TFT plus COM – gemeinsam für skalierbare Human-Machine-Interfaces

Immer wieder haben die Kunden des Distributors Glyn die TFT-Module mit den COM-Boards (Computer-on-Module) aus dem selbem Hause verheiratet. Klar, dass sich die Experten in Idstein fragten, ob man den Kunden nicht gleich eine komplette Lösung anbieten könnte. Als ersten Schritt entwickelten sie die Family-TFTs mit einheitlicher TFT-Schnittstelle. Darauf folgten skalierbare COM-Module. Nun bringt Glyn mit seinem Entwicklungspartner Ka-Ro die „COMpact TFT“ getaufte Symbiose aus TFT und COM-Board auf den Markt. Für Glyn stellt dieses Produkt die logische Weiterentwicklung im Bereich industrieller TFT-Anwendungen dar.

Bild 1: Auf der Rückseite der Module aus der TX-Familie von Ka-Ro ist der Modul-Connector zu erkennen, mit dem sich die COMs flexibel erweitern lassen.Glyn

Das erste Produkt ist das „COMpact TFT 7 Zoll“. Es lässt sich beliebig mit den Modulen der Ka-Ro TX-Familie kombinieren. Diese Module besitzen schon heute eine breite Akzeptanz in unterschiedlichsten Marktsegmenten, da sie außergewöhnlich gut skalieren, eine umfassende Langzeitverfügbarkeit aufweisen und ein breites Spektrum an Peripherie verfügbar ist. Hierzu befindet sich auf der Rückseite des TFT der Modul-Connector (Bild 1). Das skalierbare Modulkonzept minimiert das Designrisiko und optimiert Entwicklungszeit und Kosten. Die Langzeitverfügbarkeit der TX-Module reicht bis zehn Jahre und die TFTs sind mindestens sieben Jahre lang verfügbar. Damit erreichen die Kunden eine hohe Zukunfts- und Investitionssicherheit in einem ansonsten recht kurzlebigen Applikationsfeld.

Für anspruchsvollere Aufgaben empfiehlt sich das TX6DL-Modul, das auf dem ARM-Prozessor i.MX6U7 von Freescale basiert. Es kommt im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C. Neben den beiden 800 MHz taktenden ARM Cortex-A9-Kernen hat Freescale auch Grafikprozessoren und eine Full-HD-Video-Processing-Engine (1080 p) integriert. Das gibt dem Modul eine erstklassige Multimedialeistung. In der Einstiegsklasse für einfache grafische Anwendungen, etwa einem TFT-basierten Eingabepanel, reichen die ARM9-Module der TX-Reihe aus. Diese sind zu einem günstigen Einstiegspreis zu haben. Um dem gehobenen Speicherbedarf neuerer Betriebssysteme wie Android entgegenzukommen, zeigt Glyn auf der diesjährigen Embedded World neben dem „COMpact TFT“ auch noch ein neues TX-Modul mit einem i.MX6-Prozessor und 8 GByte eMMC-Speicher on Board.

Bild 2: Das COMpact-TFT-Starterkit ist mit Metallgehäuse und Adapterplatinen sehr flach.Glyn

Kompakt und gut verbunden

Die Eheleute COM und TFT kommen mit recht wenig Raum aus: Das TFT mit seiner Steuerplatine ist sehr flach ausgelegt. Trotz eingestecktem COM-Board ist das Modul weniger als 15 mm dick. Die äußeren Abmaße betragen 171 ±0,5 mm mal 108 ±0,5 mm. Wegen seiner Kompaktheit lässt sich das „COMpact TFT 7 Zoll“ sehr einfach in ein eigenes Gehäusedesign integrieren. Ein einfaches Gehäuse, realisiert über eine Metallabdeckung, ist in Bild 2 zu sehen. Das Starterkit sowie die Metallabdeckung sind bei Bedarf über Glyn erhältlich. Die Abdeckung unterstützt insbesondere leistungsfähigere Module wie das TX6DL beim Wärmemanagement. Zum Betrieb des Starterkits genügt eine einzelne Eingangsspannung von +5 V.

Bild 3: Das Blockdiagramm zeigt die Peripherie des „COMpact TFT“.Glyn

Für den Zugriff auf die Peripherie (Bild 3) sind einfache Stiftleisten im 2,54-mm-Raster vorhanden. Das ist sehr praktisch: Anwender können bei Bedarf einfach eine eigene Adapterkarte ohne eine Buchse unterschieben und diese direkt mit den Stiften verlöten. Oder noch einfacher direkt Leitungen anstecken, die zu den Buchsen ihrer Adapterkarte führen. Somit bietet das „COMpact TFT“ einen sehr flexiblen Ansatz bei der Gerätekonstruktion. Glyn sieht darin einen klaren Vorteil gegenüber Standard-HMI-Lösungen mit ihren fest platzierten Steckerbuchsen.

Um das TFT-Modul mit mehr Speicher auszustatten, steht noch ein Micro-SD-Steckplatz zur Verfügung. Des Weiteren befindet sich eine Batteriehalterung für eine Lithiumzelle auf der Platine. Diese versorgt dann die Echtzeituhr auf dem TX-Modul.

Bild 4: Auf der linken und rechten Seite ist das Board mit umfangreichen Interfaces ausgerüstet.Glyn

Peripherie im Detail

Auf der rechten und linken Seite des Boards stehen jeweils Pins mit diversen Interfaces zur Verfügung (Bild 4). Alle Signale auf der rechten Seite kann man direkt ohne weitere Bauteile an externe Steckverbinder anschließen! Sie verfügen über ESD- und EMV-Schutz. Zu den direkten Schnittstellen gehören:

• 10/100BASE-TX Ethernet
• USB Host only
• USB Host/Client/OTG
• Stereo audio headphone output
• Mono microphone input
• RS232 Debug UART

Auf der linken Seite befinden sich 3,3-V-TTL-Schnittstellen. Hierzu gehören CAN, I²C, SPI, SDIO, zwei UARTs, CMOS-Sensor-Schnittstelle und GPIOs. An die Anschlüsse des SDIO (für eine SD-Karte) kann man direkt ein WLAN- und/oder Bluetooth-Modul implementieren.

Bild 5: Das Starterkit ist hier mit zwei Adapterplatinen ausgerüstet, die auf jeder Seite die Buchsen für die jeweiligen Interfaces bestückt haben.Glyn

Adapterplatinen können das Design mechanisch und elektrisch komplettieren. Diese kann ein Elektronik-Entwickler dank des guten Zentralplatinen-Designs sehr einfach selbst entwerfen. Alternativ gibt es von Glyn zwei Referenzplatinen (Bild 5) für das COMpact-TFT-Starterkit. Diese besitzen Bohrungen, um sie in einem Gehäuse zu befestigen. Auf der rechten Adapterplatine befinden sich Steckerbuchsen für Ethernet, USB-Host (USB-A), ein Mini-USB-Stecker (USB OTG), eine 3,5-mm-Klinke für die Spannungsversorgung und die (Debug-)UART. Die zweite Adapterplatine (links) verfügt über einen CAN-Stecker und den dazugehörigen Transceiver, sowie eine UART.

Kapazitiver Touchscreen

Bei dem verwendeten TFT handelt es sich um ein Sieben-Zoll-Display inklusive kapazitivem Touch der Firma EDT. Es hat eine WVGA-Auflösung (800 × 480 Pixel), sowie LED-Backlight. Die Touch-Sensoren bestehen aus zwei Gläsern, zwischen die eine hauchdünne, beinahe unsichtbare Schicht von ITO (Indium Tin Oxide) aufgebracht wird. Polytouch-Sensoren haben eine hohe mechanische Stabilität sowie erstklassige optische Eigenschaften. Der Touchscreen kann bis zu fünf Finger klar voneinander unterscheiden. Das Touchglas hat von Haus aus eine Oberflächenhärte von 7 H, was es auch ohne zusätzliche Frontscheibe sehr widerstandsfähig macht.

Vorsatzscheiben sind aber nicht nur als Schutz für das Display interessant. Immer mehr Applikationen nutzen diese Komponente als Design­ele­ment. Damit der Touch-Sensor eine Berührung durch eine Frontscheibe hindurch erkennt, muss der Entwickler bestimmte Parameter im Touch-Controller ändern. Hier bieten Glyns Polytouch-Produkte komfortable und übersichtliche Funktionen. So können mehrere Millimeter Glas oder PMMA auf das Touch aufgebracht werden.

Allerdings sind hier Einschränkungen zu beachten. Je größer die Materialstärke ausfällt, desto geringer ist die Permittivität (Dielektrizitätszahl) und umso schlechter wird die Touch-Auswertung. Da Kunststoffe noch stärker isolieren als Glas, gilt hier als Daumenwert, dass man bei solchen Werkstoffen nur die halbe Materialstärke von Glas verwenden kann. Hinzu kommt die Problematik des Luftspaltes zwischen Frontscheibe und Touch. Dieser ist so gering wie möglich zu halten, da er höchst isolierend wirkt. Als Richtwert kann man davon ausgehen, dass 0,5 mm Luft eine ähnliche Wirkung wie 4 mm Glas haben.

Idealerweise verklebt man die Touchoberfläche und Frontscheibe (Optical Bonding). Glyn hat bereits mehrere TFT-Projekte mit individuellen Vorsatzscheiben umgesetzt, daher können die Spezialisten des Hauses Kunden zu diesem Thema gut beraten.

Betriebssysteme und Tools

Es stehen Board-Support-Packages standardmäßig für Windows Embedded Compact 7 und Linux zur Verfügung. Darüber hinaus kann auf den performanteren Modulen Android genutzt werden. Um einen einfachen Einstieg in die Embedded-Linux-Welt zu geben, ist Glyn eine strategische Partnerschaft mit dem Unternehmen Kernel Concepts eingegangen. Der Distributor kann somit das Toolkonzept „µCross“ anbieten.

Dieses Cross-SDK bietet die komplette Toolchain für das Target, geht aber über die Funktionalität einer einfachen Toolchain weit hinaus. Es erweitert diese um Funktionen zur vollständigen Applikationsentwicklung bis hin zu grafischen Oberflächen. Mit dem µCross-SDK ist es möglich, bekannte Entwicklungswerkzeuge wie Eclipse, Qt-Creator oder Anjuta/Glade zu verwenden.

Gemeinsam stark

Glyn sieht in „COMpact TFT“ die optimale Symbiose aus mechanischer und COM-modularer Flexiblität. Dadurch haben Anwender mehr Zeit sich auf ihre Kernkompetenzen zu konzentrieren, und dennoch eine Beinahe-Individuallösung einsetzen.

(lei)