Der Einsatz von Touch-HMIs hatte eine einschlagende Wirkung. Woran liegt es, dass Touchanwendungen das Ergebnis bringen, das mit alternativen Methoden nicht erreicht werden konnte?

Gordon Lunn, FTDI Chip

Gordon Lunn, FTDI Chip FTDI

Gordon Lunn und Marco Jung: Grundsätzlich bieten HMIs eine sehr effektive Möglichkeit, mit moderner Technik zu interagieren. Gut abgestimmte HMIs optimieren die Benutzererfahrungen und führen somit insgesamt zu noch intuitiveren und effizienteren Steuerungsprozessen bei den unterschiedlichen Komponenten elektronischer Anlagen. Mit HMIs sind Hersteller in der Lage, ihre Produkte von denen der Wettbewerber abzuheben.

HMIs entscheiden also über Erfolg oder Misserfolg eines Produktes?

Dies ist in der Tat immer häufiger der Fall. Werden HMIs in Produkten nicht sorgfältig genug umgesetzt, wirkt sich dies nachteilig auf die Verwendung des Produkts aus, mit der Folge, dass es sich langfristig nicht durchsetzen kann. Deshalb ist es wichtig, dem HMI-Teil bei der Planung elektronischer Systeme ausreichend Beachtung zu schenken.

Welche Dynamik hat derzeit einen Einfluss auf den HMI-Sektor?

Es entstehen permanent neue Möglichkeiten für touchbasierende HMIs. Bei Konsumgütern wie Smartphones, MP3-Playern und Tablet-PCs sind sie schon nahezu allgegenwärtig. Bereiche wie beispielsweise Steuerungsanwendungen in der Industrie, Einzelhandel oder Medizin sind jedoch noch unterversorgt. Wir haben uns in bestimmten Bereichen unseres Alltags schon so an Touchanwendungen gewöhnt, dass wir sie auch bei anderen Tätigkeiten nicht mehr missen möchten.

Welche Anwendungen können Sie sich vorstellen?

Marco Jung, Glyn

Marco Jung, Glyn Glyn

In der Industrie, zum Beispiel in Produktionslinien, können Touch-HMIs die Produktivität durch beschleunigte Steuerungsvorgänge erhöhen. Neben der Steigerung der Produktivität – und somit der Rentabilität – ergeben sich hier noch weitere finanzielle Vorteile. Der Einsatz dieser Technik reduziert den Einweisungsaufwand für die Bediener, da sich die Steuerung der Maschinen insgesamt vereinfacht. In der Medizin sorgen Touch-HMIs für einen besseren Zugang zu Informationen, sodass sich die geeignete Therapie schneller wählen und Diagnosen präziser stellen lassen. Auch Unternehmen im Bereich Hausautomationssysteme investieren derzeit viel in diese Technik. Und wir werden uns von linearen Achtsegmentanzeigen und rudimentären Tastenfeldern verabschieden müssen, die bisher vom Betrieb von Heizkesseln und Sicherheitsalarmen bekannt sind. Von jeher hoch problematisch gestaltet sich ihre Bedienung mit zusätzlichen Funktionen und Daten noch schwieriger.  Touch-HMIs bieten mehr Flexibilität, da sich die Bedienfelder von Verkaufsmaschinen oder industriellen Anlagen ohne Änderung der Kernmechanismen der Systeme aktualisieren lassen. Bereits die bloße Änderung der Programmierschnittstellen reicht hier aus. Vor diesem Hintergrund stellte Technavio die Prognose auf, dass bis zum Ende des Jahrzehnts auf dem weltweiten Touchscreen-Markt mit einem jährlichen Gesamtwachstum von etwa 5,5 Prozent zu rechnen sei. Anwendungen außerhalb des Konsumgüterbereichs sollen massiv zu diesem Wachstum beitragen. Allerdings sind dann zunehmend Entwicklungsleistungen bei Merkmalen und Funktionen erforderlich.

In welchen Bereichen wird es insbesondere auf die Displaygröße ankommen?

Touchscreens, die die Migration auf großformatige Displays mit einer höheren Farbtiefe zulassen, ermöglichen detailliertere Bild- und Videoinhalte und steigern so die Kundenzufriedenheit.  Diese touchaktivierten HMIs müssen in den meisten Fällen höhere Auflösungen der Touchsensoren und die Kapazität eines Multitouch-Betriebs bieten. Ein weiteres wichtiges Attribut stellen zukünftig sicherlich Videoabspielfunktionen dar. Wie bei Konsumgütern wird auch bei Handheld-Anwendungen wie RFID-Scannern, Prüf- und Messgeräten und anderen die Bedeutung der Display-Drehung zunehmen.

Was steht hinter der Nachfrage nach Multitouch-Anwendungen?

Die Möglichkeit der parallelen Festlegung mehrerer Toucheingaben erweist sich in einer Vielzahl von Anwendungen als sehr vorteilhaft und sorgt im Endeffekt dafür, dass komplexe Vorgaben unterschieden werden können. Mit dieser Funktionalität lassen sich die am Display angezeigten Elemente mit zwei Fingern vergrößern oder verkleinern oder mit einer Drehbewegung mehrerer Finger in anderer Form ausrichten. Diese Funktion wird zukünftig nicht auf den Bereich Konsumgüter beschränkt bleiben.

Welche Anwendungen werden wohl in Zukunft mit Videoabspielfunktionen ausgestattet?

Die Nutzung von Videoinhalten ist an vielen Stellen durchaus sinnvoll. Ein Beispiel dafür sind Kurzfilme auf Displays von Anlagen, die Bediener einweisen. Im Büro ließe sich beispielsweise an Druckern oder Kopierern zeigen, wie sich ein Papierstau beheben lässt, und im Hotel oder Restaurant könnte man den Gästen die Bedienung der Kaffeemaschine erläutern oder sie über besondere Gerichte informieren. Ein weiteres Beispiel sind kurze eingespielte Sequenzen in Aufzügen von Kaufhäusern, die die Kunden über die in den jeweiligen Stockwerken angebotenen Produkte informieren. Denkbar sind auch einfache HMI-Anwendungen bei Haushaltsprodukten wie beispielsweise an Waschmaschinen, die die erreichte Waschstufe anzeigen.

In welchen Bereichen besteht derzeit ein Interesse an diesen fortschrittlichen HMIs?

Die OEMs, die verschiedene Industriezweige versorgen, setzen derzeit die Messlatte für HMIs, die sie in ihren Produkten verbauen, etwas höher. Dies umfasst sämtliche Bereiche, von Haushaltsgeräten, Messsystemen und Verkaufsanlagen bis hin zu Systemen im Bereich Gebäudeautomation, Prüfgeräte und Ausgabemaschinen.

Mit welchen Folgen rechnen Sie hier für die Halbleiterindustrie?

Dies stellt die Hersteller der entsprechenden integrierten Schaltungstechnik vor einige besonders anspruchsvolle Herausforderungen. Sie stehen reichlich unter Druck, da sie Lösungen entwickeln müssen, die dieses zusätzliche Leistungsniveau bieten, um die komplexeren HMIs mit den weiter gefächerten Funktionen entwickeln zu können. Erschwerend kommen verschiedene Anforderungen im Zusammenhang mit den Trägerplatten hinzu. So muss die Anzahl der Komponenten möglichst gering gehalten werden, um den Platzbedarf der Trägerplatte und die Werkstoffkosten zu reduzieren, der Stromverbrauch muss auf ein Mindestmaß verringert werden und die Entwicklungsdauer muss kurz sein, um die Zeit bis zur Marktreife zu verkürzen.

Wie reagiert FTDI auf diese Anforderungen?

Das Engineering-Team von FTDI hatte schon früh erkannt, dass der klassische Ansatz der HMI-Implementierung auf lange Sicht nicht ausreicht und die Kluft zwischen dem, was nachgefragt wird, und dem, was angeboten werden kann, immer größer würde, wenn man nicht entsprechend gegensteuert. So haben wir einen ganz neuen Ansatz für HMIs entwickelt, der auf einer objektorientierten Topologie aufbaut. Der Höhepunkt hierbei war die Einführung der Embedded-Video-Engine-Serie (EVE) für Grafik-Controller-ICs.

Inwiefern unterscheidet sich EVE von anderen HMI-Lösungen?

EVE-Geräte ermöglichen eine wesentliche Reduktion der zur Entwicklung effektiver HMIs erforderlichen Anzahl an Halbleitern, weil die Display-, Touch- und Audioelemente nur einen einzigen Chip benötigen. Im Wesentlichen arbeitet der objektorientierte Ansatz der EVEs in eben dieser Form. Die Bild- und Audioinhalte, die das HMI benötigt, werden als Sammlung von Objekten mit vordefinierten Eigenschaften behandelt. Bei Objekten kann es sich um Bilder, Schriften, Vorlagen, Überblendungen und um Töne handeln, zum Beispiel Piep- oder Zirptöne. Anstelle komplexer Elemente, die jeweils aus vielen Pixeln bestehen und sich schwer wiedergeben lassen, werden EVE-Bilder Zeile für Zeile wiedergegeben. Dies vermeidet die normalerweise erforderlichen großen Flash-Speicher sowie die zu deren Unterstützung nötigen Bildspeicher und breiten Parallelbusse.

Welche Produkte sind aktuell für Anwender verfügbar?

Die erste FT80x-Serie hat FTDI inzwischen durch die zweite Generation der EVE-Geräte, die FT81x-Serie (EVE-2), erweitert. Diese Serie hat die technischen Entwicklungen weiter vorangetrieben und größere Displays von mehr als 7 Zoll mit höheren Auflösungen von 800 mal 600 Pixeln ermöglicht. Verbesserte Algorithmen sorgen für das problemlose Abspielen von Videos. Eine weitere neue Funktion ist die drehbare Anzeige. Damit kann der Anzeigeninhalt um 90 Grad gedreht werden, damit Benutzer die Möglichkeit haben, zwischen Quer- und Hochformat zu wechseln. Zudem eignet sich die objektorientierte Methodik von EVE auch sehr gut für animierte Inhalte. Da die angezeigten Bilder als Objekte behandelt werden, erfolgt die Wiedergabe von Bewegungen durch die kontinuierliche Aktualisierung der Objektkoordinaten, ohne bei der Aktualisierung des Displays jedes Mal das ganze Bild nachzeichnen zu müssen. Zudem lassen sich die Objekte an verschiedenen Positionen wiederholen, ohne zusätzliche Inhalte anlegen zu müssen, was sich vorteilhaft auf die Systemspeicherressourcen auswirkt.

Welchen Support rund um EVE und HMI bietet der Distributor?

Als Distributor bietet Glyn neben dem deutschsprachigen hardwarenahen Support für EVE auch das auf EVE basierende Hardwarekonzept A.D.A.M. (Advanced Display Application Module). Es handelt sich dabei um ein „Intelligentes Display“ mit integriertem EVE-1 oder EVE-2 Chip, welches TFT und Grafikcontroller auf nur einer einzigen Platine vereint. Dabei ist der Chip auf der Rückseite des Displays bereits integriert. Das A.D.A.M.-Konzept ist derzeit in den Displaygrößen 2,8 bis 7 Zoll erhältlich. Mit EVE erfolgt die Ansteuerung des Displays direkt über QSPI, SPI oder I2C, wodurch sich ein zusätzlicher Grafiktreiber erübrigt. A.D.A.M. ist losgelöst von der Steuerplatine montierbar, da sich über QSPI, SPI oder I2C selbst längere Kabelwege sicher überbrücken lassen. Das Display wird über ein 16-poliges Folienkabel angeschlossen und benötigt lediglich eine 3,3-V-Spannungsversorgung. Die A.D.A.M.-Familie ist durch den einheitlichen Anschluss und die standardisierten Befehle des FT80x/FT81x untereinander kompatibel und leicht auszutauschen. So ist ein schneller Wechsel zwischen Displaygrößen von 2,8 bis 7 Zoll möglich, egal ob resistiv oder kapazitiv oder ohne Touchfunktion.