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Intelligente Displays| Mit Display-Modulen schneller auf den Markt

Erstellt von Nikolai Schnarz, Product Sales Manager Professional Monitors & Applications, Rutronik |

Die Anforderungen an Displays haben sich stark verändert: Auch bei industriellen Applikationen erwarten Anwender ansprechende Benutzeroberflächen mit Touchscreen und interaktiver Darstellung sowie intuitive Bedienbarkeit. Hier lohnt es sich, über Display-Module nachzudenken.

Intelligente Displays kommen bereits mit einem integrierten Controller-Board inklusive Grafik-Prozessor. So können sie ohne weitere Komponenten, wie PC oder Single-Board-Computer, sowohl zur Anzeige als auch zur Steuerung von Geräten mit bi-direktionaler Kommunikation genutzt werden. Besonders bei geringen oder mittleren Produktionsvolumen bieten sie deutliche Vorteile gegenüber klassischen Displays: Müssen alle Komponenten einzeln integriert werden, bedeutet das einen großen Zeitaufwand und hohe Entwicklungskosten. Die Entwickler müssen jeden Schritt des Design-In von der Auswahl geeigneter Mikrocontroller, Grafik-Controller und Treiber über das Board-Design und die Programmierung bis hin zum Test und der GUI-Entwicklung (Graphic User Interface) selbst übernehmen. Gerade bei kleineren Stückzahlen können die Kosten und der Aufwand so schnell in einem Ungleichgewicht zum Nutzen stehen oder gar die Ressourcen eines Unternehmens übersteigen.

So sind zum Beispiel beim Einsatz eines Displays in TFT-Technologie mit 4,3"-Diagonale (Kosten ca. 40€) inklusive eigenständigem Design zwei Ingenieure sechs Monate lang beschäftigt. Ein TFT-Display-Modul (Kosten ca. 59€) hingegen kann ein Entwickler innerhalb von etwa einem Monat in eine Applikation integrieren. Dank reduziertem Entwicklungsaufwand sinken in diesem Fall trotz höherer Stückkosten für das Display-Modul die Gesamtkosten. Da viele der aufwändigen Entwicklungsschritte entfallen, reduziert sich die Time-to-Market drastisch.

All-In-One-Lösung mit passender Software
Mit seinen intelligenten Display-Modulen bietet der Hersteller 4D Systems solche "Alles-aus-einer-Hand"-Lösungen für den Embedded-Display-Bereich. Sie ermöglichen allein mit ihren vorhandenen Schnittstellen unzählige umfangreiche Applikationen – ohne PC-Boards, die zusätzliche Lizenzkosten für Betriebssysteme verursachen und deren Funktionsumfang vor allem bei einfachen Anwendungen die Anforderungen übersteigt. So genügt z.B. für einen Kaffeevollautomaten ein intelligentes Display ohne weiteren Controller.

Soll die Anwendung hingegen komplexe Berechnungen mit Datenbanken-Abfragen durchführen, internetbasierte Datenströme einsetzen oder performante Sensoren oder Aktoren enthalten, ist ein Single-Board-Computer (SBC) oder Host-Controller notwendig. Für den Anschluss von SBCs wie Arduino, Raspberry PI oder BeagleBone Black bieten die Display-Module von 4D Systems einen Adapter. Zudem sind sie kompatibel mit mikroBUS (M-Bus) Platinen und unterstützen MikroElektronika Compiler und mikroSDK sowie MPLAB und ATMEL START.

Um die Display-Module entsprechend zu nutzen und Anwendungen zu erstellen, bietet 4D Systems die kostenlose Software „4D Workshop“ mit vier Modi: Mit dem Modus „Designer“ lassen sich 4DLG-Codes generieren, um das Display zu programmieren, während „Serial“ ermöglicht, das Modul in ein Slave-Gerät umzuwandeln und es mit Hilfe jedes beliebigen Mikrocontroller-Hosts mit seriellem Anschluss zu steuern. Die Modi „ViSi“ und „ViSi-Genie“ bieten eine vereinfachte visuelle Programmierung mit begleitender, automatischer 4DGL-Code-Generierung.

Nahtlos skalierbar
Auch nach der erstmaligen Erstellung einer Applikation wirkt sich die Entscheidung zwischen einfachen Displays und intelligenten Display-Modulen auf die Entwicklungsabläufe aus. Denn in neuen Produktgenerationen kommen häufig auch andere Prozessoren zum Einsatz. Für die klassische Entwicklung mit einer Chipset-Lösung bedeutet das meist, dass auch Anpassungen am GUI vorgenommen werden müssen. Um diesen Aufwand erheblich zu reduzieren, hat 4D Systems seine Entwicklungsumgebung so gestaltet, dass die GUI auch von nachfolgenden Prozessoren vollumfänglich unterstützt wird.

Ähnliches gilt, wenn das Produktionsvolumen steigt. Dann wechseln Hersteller häufig den Display-Lieferanten, z.B. weil sie günstigere Konditionen erhalten. Dabei muss die bisherige Programmierung in der Regel auf den Chipsatz des neuen Displays angepasst werden. Mit den Display-Modulen von 4D Systems hingegen ist es problemlos möglich, das Produktionsvolumen zu steigern, ohne in neue Softwareentwicklung investieren zu müssen. Denn es sind sowohl kleine als auch große Bestellmengen verfügbar und die Chipsätze sind weiterhin mit der bestehenden Software kompatibel.

Standard-Module und kundenspezifische Anpassung
Bei großen Displays (1,38“ bis 7,0“) – ob mit oder ohne Touch-Screen – setzt 4D Systems auf die TFT-Technologie. Bei kleineren Displays ohne Touchfunktion (0,96" bis 1,7“) kommt die OLED-Technologie zum Einsatz, da sie einen wesentlich dünneren Aufbau erlaubt. Die TFT-Displays sind optional als Open Frame oder mit einem Cover Glass (Cover Lens Bezel) verfügbar. Soll das Display innenseitig am Gehäuse angebracht werden, so eignet sich die Open Frame Variante mit seitlichen Befestigungs-Laschen. Wird das Display hingegen auf der Außenseite montiert, lässt sich das Modell mit Glasrahmen (Cover Glass) einfach ins Gehäuse einkleben.

Alle Display-Module von 4D Systems werden über ein Schnittstellenboard (USB 5V) angeschlossen und benötigen eine Micro-SD-Karte für die Speicherung der Grafik-Inhalte. Um eine reibungslose Funktion der Applikation sicherzustellen, v.a. wenn nicht nur zeitweise, sondern permanent Daten aus dem Speicher verarbeitet werden müssen, ist es dringend zu empfehlen, industrielle Speicherkarten zu nutzen. Sie basieren auf einer hochwertigeren Technologie und bieten so mehr Schreib- und Lesezyklen als einfache „Consumer-Karten“. Damit erhöhen sie die Zuverlässigkeit der gesamten Anwendung. Entsprechende Karten sind z.B. von Swissbit oder Apacer erhältlich.

Mit diesen Features eignen sich die intelligenten Displays vor allem für Applikationen mit geringer Stückzahl, wie Kaffeevollautomaten, medizintechnische Waagen, Schankanlagen, Info-Displays für smarte Pedelecs, Bedienfelder für Löt- und Schweißgeräte im Schmuckbereich, 3D Drucker, Zeitmessgeräte etc., zum Einsatz.

In Verbindung mit anderen Embedded- und Wireless-Produkten werten die Display-Module verschiedenste Anwendungen auf, z.B. Klimaanlagen mit Temperaturanzeigen, deren Display via Touch auch zur Steuerung genutzt werden kann. Hierfür bringen die Display-Module die seriellen Schnittstellen I²C und SPI oder auch RS-232 und RS-485 mit.

Die Standard-Module, die eine Auflösung von bis zu 800x480 Bildpunkten erreichen, decken bereits ein breites Feld an Anwendungen ab. Darüber hinaus erfüllt 4D Systems auch kundenspezifische Anforderungen, etwa eine bestimmte Helligkeit oder die Entspiegelung des Displays, sowie spezifische Zertifizierungen für Anwendungen in der Medizintechnik oder im Automotive-Bereich.