산업용 제어 패널은 스위치와 버튼, 바퀴와 슬라이더로 구동되는 선형 또는 회전식 전위차계를 갖춘 기계식 놀이터입니다. 기계적이기 때문에 납땜 접합부터 움직이는 부품까지 문제의 원인이 될 수 있습니다. 특정 제어 작업 세트를 위해 제작된 보드를 다른 작업에 맞게 재구성하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵습니다. 사용법을 배우기가 쉽지 않으며 복잡한 작업의 경우 장치의 상태를 표시하는 화면이 동반되는 경우가 많습니다.
오늘날, 이들은 죽어가는 품종입니다. 대신 새 기기는 완전히 견고한-상태입니다. GUI(그래픽 사용자 인터페이스)로 구동되는 디스플레이에서 터치패드를 활용합니다. 화면 이미지를 변경하면 터치 패널 위의 영역이 시각적으로 다른 기능과 연결됩니다. 즉, 시스템을 재구성할 수 있을 뿐만 아니라 시작이나 종료 중에 또는 이상이 발생할 때-작업을 통해 사용자에게 안내할 수도 있습니다. 이 접근 방식은 더 넓은 환경 내성을 갖춘 더 강력하고 더 쉬운-깨끗한 인터페이스를 제공하지만 소프트웨어, 종종 복잡한 소프트웨어라는 비용이 발생합니다.
당연히 화면에 의해 제어되는 다양한 장치 자체는 프로세서와 소프트웨어에 의해 관리됩니다. 개별 기계는 CAN이나 산업용 이더넷과 같은 버스 형태를 통해 서로 통신하고 전체 시스템 컨트롤러와도 통신합니다. 강력한 실시간-제어 요소가 필요한 경우가 많으며 애플리케이션은 안전이-중요할 수 있습니다. 결과적으로, 전체 시스템 아키텍처는 안전하게 정의된 인터페이스를 제외하고 터치스크린 컨트롤러와 GUI를 전체 시스템 데이터로부터 분리하도록 설계되어야 합니다. 이를 통해 GUI 소프트웨어 관련 문제로 인해 전체 시스템이나 개별 장치의 안전이 손상되지 않습니다.
이러한 격리는 범용 운영체제를 실행하는 별도의 프로세서에서 모든 GUI 및 터치스크린 활동을 실행하는 동시에 자체 프로세서의 실시간 운영체제에서 실행되는 활동을 제어할 때 발생할 수 있습니다.- 프로세서는 물리적으로 독립된 장치, 단일 칩의 독립 코어 또는 가상화 소프트웨어에 의해 생성된 가상 코어일 수 있습니다.
이 기사에서는 물리적으로 독립된 컨트롤러를 살펴보지만 대부분의 논의는 가상 코어 내에서 실행되는 터치스크린 컨트롤러에도 적용됩니다.
그림 1: 산업용 HMI 환경의 터치스크린 제어. 이 시나리오에서는 동일한 MCU/MPU가 두 개의 장치를 실행하는 것으로 보입니다. 하나는 CAN 버스를 통해 PLC에 연결되고 다른 하나는 터치스크린 인터페이스를 작동합니다.
스크린 기술
다양한 터치스크린 기술이 존재하지만 정전식 기술과 저항성 기술이 시장에서 가장 널리 보급되고 지배적입니다.
저항막 스크린은 일반적으로 공극으로 분리된 두 개의 유리 또는 플라스틱 층으로 구성됩니다. 한 레이어에는 수평 전도성 와이어가 있고 다른 레이어에는 수직 와이어가 있습니다. 상단 레이어에 가해지는 압력은 이러한 와이어를 연결하여 XY 좌표를 제공합니다. 구체적인 구현 세부 사항은 다양하지만 일반적으로 화면은 4개의 포트를 통해 컨트롤러에 연결됩니다.
정전 용량 감지 화면은 다양한 세부 기술을 사용하지만 전도성 물질(예: 손가락)을 사용하여 화면 영역의 정전 용량을 변경한 다음 이 변화를 XY 좌표로 감지합니다. 정전식 감지는 산업용 애플리케이션에 한계가 있습니다. 손가락이 장갑, 특히 무거운 작업용 장갑 안에 있는 경우 측정할 정전용량 변화가 충분하지 않을 수 있으며 RF 방출과 같은 환경 요인이 정전용량에 영향을 미칠 수 있습니다. 두 기술 모두 멀티-터치 입력-을 지원합니다. 예를 들어 두 손가락을 벌리거나 모아서 GUI 요소를 확대하거나 축소하는 기능을 지원합니다.
화면 크기는 상당히 다양합니다. 스펙트럼의 한쪽 끝에는 3M과 같은 제조업체의 대형 32인치 디스플레이가 있습니다. 다른 하나는 대각선 3.5인치(2.83인치 x 2.07인치)만큼 작은 화면입니다.
GUI
터치스크린에는 일종의 GUI가 표시됩니다. 이는 Windows 버전과 같은 일반 인터페이스일 수도 있고, 애플리케이션을 위해 특별히 생성된 인터페이스일 수도 있습니다. 분명히 컨트롤러에서 사용 가능한 메모리 양은 인터페이스 선택에 중요한 요소가 될 것입니다. 다른 요인으로는 필요한 디스플레이의 복잡성, 비용 제약, 디스플레이 크기 등이 있습니다.
표시된 이미지의 품질이 항상 철저하게 조사되는 것은 아닙니다. 라이브러리에서 몇 가지 기호나 아이콘을 선택하여 화면에 배치하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 인터페이스 디자인에 대한 상당한 연구가 진행 중이며 ISA(International Society of Automation) 내의 그룹이 ISA101 표준을 연구하고 있는 것으로 보입니다.
그림 3: Atmel은 많은 프로세서에 전용 터치스크린 인터페이스를 통합하고 있으며 일부 프로세서에는 전용 주변 장치 인터페이스로 하드웨어 QTouch 획득 기능도 포함되어 있습니다.마이크로컨트롤러
현재 많은 마이크로 컨트롤러 제조업체가 터치 감지 지원을 제공하고 있지만 이는 일반적으로 휴대용 장치를 대상으로 합니다. 산업 부문에서 Atmel은 특히 슬라이더, 휠, 버튼 등 터치에 민감한 장치-를 생산하는 Quantum Research를 인수한 이후 핵심 기업으로 자리매김했습니다. 광범위한 AT42QT 전용 터치스크린 컨트롤러 외에도 이 회사는 마이크로컨트롤러용 QTouch 터치스크린 제어 소프트웨어 라이브러리를 개발했으며 AVR UC3, AT Mega 및 X Mega 시리즈는 물론 LCD 컨트롤러를 포함한 수많은 프로세서 제품군과 터치스크린을 인터페이스하기 위한 "터치 채널"을 추가했습니다. tinyAVR 시리즈의 특정 구성원과 같은 일부 모델에는 하드웨어 QTouch 획득도 통합되어 있습니다. 이러한 마이크로컨트롤러는 다양한 개발 및 평가 키트에서 지원됩니다.
Texas Instruments(TI)는 ARM Cortex-M3 Stellaris 프로세서를 기반으로 하는 일련의 터치스크린 애플리케이션 '스마트 디스플레이 모듈'을 개발했습니다. 이는 참조 설계 역할을 하며 회로도, 자재 명세서, PCB 레이아웃용 Gerber 파일 및 샘플 애플리케이션에서 지원됩니다. 또한 TI는 이 범위를 넘어 확장하여 대량 판매용 모듈을 제공하여 특정 애플리케이션에 대한 생산을 단순화할 것입니다. 세 가지 모델을 사용할 수 있으며 모두 온도-강화 프로세서를 갖춘 산업용 애플리케이션을 대상으로 합니다. 옵션에는 PoE(Power over Ethernet) 및 기가비트 이더넷이 포함되며, 각각 2.8{10}}인치 화면과 더 큰 3.5인치 화면 옵션을 갖추고 있습니다. 이러한 제품은 Cortex-M3를 둘러싼 더 넓은 생태계와 함께 Stellaris 소프트웨어 및 그래픽 라이브러리에서 지원됩니다.
Infineon은 XC82x 및 XC83x 8{5}}비트 마이크로 컨트롤러용 주변 장치 인터페이스 중 하나로 터치{0}} 감지 컨트롤러를 출시했습니다. 컨트롤러는 주로 간단한 LED 버튼, 슬라이더 또는 휠 패널용으로 설계되었으며 시분할 다중화를 통해 LED 매트릭스 컨트롤러와 화면 인터페이스를 공유합니다.
Microchip은 "Metal Cap" 정전식 감지 기술을 개발했습니다. 이 기술은 전면 패널(스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 기타 적합한 재료일 수 있음)을 PCB 사이에 작은 공극을 두고 배치합니다. 윗면의 기호는 PCB의 센서를 나타냅니다. 압력으로 인해 상단 표면이 휘어지고 패널과 센서 사이의 간격이 변경되어 정전 용량이 변경됩니다. 애플리케이션에 따라 제어 소프트웨어는 부드러운 터치와 하드 터치를 구별할 수 있습니다. Metal Cap은 특히 간단한 스위칭이 필요한 산업 환경에 적합하며 mTouch 소프트웨어 라이브러리는 정전식 터치를 지원합니다. PIC 마이크로컨트롤러 제품군의 많은 8비트, 16비트 및 32비트 구성원이 이 기능을 지원합니다. 이는 특정 제품의 디스플레이 제어, CAN 버스 인터페이스 및 USB 인터페이스와 결합됩니다. 이 애플리케이션을 지원하기 위해 우리는 다양한 개발 및 평가 키트를 제공합니다.
그림 4: Microchip의 "금속-덮개" 센서는 변형되어 정전 용량을 변경하는 금속 패널을 활용합니다.
터치스크린 제어를 위한 대부분의 마이크로컨트롤러 제품은 휴대용 장치에 사용됩니다. 많은 마이크로 컨트롤러 공급업체는 표준 범용 I/O(GPIO) 채널을 통해 컨트롤러와 통신하면서 표준 제품에서 실행되는 터치스크린 제어 라이브러리를 개발했습니다. 이러한 라이브러리는 산업 제어 애플리케이션에 사용될 수 있지만 이를 실행하는 프로세서는 일반적으로 산업 환경과 관련된 가혹한 조건을 견디지 못할 수 있습니다. 이는 마이크로 컨트롤러 설계자가 낮은 전력 소비를 우선시할 때 특히 그렇습니다.{4}}배터리 수명이 여전히 주요 관심사인 휴대용 장치의 경우 놀라운 일이 아닙니다.
터치스크린 인터페이스는 본질적인 견고성과 제조 환경의 가혹한 현실을 견딜 수 있는 능력으로 인해 산업 자동화에서 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것입니다. 그러나 겉으로는 배포가 쉬워 보이지만 설계자는 인터페이스 디자인과 인터페이스 소프트웨어와 안전에 중요한 애플리케이션을 실행하는 소프트웨어 간의 관계에 세심한 주의를 기울여야 합니다.{1}}효과적으로 작동하려면