser Bildschirme hat zugenommen, bis zu dem Punkt, an dem mobile Geräte 4k-Videos streamen können. Diese Displays müssen keine eingebauten Controller oder Systemhosts enthalten; diese Bildschirme können über HDMI, RS-485, RS-232C Serial, USB und Ethernet mit externen Controllern verbunden werden.

Zu berücksichtigende Parameter bei der Auswahl eines Touchscreens

Die Benutzerinteraktionsfähigkeiten werden durch die Art des Touchscreens (mutuell oder selbstkapazitiv) bestimmt, nicht durch die Auflösung. Die Wahl eines selbstkapazitiven Touchscreens erfordert, dass gängige Funktionen wie Zoomen beispielsweise durch doppeltes Tippen auf den Bildschirm und nicht durch Ziehen mit zwei Fingern erfolgen.

Hochleistungsdisplays für Mobilgeräte, IoT und industrielle Steuerungen erfordern den richtigen Systemhost/Controller und eingebetteten Videomotor. Auch die Verbindung zum Controllerboard oder anderen externen Geräten sollte berücksichtigt werden. Sie müssen entscheiden, ob das Display und der Controller in einem einzigen Paket eingebettet sind oder ob der Touchscreen eine der oben aufgeführten Verbindungstypen verwendet.

Siemens, 6AV2123-2DB03-0AX0

Ideal für den Einsatz als Touchscreen-Display in industriellen Steuerungen bietet der 6AV2123-2DB03-0AX0 ein 65k-Farbdisplay mit einer Auflösung von 480x272, LED-Hintergrundbeleuchtungsdimmung, Flash und 10 MB Onboard-RAM-Speicher sowie eine Verbindung über USB oder Ethernet. Es ist auch für den Betrieb bis zu 50 °C ausgelegt, was seinen Einsatz in härteren Umgebungen im Vergleich zu anderen Touchscreens ermöglicht.

*Das Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 HMI Basic Panel bietet sowohl Tasten- als auch Touchscreen-Komfort für eine bequeme Nutzung. Das HMI Basic Panel erfüllt die Standards cULus, CE, RCM (ehemals C-Tick) und KC. *

Aus Seite 1 des Datenblatts von Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0

Omron, NS8-TV00B-V2

Dieser hochwertigere Touchscreen bietet eine deutlich größere Farbtiefe (260k Farben), größere Bildschirmgröße und direkte Konnektivität mit SPS in einer industriellen Umgebung über Ethernet. Das Display dieses Bildschirms kann sogar auf einen anderen Monitor gespiegelt werden, indem ein standardmäßiger analoger RGB-Ausgang verwendet wird. Es bietet Konnektivität zu anderen Geräten über RS-232C, Modbus und USB.

NJ-Serie Maschinenautomatisierungscontroller ermöglicht es dem Maschinenkonstrukteur, ... einfach die PLC-Fehlersuche, Maschinenfehlersuche, Einstellungen für Servoantriebe, Temperaturregler und andere Steuerungskomponenten, Statusüberwachung von verbundenen Geräten sowie das Hoch- und Herunterladen von Parametern durchzuführen.

Gefunden auf Seite 39 des NS8-TV00B-V2 Datenblatts

FTDI Ltd., FT801x Embedded Video Engine

Die FT801x-Serie von eingebetteten Video-Engine-ICs verfügt nur über 6 Ausgangspins für jede Primärfarbe, wandelt jedoch zwischen 6-Bit (RGB-6,6,6) und 8-Bit RGB bis zu einer Auflösung von 512x512 und 2-Bit-Dithering um. Als eingebettete Video-Engine bietet dieser Controller auch einen 4-Bit-ADPCM-Audioausgang (8-Bit PCM in Mono) mit einer Abtastung von 8 oder 48 kHz. Obwohl nicht fortschrittlich genug für die Wiedergabe von High-Fidelity-Audio, ist dies ausreichend für Kompositionsbenachrichtigungen oder Alarmtöne unter Verwendung von MIDI. Der FT801x enthält sogar Dutzende von vorgefertigten Soundeffekten.

Die objektorientierte Architektur ermöglicht die Verwendung eines kostengünstigen MPU/MCU als Systemhost und kommuniziert über I2C mit 3,4 MHz oder SPI mit 30 MHz. Die Hardware-Engine ist ideal für den Betrieb von Displays in IoT-Geräten oder leichten Industriesteuerungseinheiten. Diese eingebettete Video-Engine arbeitet in den aktiven (2,4 mA) und Schlafmodi (250 uA) mit relativ geringer Leistung.

*FT801 mit EVE (Embedded Video Engine)-Technologie vereinfacht die Systemarchitektur für fortschrittliche Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), indem sie Unterstützung für Display, Audio und Touch bietet sowie einen objektorientierten Architekturansatz, der sich von der Erstellung des Displays bis zur Darstellung der Grafiken erstreckt. *

Gefunden auf Seite 4 des FT801x Datenblatts

Die Verwendung der richtigen eingebetteten Video-Engine kann die Unterstützung einer schönen Grafikanzeige auf einem Touchscreen ermöglichen. Viele Anbieter bieten eingebettete Grafikcontroller als ICs an, die die Wiedergabe in hoher Auflösung in beliebten Videoformaten unterstützen. Einige eingebettete Video-Engine-ICs werden auf Evaluierungsboards verpackt, was Ihnen mehr Kontrolle über Ihr nächstes Touchscreen-Produkt oder Industriesteuerungssystem gibt.

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