Mae paneli rheoli diwydiannol yn feysydd chwarae mecanyddol, sy'n cynnwys switshis a botymau, potensiomedrau llinol neu gylchdro a yrrir gan olwynion a llithryddion. Gan eu bod yn fecanyddol, gallant ddod yn ffynonellau problemau, o gymalau sodro i rannau symudol. Wedi'i adeiladu ar gyfer set benodol o dasgau rheoli, mae'n anodd, os nad yn amhosibl, ailgyflunio'r bwrdd ar gyfer unrhyw beth arall. Nid ydynt yn hawdd i ddysgu sut i'w defnyddio, ac ar gyfer gweithrediadau cymhleth, maent yn aml yn cyd-fynd â sgriniau i arddangos statws y ddyfais.
Heddiw, mae'r rhain yn frîd sy'n marw. Yn lle hynny, mae dyfeisiau newydd yn gwbl gadarn; maent yn defnyddio padiau cyffwrdd ar sgriniau a yrrir gan GUIs (Rhyngwynebau Defnyddiwr Graffigol). Trwy newid delwedd y sgrin, mae ardaloedd uwchben y panel cyffwrdd yn cysylltu'n weledol â gwahanol swyddogaethau. Mae hyn yn golygu y gellir nid yn unig ad-drefnu'r system ond hefyd arwain defnyddwyr trwy weithrediadau-efallai yn ystod cychwyn neu gau i lawr, neu pan fydd anomaleddau'n digwydd. Er bod y dull hwn yn cynnig rhyngwyneb mwy cadarn, haws-i'w-lanhau gyda goddefgarwch amgylcheddol ehangach, daw am gost: meddalwedd, meddalwedd cymhleth yn aml.
Yn naturiol, mae'r dyfeisiau amrywiol a reolir gan y sgrin eu hunain yn cael eu rheoli gan broseswyr a meddalwedd. Mae peiriannau unigol yn cyfathrebu â'i gilydd ac â rheolwr cyffredinol y system trwy ryw fath o fws, fel CAN neu Ethernet Diwydiannol. Mae angen elfennau rheoli amser real cadarn yn aml, a gall rhaglenni fod yn hollbwysig i ddiogelwch. O ganlyniad, rhaid dylunio pensaernïaeth y system gyfan i ynysu'r rheolydd sgrin gyffwrdd a GUI o ddata cyffredinol y system, ac eithrio trwy ryngwynebau sydd wedi'u diffinio'n ddiogel. Mae hyn yn sicrhau nad yw unrhyw faterion gyda'r meddalwedd GUI yn peryglu diogelwch y system gyfan neu ddyfeisiau unigol.
Gall yr ynysu hwn ddeillio o redeg yr holl weithgareddau GUI a sgrin gyffwrdd ar brosesydd ar wahân sy'n rhedeg-system weithredu gyffredinol, tra'n rheoli gweithgareddau sy'n cael eu rhedeg ar-system weithredu amser real ar ei phrosesydd ei hun. Gall y proseswyr fod yn ddyfeisiau corfforol annibynnol, creiddiau annibynnol ar sglodyn sengl, neu greiddiau rhithwir a grëwyd gan feddalwedd rhithwiroli.
Yn yr erthygl hon, er y byddwn yn archwilio rheolwyr sy'n gorfforol annibynnol, mae'r rhan fwyaf o'r drafodaeth hefyd yn berthnasol i reolwyr sgrin gyffwrdd sy'n rhedeg o fewn creiddiau rhithwir.
Ffigur 1: Rheolaeth sgrin gyffwrdd mewn amgylchedd AEM diwydiannol. Yn y senario hwn, mae'n ymddangos bod yr un MCU / MPU yn rhedeg dwy ddyfais: un wedi'i gysylltu â'r PLC trwy fws CAN, a'r llall yn gweithredu'r rhyngwyneb sgrin gyffwrdd.
Technoleg Sgrin
Er bod technolegau sgrin gyffwrdd lluosog yn bodoli, technolegau capacitive a gwrthiannol yw'r ddau fwyaf cyffredin a dominyddol yn y farchnad.
Mae sgriniau gwrthiannol fel arfer yn cynnwys dwy haen o wydr neu blastig wedi'u gwahanu gan fwlch aer. Mae un haen yn cynnwys gwifrau dargludol llorweddol, tra bod gan yr haen arall wifrau fertigol. Mae pwysau a roddir ar yr haen uchaf yn cysylltu'r gwifrau hyn, gan ddarparu cyfesurynnau XY. Er bod manylion gweithredu penodol yn amrywio, mae'r sgrin fel arfer yn cysylltu â rheolydd trwy bedwar porthladd.
Mae sgriniau synhwyro cynhwysedd yn defnyddio technegau manwl amrywiol ond yn dibynnu ar sylweddau dargludol (fel bysedd) i newid cynhwysedd ardal y sgrin, yna canfod y newid hwn fel cyfesurynnau XY. Mae gan synhwyro cynhwysedd gyfyngiadau mewn cymwysiadau diwydiannol: os yw bysedd y tu mewn i fenig, yn enwedig menig gwaith trwm, efallai na fydd digon o newid cynhwysedd i'w fesur, a gall ffactorau amgylcheddol fel allyriadau RF effeithio ar gynhwysedd. Mae'r ddwy dechnoleg yn cefnogi mewnbwn amlgyffwrdd-er enghraifft, dau fys yn ymledu neu'n pinsio at ei gilydd i chwyddo i mewn neu allan ar elfennau GUI.
Mae meintiau sgrin yn amrywio'n sylweddol. Ar un pen i'r sbectrwm mae arddangosfeydd mawr 32 modfedd gan weithgynhyrchwyr fel 3M; ar y llall, sgriniau mor fach â 3.5" croeslin (2.83" x 2.07").
GUI
Mae'r sgrin gyffwrdd yn dangos rhyw fath o GUI. Gall hwn fod yn ryngwyneb generig, fel fersiwn o Windows, neu gall fod yn rhyngwyneb a gynhyrchir yn benodol ar gyfer y rhaglen. Yn amlwg, bydd faint o gof sydd ar gael yn y rheolydd yn ffactor arwyddocaol wrth ddewis y rhyngwyneb. Mae ffactorau eraill yn cynnwys cymhlethdod yr arddangosfa ofynnol, cyfyngiadau cost, a maint yr arddangosfa.
Nid yw ansawdd y delweddau a arddangosir bob amser yn cael ei archwilio'n drylwyr. Anaml y bydd dewis ychydig o symbolau neu eiconau o lyfrgell a'u gosod ar y sgrin yn ddigon. Mae ymchwil sylweddol yn bodoli ar ddylunio rhyngwyneb, ac mae’n ymddangos bod grŵp o fewn yr ISA (Cymdeithas Ryngwladol Awtomeiddio) yn gweithio ar safon ISA101.
Ffigur 3: Mae Atmel yn ymgorffori rhyngwynebau sgrin gyffwrdd pwrpasol mewn llawer o'i broseswyr, gyda rhai hefyd yn cynnwys caffael caledwedd QTouch fel rhyngwyneb ymylol pwrpasol.Microreolyddion
Mae llawer o weithgynhyrchwyr microreolyddion bellach yn cynnig cymorth synhwyro cyffwrdd, er bod y rhain fel arfer wedi'u targedu at ddyfeisiau llaw a chludadwy. Yn y sector diwydiannol, mae Atmel wedi bod yn chwaraewr allweddol, yn enwedig ar ôl iddo gaffael Quantum Research, gwneuthurwr-dyfeisiau cyffwrdd-sensitif-yn benodol llithryddion, olwynion, a botymau. Y tu hwnt i'w reolwyr sgrin gyffwrdd ymroddedig AT42QT helaeth, datblygodd y cwmni lyfrgell meddalwedd rheoli sgrin gyffwrdd QTouch ar gyfer microreolwyr ac ychwanegodd "sianel gyffwrdd" ar gyfer rhyngwynebu sgriniau cyffwrdd â nifer o deuluoedd proseswyr, gan gynnwys cyfresi AVR UC3 ac AT Mega a X Mega, yn ogystal â rheolwyr LCD. Mae rhai modelau, fel rhai aelodau o'r gyfres tinyAVR, hefyd yn ymgorffori caffael caledwedd QTouch. Cefnogir y microreolyddion hyn gan amrywiaeth o becynnau datblygu a gwerthuso.
Mae Texas Instruments (TI) wedi datblygu cyfres o raglen sgrin gyffwrdd "Modelau Arddangos Clyfar" yn seiliedig ar brosesydd ARM Cortex-M3 Stellaris. Mae'r rhain yn ddyluniadau cyfeirio ac yn cael eu cefnogi gan sgematigau, biliau deunyddiau, ffeiliau Gerber ar gyfer cynllun PCB, a chymwysiadau sampl. Ar ben hynny, bydd TI yn ehangu y tu hwnt i'r cwmpas hwn ac yn cynnig y modiwlau ar gyfer gwerthiannau cyfaint, gan symleiddio cynhyrchu ar gyfer cymwysiadau penodol. Mae tri model ar gael, pob un yn targedu cymwysiadau diwydiannol gyda-proseswyr caledu. Mae'r opsiynau'n cynnwys Pŵer dros Ethernet a Gigabit Ethernet, pob un yn cynnwys sgrin 2.8{{{{{{{{{{{{3})modfedd gydag opsiwn sgrin 3.5-modfedd mwy. Cefnogir y cynhyrchion hyn gan lyfrgelloedd meddalwedd a graffeg Stellaris, ynghyd â'r ecosystem ehangach o amgylch y Cortex-M3.
Mae Infineon wedi cyflwyno rheolydd synhwyro cyffwrdd fel un o'r rhyngwynebau ymylol ar gyfer ei ficroreolyddion XC82x a XC83x 8-bit. Mae'r rheolydd wedi'i gynllunio'n bennaf ar gyfer botymau LED syml, llithryddion, neu baneli olwyn, gan rannu'r rhyngwyneb sgrin â'r rheolwr matrics LED trwy amlblecsio rhannu amser.
Mae microsglodyn wedi datblygu technoleg synhwyro capacitive "Metal Cap". Mae'r dechnoleg hon yn gosod panel blaen (a all fod yn ddur di-staen, alwminiwm, neu ddeunyddiau addas eraill) ar PCB, gyda bwlch aer bach rhyngddynt. Mae'r symbolau ar yr wyneb uchaf yn cynrychioli synwyryddion ar y PCB. Mae pwysau yn achosi i'r wyneb uchaf wyro, gan newid y bwlch rhwng y panel a'r synwyryddion, a thrwy hynny newid y cynhwysedd. Yn dibynnu ar y cais, gall meddalwedd rheoli wahaniaethu rhwng cyffyrddiadau meddal a chaled. Mae Metal Cap yn arbennig o berthnasol ar gyfer amgylcheddau diwydiannol sy'n gofyn am newid syml, ac mae llyfrgell feddalwedd mTouch yn cefnogi cyffwrdd capacitive. Mae llawer o aelodau 8-did, 16-did a 32-did o deulu microreolydd PIC yn cefnogi'r nodwedd hon. Fe'i cyfunir â rheolaeth arddangos, rhyngwynebau bws CAN, a rhyngwynebau USB mewn rhai cynhyrchion. I gefnogi'r cais hwn, rydym yn cynnig ystod o becynnau datblygu a gwerthuso.
Ffigur 4: Mae synhwyrydd "metel-gorchuddio" microsglodyn yn defnyddio panel metel sy'n anffurfio i newid cynhwysedd.
Defnyddir y mwyafrif helaeth o gynhyrchion microreolyddion ar gyfer rheoli sgriniau cyffwrdd mewn dyfeisiau cludadwy a llaw. Mae llawer o gyflenwyr microreolyddion wedi datblygu llyfrgelloedd rheoli sgrin gyffwrdd sy'n rhedeg ar eu cynhyrchion safonol, gan gyfathrebu â rheolwyr trwy sianeli pwrpas cyffredinol cyffredinol I/O (GPIO). Er y gellir defnyddio'r llyfrgelloedd hyn mewn cymwysiadau rheoli diwydiannol, efallai na fydd y proseswyr sy'n eu rhedeg yn gwrthsefyll yr amodau llym sy'n gysylltiedig ag amgylcheddau diwydiannol fel arfer. Mae hyn yn arbennig o wir pan fydd dylunwyr microreolyddion yn blaenoriaethu defnydd pŵer isel-nid yw'n syndod ar gyfer dyfeisiau cludadwy lle mae bywyd batri yn parhau i fod yn bryder mawr.
Bydd rhyngwynebau sgrin gyffwrdd yn chwarae rhan gynyddol hanfodol mewn awtomeiddio diwydiannol oherwydd eu cadernid cynhenid a'u gallu i wrthsefyll realiti llym amgylcheddau gweithgynhyrchu. Fodd bynnag, er ei bod yn ymddangos yn hawdd i'w defnyddio, rhaid i ddylunwyr roi sylw manwl i ddyluniad rhyngwyneb a'r berthynas rhwng meddalwedd rhyngwyneb a rhaglenni diogelwch sy'n rhedeg meddalwedd hanfodol er mwyn iddynt weithredu'n effeithiol.