Sistemas HMI com Tela Sensível ao Toque para Controle Industrial

Criada: Marco 15, 2019
Atualizada: Agosto 13, 2023
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Originalmente desenvolvidos para aplicações especializadas que foram usadas por instituições como o CERN na década de 1970, os ecrãs táteis são agora onipresentes na vida moderna. Seja num smartphone, tablet ou até no sistema de segurança de sua casa, os ecrãs táteis são um componente crítico para os sistemas modernos de interação homem-máquina (HMI). Eles oferecem uma maneira conveniente de combinar belos displays gráficos enquanto recebem a entrada do usuário.

Os primeiros ecrãs táteis eram monocromáticos, de baixa resolução e puramente capacitivos ou ópticos. Um ecrã tátil inicial dos anos 1970 usava uma matriz cruzada de sensores de posição infravermelhos. Cada sensor usava um LED infravermelho na borda do ecrã e um fototransistor correspondente na borda oposta. Qualquer objeto opaco que fosse aproximado do ecrã poderia ser detectado numa grade 2D. Este tipo de ecrã tátil seria mais tarde comercializado pela HP.

Os ecrãs táteis modernos podem ser resistivos ou capacitivos, e a escolha certa para o seu próximo produto depende do ambiente, interação do usuário e nível de sensibilidade requerido. Você também precisará escolher um motor de vídeo embutido que possa controlar o display e registrar o toque.

Detecção Tátil Resistiva vs. Capacitiva

Os ecrãs táteis resistivos são compostos por materiais de tela resistiva transparente. Um lado de cada tela é revestido com tiras paralelas de um condutor flexível transparente como eletrodos. As duas folhas são organizadas de modo que as tiras paralelas de condutores sejam perpendiculares. Essas telas operam puramente com base na pressão. Quando a pressão é aplicada, os eletrodos perpendiculares fazem contato e o dispositivo registra o local tocado. Este ecrã tátil é ideal para uso com uma caneta stylus. Ele também pode registrar o toque quando o usuário está usando luvas.

Os ecrãs táteis capacitivos vêm em duas variedades: auto-capacitivos e mutuamente capacitivos. Os ecrãs táteis capacitivos também são compostos por duas grades cruzadas de eletrodos (geralmente óxido de estanho dopado com índio ou dopado com flúor), mas as grades de eletrodos são separadas por uma placa de vidro, formando uma grade de capacitores. Algumas canetas stylus ainda podem ser usadas com ecrãs táteis capacitivos.

Num ecrã tátil mutuamente capacitivo, um dedo ou outro objeto eletricamente carregado trazido para perto do ecrã tátil faz com que os capacitores próximos carreguem ou descarreguem. A corrente flui através de eletrodos específicos na grade e a localização é registrada. Num ecrã tátil auto-capacitivo, os eletrodos não são aterrados na borda e atuam independentemente. Um toque neste tipo de ecrã é registrado em um único local, em contraste com os ecrãs táteis mutuamente capacitivos.

Os ecrãs táteis mutuamente capacitivos tendem a ser menos sensíveis, mas permitem o rastreamento multi-toque. Isso permite que os usuários realizem gestos de pinçar e mover como fariam num smartphone. Os ecrãs táteis auto-capacitivos tendem a ser mais sensíveis e são favoráveis para uso em displays maiores. Algumas aplicações envolvendo ecrãs táteis auto-capacitivos são controles industriais, terminais de autoatendimento e dispositivos médicos. Os ecrãs táteis mutuamente capacitivos têm mais probabilidade de permanecer na vanguarda dos smartphones e tablets.

Mão segurando caneta stylus em uma tela de toque capacitiva

Caneta stylus com uma tela de toque capacitiva

Capacidades de Exibição

Os sistemas de tela de toque tornaram-se mais adaptáveis com vários protocolos de comunicação disponíveis. A profundidade de cor e a resolução dessas telas também aumentaram, a ponto de dispositivos móveis poderem transmitir vídeo em 4k. Essas telas não precisam incluir controladores integrados ou hosts de sistema; essas telas podem se conectar a controladores externos via HDMI, RS-485, RS-232C Serial, USB e Ethernet.

Parâmetros a Considerar ao Escolher uma Tela de Toque

As capacidades de interação do usuário são determinadas pelo tipo de tela de toque (capacitiva mútua ou auto capacitiva) em vez da resolução. Escolher uma tela de toque auto capacitiva requer que funções comuns, como zoom, por exemplo, exijam tocar duas vezes na tela em vez de arrastar com dois dedos.

Displays de alto desempenho para móveis, IoT e controle industrial requerem o host/controlador de sistema correto e um motor de vídeo embutido. A conexão com a placa controladora ou quaisquer outros externos também deve ser considerada. Você precisará decidir se o display e o controlador estão embutidos no mesmo pacote ou se a tela de toque se conectará usando um dos tipos de conexão listados acima.

Siemens, 6AV2123-2DB03-0AX0

Ideal para uso como display de tela de toque em controladores industriais, o 6AV2123-2DB03-0AX0 oferece exibição de 65k cores com resolução de 480x272, dimmer de luz de fundo LED, memória Flash e 10 MB de RAM embarcada, e conexão via USB ou Ethernet. Também é classificado para operar até 50 °C, permitindo seu uso em ambientes mais severos em comparação com outras telas de toque.

*O painel básico HMI Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 tem...tanto conveniência de teclas quanto de tela de toque para uso confortável. O painel básico HMI atende aos padrões cULus, CE, RCM (anteriormente C-Tick) e KC. *

Imagem do painel de toque Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0

Da página 1 do datasheet Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0

Omron, NS8-TV00B-V2

Esta tela de toque de alta gama oferece muito mais profundidade de cor (260k cores), tamanho de tela maior e conectividade direta com PLCs em um ambiente industrial via Ethernet. A exibição nesta tela pode até ser espelhada para outro monitor usando uma saída RGB analógica padrão. Oferece conectividade com outros equipamentos via RS-232C, Modbus e USB.

Controlador de Automação de Máquinas da série NJ permite ao projetista de máquinas... implementar facilmente a resolução de problemas de PLC, diagnóstico de máquinas, configurações para servomotores, controladores de temperatura e outros componentes de controle, monitoramento de status de dispositivos conectados e upload/download de parâmetros.

Conexões entre um NS8-TV00B-V2, PLC, sensor de visão e PC

Encontrado na página 39 do datasheet do NS8-TV00B-V2

FTDI Ltd., FT801x Motor de Vídeo Embutido

A série FT801x de ICs de motor de vídeo embutido possui apenas 6 pinos de saída ou cada cor primária, mas converte entre 6-bit (RGB-6,6,6) e 8-bit RGB até resolução de 512x512 e dithering de 2-bit. Como um motor de vídeo embutido, este controlador também fornece saída de áudio ADPCM de 4-bit (PCM de 8-bit em mono), com amostragem a 8 ou 48 kHz. Embora não seja avançado o suficiente para reprodução de áudio de alta fidelidade, isso é suficiente para notificação de composição ou sons de alarme usando MIDI. O FT801x até inclui dezenas de efeitos sonoros pré-fabricados.

A arquitetura orientada a objetos permite o uso de um MPU/MCU de baixo custo como o host do sistema e comunica via I2C a 3,4 MHz ou SPI a 30 MHz. O motor de hardware é ideal para alimentar displays em dispositivos IoT ou unidades de controle industrial leve. Este motor de vídeo embutido opera com um consumo de energia relativamente baixo no modo ativo (2,4 mA) e em modo de espera (250 uA).

*FT801 com tecnologia EVE (Embedded Video Engine) simplifica a arquitetura do sistema para interfaces homem-máquina (HMIs) avançadas, fornecendo suporte para display, áudio e toque, bem como uma abordagem de arquitetura orientada a objetos que se estende da criação do display à renderização dos gráficos. *

Diagrama de blocos mostrando a implementação de um FT801x EVE

Encontrado na página 4 do datasheet do FT801x

Usar o motor de vídeo embutido certo pode suportar a exibição de gráficos bonitos em uma tela sensível ao toque. Muitos fornecedores oferecem controladores gráficos embutidos como ICs que suportam reprodução de alta resolução em formatos de vídeo populares. Alguns ICs de motor de vídeo embutido são embalados em placas de avaliação, dando mais controle sobre seu próximo produto com tela sensível ao toque ou sistema de controle industrial.

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