産業制御用タッチスクリーンHMIシステム

タッチスクリーンは元々、1970年代のCERNのような特殊な用途に開発されましたが、現代生活では至る所に存在しています。スマートフォン、タブレット、あるいは自宅のセキュリティシステムであれ、タッチスクリーンは現代の人間と機械のインタラクション（HMI）システムにとって不可欠なコンポーネントです。美しいグラフィックスディスプレイとユーザー入力を組み合わせる便利な方法を提供します。

初期のタッチスクリーンはモノクロで、解像度が低く、純粋に静電容量式または光学式でした。1970年代のある初期のタッチスクリーンは、赤外線位置センサーの交差配列を使用していました。各センサーは画面の端に赤外線LED、反対側の端には対応するフォトトランジスタを使用していました。不透明な物体が画面に近づけられると、2Dグリッドで検出することができました。このタイプのタッチスクリーンは後にHPによって商業化されました。

現代のタッチスクリーンは抵抗式または静電容量式であり、次の製品に適した選択は、環境、ユーザーとのインタラクション、必要な感度レベルによって異なります。また、ディスプレイを制御し、タッチを登録できる組み込みビデオエンジンを選択する必要があります。

抵抗式対静電容量式タッチセンシング

抵抗式タッチスクリーンは、透明な抵抗性スクリーン素材で構成されています。各スクリーンの一方の面は、電極として透明な柔軟な導体の平行なストリップでコーティングされています。2枚のシートは、導体の平行なストリップが垂直になるように配置されています。これらのスクリーンは純粋に圧力に基づいて動作します。圧力が加えられると、垂直な電極が接触し、デバイスはタッチされた位置を登録します。このタッチスクリーンは、スタイラスペンを使用する場合に理想的です。ユーザーが手袋をしていてもタッチを登録することができます。

静電容量式タッチスクリーンには、自己静電容量式と相互静電容量式の2種類があります。静電容量式タッチスクリーンもまた、2つの交差した電極グリッド（通常はインジウムドープまたはフッ素ドープされたスズ酸化物）で構成されていますが、電極グリッドはガラス板によって分離され、コンデンサのグリッドを形成しています。一部のスタイラスペンは、静電容量式タッチスクリーンでも使用することができます。

相互静電容量式タッチスクリーンでは、指や他の電気的に帯電した物体がタッチスクリーンに近づくと、近くのコンデンサが充電または放電されます。特定の電極を通じて電流が流れ、位置が登録されます。自己静電容量式タッチスクリーンでは、電極は端で接地されず、独立して動作します。このタイプのスクリーン上でのタッチは単一の位置で登録され、相互静電容量式タッチスクリーンとは対照的です。

相互静電容量式タッチスクリーンは感度が低い傾向がありますが、マルチタッチ追跡を可能にします。これにより、ユーザーはスマートフォンで行うようにピンチや移動のジェスチャーを実行できます。自己静電容量式タッチスクリーンは感度が高く、大型ディスプレイでの使用に適しています。自己静電容量式タッチスクリーンを使用するアプリケーションには、産業用制御、セルフサービス端末、医療機器などがあります。相互静電容量式タッチスクリーンは、スマートフォンやタブレットの最前線に留まる可能性が高いです。

静電容量式タッチスクリーンとスタイラスペン

ディスプレイの機能

タッチスクリーンシステムは、複数の通信プロトコルが利用可能になることでより適応性が高まっています。これらのスクリーンの色深度と解像度も向上し、モバイルデバイスで4kビデオをストリーミングできるレベルにまでなりました。これらのディスプレイは、内蔵コントローラーやシステムホストを必要とせず、HDMI、RS-485、RS-232Cシリアル、USB、Ethernetを介して外部コントローラーに接続できます。

タッチスクリーンを選択する際に考慮すべきパラメータ

ユーザーのインタラクション機能は、解像度ではなくタッチスクリーンのタイプ（相互容量式または自己容量式）によって決まります。自己容量式タッチスクリーンを選択する場合、例えばズームなどの一般的な機能は、2本の指でドラッグするのではなく、画面をダブルタップする必要があります。

モバイル、IoT、産業制御用の高性能ディスプレイには、適切なシステムホスト/コントローラーと組み込みビデオエンジンが必要です。コントローラーボードやその他の外部機器への接続も考慮する必要があります。ディスプレイとコントローラーが同じパッケージに組み込まれているか、または上記にリストされている接続タイプのいずれかを使用してタッチスクリーンを接続するかを決定する必要があります。

Siemens, 6AV2123-2DB03-0AX0

産業用コントローラーのタッチスクリーンディスプレイとしての使用に理想的な6AV2123-2DB03-0AX0は、65k色表示の480x272解像度、LEDバックライト調光、フラッシュおよび10MBのオンボードRAMメモリを提供し、USBまたはEthernetを介して接続できます。また、他のタッチスクリーンに比べて厳しい環境でも使用できるように、最大50°Cまでの動作が評価されています。

*Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 HMIベーシックパネルは、キーとタッチスクリーンの便利さを兼ね備えており、快適な使用が可能です。HMIベーシックパネルは、cULus、CE、RCM（旧C-Tick）、KCの基準を満たしています。*

Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0データシートの1ページ目より

Omron, NS8-TV00B-V2

このハイエンドタッチスクリーンは、はるかに高い色深度（260k色）、より大きな画面サイズ、およびEthernetを介した産業環境でのPLCとの直接接続を提供します。この画面のディスプレイは、標準のアナログRGB出力を使用して別のモニターにミラーリングすることもできます。RS-232C、Modbus、USBを介して他の機器との接続も提供します。

NJシリーズマシンオートメーションコントローラーは、マシン設計者がPLCのトラブルシューティング、マシンのトラブルシューティング、サーボドライブ、温度コントローラー、およびその他の制御コンポーネントの設定、接続されたデバイスの状態監視、およびパラメーターのアップロード/ダウンロードを容易に実装できるようにします。

NS8-TV00B-V2データシートの39ページに記載

FTDI Ltd., FT801x 組み込みビデオエンジン

FT801xシリーズの組み込みビデオエンジンICは、各プライマリカラーに対して6つの出力ピンのみを持っていますが、6ビット（RGB-6,6,6）と8ビットRGBを512x512解像度および2ビットディザリングまで変換します。組み込みビデオエンジンとして、このコントローラーはまた、8または48 kHzでサンプリングされる4ビットADPCMオーディオ出力（モノで8ビットPCM）を提供します。高忠実度オーディオ再生には十分ではありませんが、MIDIを使用した構成通知またはアラーム音には十分です。FT801xには、数十のプリメイドのサウンドエフェクトも含まれています。

オブジェクト指向アーキテクチャを使用することで、低コストのMPU/MCUをシステムホストとして使用し、I2Cで3.4 MHzまたはSPIで30 MHzで通信できます。このハードウェアエンジンは、IoTデバイスや軽工業制御ユニットのディスプレイを駆動するのに理想的です。この組み込みビデオエンジンは、アクティブモード（2.4 mA）およびスリープモード（250 uA）で比較的低い電力で動作します。

*FT801はEVE（Embedded Video Engine）技術を使用しており、ディスプレイ、オーディオ、タッチのサポートを提供することで、高度な人間機械インターフェース（HMI）のシステムアーキテクチャを簡素化し、ディスプレイの作成からグラフィックスのレンダリングに至るまでのオブジェクト指向アーキテクチャアプローチを提供します。*

FT801xデータシートの4ページに記載

適切な組み込みビデオエンジンを使用すると、タッチスクリーン上で美しいグラフィックスディスプレイをサポートできます。多くのベンダーが、人気のビデオフォーマットで高解像度再生をサポートするICとして組み込みグラフィックスコントローラーを提供しています。一部の組み込みビデオエンジンICは、評価ボードにパッケージされており、次のタッチスクリーン製品や工業制御システムに対するより多くの制御を提供します。

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