Intelligente Displays

Grafische Anwenderschnittstellen sind im professionellen und industriellen Umfeld nicht mehr wegzudenken. Eine ansprechende und ergonomische Benutzerführung über ein Touchdisplay entscheidet wesentlich über den Gebrauchswert von Maschinen und Geräten. Die Integration eines einfachen Displays als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) ist mit einem erheblichen Entwicklungsaufwand für die entsprechende Hard- und Software der Ansteuerungselektronik verbunden.

Bild 1: Die gut abgestimmte Kombination aus Management-Software und Display-Panel verringert den Entwicklungsaufwand. Demmel Products

Heute übliche LCD-Panels benötigen typischerweise einen 32-Bit-Mikrocontroller, ausreichend RAM- und Flash-Speicher sowie einen Display-Controller. Zudem müssen für ein ansprechendes Design teure Grafikbibliotheken erworben werden, bei denen oftmals erst eine Anpassung an die bestehende Hardware ansteht. Für diese Aufgaben ist bei den Entwicklern umfangreiches Know-how erforderlich. Nicht zu unterschätzen sind dabei fehlende oder unvollständige Spezifikationen. Unabhängig davon, ob die Ingenieure eine LCD-Ansteuerung von Grund auf neu entwickeln oder ein zugekauftes Board anpassen, rentiert sich ein solcher Entwicklungsaufwand erst bei großen Stückzahlen.

Intelligenz ist käuflich

Die von Demmel Products entwickelten intelligenten Displays enthalten alle für die Ansteuerung eines Displays notwendigen Komponenten bereits direkt auf dem Panel. Ein solches ILCD wird nicht mehr auf Pixelebene angesprochen, sondern fungiert als eigenständige Komponente, wobei die Einbindung in das Design über verschiedene Kommunikationsoptionen erfolgt. Zur Verfügung stehen RS232, USB, I²C, SPI oder TCP/IP. Auch bei komplexen Screen-Layouts müssen nur wenige Bytes von der Applikation an das Display gesendet werden. Die Kommunikation mit dem intelligenten Display ist deutlich einfacher und benötigt wesentlich weniger Rechenleistung als eine direkte Ansteuerung des Displays. Dadurch kann selbst bei großen Displays die Ansteuerung mit einem absoluten Low-Cost-Mikrocontroller erfolgen.

Bild 2: Font-Anti-Aliasing auf intelligenten Displays ist weltweit einzigartig. Demmel Products

Weil auf den ILCDs kein Betriebssystem sondern eine stabile Firmware läuft, treten keine Zeitverluste durch das Booten auf. Dies ist für manche Anwendungen eine Anforderung höchster Priorität. Die volle Funktionalität steht unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung zur Verfügung. Speziell bei kritischen Anwendungen sind intelligente Displays eine perfekte Alternative zu Panel-PCs. Ein möglicher Absturz einer Anwenderschnittelle kann den Stillstand einer mehrere Hunderttausend Euro teuren Maschine zur Folge haben oder es könnte vorkommen, dass eine Beeinflussung laufender Prozesse nicht mehr möglich ist. Wegen ihrer Robustheit erfüllen intelligente Displays selbst extreme Anforderungen der Industrieelektronik und der Medizintechnik.

Optionen für die Interaktion

Ein HMI visualisiert Zustände und bietet die Möglichkeit, aktiv in Vorgänge einzugreifen. Die zuverlässige Interaktion mit dem User geschieht zunehmend auch in Anwendungen im halböffentlichen und öffentlichen Raum wie zum Beispiel bei Ladestationen. Neben der funktionellen Robustheit sind dort mechanisch widerstandsfähige, vandalensichere und wetterfeste Installationen gefordert. Genau solchen Anforderungen genügen die ILCD-Modelle mit Projected Capacitive (PCAP) Touch-Technologie. Die Sensorik des kapazitiven Touchpanels befindet sich hinter Glas und ist daher robuster als beim resistiven Touchpanel, das physischen Druck zur Betätigung benötigt. Die Montage hinter bis zu 4 mm dickem Glas (Cover Glass) sowie Optical Bonding aller Komponenten sind möglich. Dabei verbindet ein spezieller Kleber, der den gleichen Brechungsindex hat wie Glas, das Cover Glass, das Touchpanel und das Display. Die daraus resultierende Verringerung der Reflexionen auf das absolute Minimum führt zu einer deutlich besseren Ablesbarkeit auch in sehr hellen Umgebungen, während die einstellbaren Touchpanel-Parameter die konkrete Einbausituation berücksichtigen. Weitere Konfigurationsparameter ermöglichen es, bis zu fünf Touchpoints gleichzeitig zu aktivieren.

Bild 3: ILCDs mit kapazitivem Multitouch ermöglichen den Einsatz in rauen Umgebungen. Demmel Products

Sowohl die resistiven als auch die kapazitiven ILCDs unterstützen bis zu 64 in ihren Abmessungen frei definierbare Touchfelder. Diese können beim Drücken oder Loslassen jeweils eine Aktion auslösen und ein frei definierbares, eindeutig zuordenbares Zeichen an die Applikation zurückzuliefern.

Charakteristisch für intelligente Displays sind neben der Touchpanel-Unterstützung ihr Controller, der On-Board-Speicher und die Anbindung über Standardschnittstellen. Die übrigen Displaymerkmale unterscheiden sich ebenso wie die darauf aufbauenden Features von Hersteller zu Hersteller. In allen ILCDs von Demmel Products sind ein schneller Controller, ein Flash- sowie ein RAM-Speicher am Panel integriert. Der 128-MByte-Flash-Speicher bietet Platz für Grafiken, Fonts, Textbausteine und Makros. Die Anzahl der Grafiken ist lediglich durch die Speichergröße begrenzt, und die können die Entwickler mit einer On-Board-MicroSD-Karte nochmals erweitern. Auch bei Updates der Nutzerapplikation im Feld und beim Abspeichern beliebiger Dateien wie beispielsweise applikationsspezifischer Log-Files ist diese Micro-SD-Karte hilfreich.

Diese intelligenten LCDs können beliebige Fonts speichern – und zwar dank Unicode auch mit Unterstützung für nicht-lateinische Sprachen und Schriften. In Verbindung mit Textbausteinen vereinfachen Unicode-Zeichensätze den internationalen Einsatz von Geräten erheblich. Sie ermöglichen es unter anderem, Texte in jeder gewünschten Orientierung mit Umbruch und Alignment darzustellen.

Bisher zeigen verfügbare intelligente Displays die Schriftzeichen so an, wie die jeweilige (Windows-) Entwicklungsumgebung sie anliefert. Dies führt zu einer pixeligen und treppchenförmigen Darstellung der Buchstabenränder. Ein deutlich besseres Schriftbild liefern die jetzt eingebauten Glättungsalgorithmen, die in Verfahren und Qualität einstellbar sind. Dieses für intelligente Touchdisplays weltweit einzigartige Font-Anti-Aliasing ist Standard in jedem neuen ILCD und in existierenden Anwendungen per Software-Update verfügbar.

Spezielle Screen-Design-Befehle ermöglichen hochwertige grafische Darstellungen, wobei dank vielfältiger Freiheiten bei den Funktionsparametern sogar die Generierung von Bildern mit 3D-Anmutung möglich ist. Grafische Elemente lassen sich entweder direkt am Panel erzeugen oder vorab in einem Bildbearbeitungsprogramm gestalten und dann als BMP-, JPEG-, PNG- oder Animated-GIF-Datei importieren sowie in den Speicher des Panels laden.

Durchgehende Lösung

Zur Projektierung stellt Demmel Products den ILCD Manager XE zur Verfügung – eine kostenlose IDE, mit der sich alle Panels aus der ILCD-Produktlinie einrichten, konfigurieren, programmieren und testen lassen. Die Software im aktuellen Windows-Layout ermöglicht eine intuitive Handhabung, und diverse Hilfefunktionen unterstützen die Entwicklung. Command Listing, Parameter Completion und Syntax Checking/Highlighting helfen direkt beim Erstellen des Projekts. Eine Auto-Help-Funktion öffnet ein zusätzliches Hilfe-Fenster mit einer ausführlichen Beschreibung. Diese Automatik-Funktionen sind abschaltbar. Die mitgelieferten Beispielprojekte demonstrieren die verschiedenen Funktionalitäten, liefern Design-Ideen und lassen sich bei Bedarf ins Projekt übernehmen. Hilfreich sind auch die Dokumentation sowie der auf der Homepage verfügbare Source-Code.

Intelligente Display lassen sich einfach und zeitlich gut planbar in die Anwendung integrieren. Die Ansteuerbarkeit über Standardschnittstellen und der Support vom Hersteller sind weitere Gründe für die erheblich beschleunigte Markteinführung von Produkten mit Mensch-Maschine-Schnittstelle. Im Vergleich zu anderen Lösungen sorgen intelligente Displays für die bessere Gesamtkostenposition im Bereich kleinerer bis mittlerer Stückzahlen. Gerade kleineren Unternehmen bietet sich damit die Chance, sich mit einem Design nach dem neuesten Stand im Wettbewerb zu behaupten.

(av)