Tipps & Tricks für Embedded-Entwickler
Die Auswahl des richtigen Displays
Entwickler von Embedded-Systemen müssen Anwendungsanforderungen und technische Einschränkungen berücksichtigen, wenn sie das passende Display für ihre Anwendung auswählen. Sie müssen die verschiedenen vorherrschenden Displaytechniken gegeneinander abwägen und ihre Charakteristika beurteilen.
Ein Embedded-System mit einem passenden Display auszustatten ist eine komplexe Aufgabe. Es sind viele konkurrierende Anforderungen zu berücksichtigen– von einem hellen, intuitiven und angenehmen Benutzererlebnis über ein sorgfältig verwaltetes Stromaufnahmeprofil bis hin zu einer möglichst langen Akkulaufzeit zwischen Aufladungen.
Mensch-Maschine-Schnittstelle
Embedded-Systeme begegnen uns überall. Wir interagieren regelmäßig mit ihnen – mit manchen, z. B. Smartphones, sogar fast ununterbrochen. Außer wenn wir schlafen, nutzen wir diese Embedded-Systeme wahrscheinlich den ganzen Tag über: gleich nach dem Aufwachen, unterwegs, bei der Arbeit und zu Hause. Beispiele für Embedded-Systeme sind Smartwatches, Mikrowellenherde, Infotainment-Systeme im Auto, Schaltschränke in Fabriken und Heimautomatisierungssteuerungen.
Jedes der genannten Anwendungsbeispiele hat spezifische Betriebsanforderungen, die im nächsten Abschnitt genauer betrachtet werden. Der Benutzer interagiert mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) in der Regel über ein Display, dessen Größe und Funktionsumfang anwendungsabhängig sind. Smartphones sind die ultimative Referenz für schlichte, intuitive und leicht zu reinigende Schnittstellen, wie sie auch in anderen Systemen zu Hause, im Auto und in Fabrikanlagen zu finden sind. Die MMS ist inzwischen viel mehr als eine notwendige Bedienschnittstelle; sie ist auch ein markenspezifisches Differenzierungsmerkmal.
Welche Art von Display braucht meine Anwendung?
Für Entwickler spielen bei der Auswahl des Displaytyps für eine Embedded-System-Benutzerschnittstelle viele Faktoren eine Rolle, die sich teilweise auch widersprechen. Die Marketingspezifikation eines Produkts wird die meisten davon aus operativer Sicht angeben; doch der jeweilige Displaytyp kann technische Einschränkungen für das gesamte Systemdesign vorweisen. So hilft zum Beispiel eine große LC-Anzeige (Liquid-Crystal-Display), die MMS für ein mobiles, akkubetriebenes Produkt intuitiver zu gestalten, aber die Benutzer könnten die Betriebsdauer zwischen den Aufladungen als zu kurz und einschränkend empfinden. Zwar wird im Folgenden schwerpunktmäßig die Auswahl eines Bildschirm-Displays betrachtet, doch Leser sollten auch bedenken, dass für einfache Anwendungen eine 7-Segment-Anzeige mit Tasten mehr als ausreichend für eine MMS sein könnte.
Um ein passendes Display auszuwählen, sollten die folgenden vier Faktoren berücksichtigt werden.
1. Betriebsumgebung
Wo soll das Embedded-System verwendet werden? Die Nutzung eines Displays in direktem Sonnenlicht ist deutlich komplizierter als in Büroräumen oder einer Fabrikumgebung. Wenn das Display ohne Beeinträchtigung der Nachtsicht verwendet werden soll, z. B. in maritimen oder Luftfahrtanwendungen, dann muss sich die Hintergrundbeleuchtung oder das Farbschema automatisch anpassen können.
Wird das Produkt Umwelteinflüssen ausgesetzt sein? Feuchtigkeit und Staub beschädigen Touch-Displays, weshalb die meisten Smartwatches und Navigationsgeräte Tasten mit IP-Schutzart (Ingress-Protection, Schutz gegen Eindringen) haben. Der Sichtwinkel des Displays ist ein weiterer Faktor. In welcher Position zum Benutzer wird sich das Produkt typischerweise befinden? Entwickler können nicht davon ausgehen, dass sich der Benutzer immer direkt vor der MMS befindet.
2. Komplexität der Benutzeroberfläche
Wie komplex ist die MMS? Müssen viele separate Funktionen gesteuert werden? Werden diese einfach nur ein- und ausgeschaltet oder werden sie differenzierter eingestellt? Soll die Schnittstelle textbasiert sein oder ausgefeiltere Steuerungen umfassen, vielleicht mit einem resistiven oder kapazitiven Touchscreen?
Die Entwicklung einer intuitiven und benutzerfreundlichen Benutzerschnittstelle (User-Interface, UI) erfordert ein solides Verständnis des Benutzererlebnisses (User-Experience, UX) und eine spezielle Fachkompetenz. Ein logisches und hierarchisches Menü mit mehreren Seiten hilft, die Bedienung zu vereinfachen. Auch sollte die Bedeutung einer produktübergreifend einheitlichen UI nicht vernachlässigt werden, da sie Zeichen einer führenden und vertrauenswürdigen Marke ist.
3. Platz- und Gehäuseeinschränkungen
Wie groß wird das Endprodukt sein, und wie viel Platz ist für das Embedded-System und das Display verfügbar? Ist der Platz dadurch begrenzt, dass z. B. ein Industriestandard für die Größe eines Schaltschranks eingehalten werden muss? Das Display muss sich vielleicht für Anwendungen und Systeme im Freien, zu industriellen oder medizinischen Zwecken hinter einer Glas- oder Plexiglasabdeckung befinden.
Für Verbraucher- oder Automobilanwendungen wird eine schlichte, bündige Montagemethode bevorzugt. Wird zusätzlich zum Display eine separate Controller-Leiterplatte benötigt, oder kann das Display direkt mit dem Host-Mikrocontroller interagieren? Bei ausreichender Tiefe des Gehäuses ist es ggf. möglich, Display, Steuerung und Host übereinander zu stapeln. Dieser Ansatz würde die Verbindung zwischen den Modulen im Vergleich zu Leiterplatten mit Steckverbindern und Flexkabeln vereinfachen.
4. Technische Einschränkungen
Die UI- und Gehäuseanforderungen beeinflussen die Displaygröße stark und erfordern diverse technische Überlegungen. Die elektrischen Spezifikationen der Versorgungsspannung(en) und der Stromaufnahmne sind zentrale Aspekte, besonders für akkubetriebene Geräte. Die Host-Schnittstelle ist ein weiterer wichtiger Faktor; meist wird eine serielle Verbindung mit hoher Geschwindigkeit wie UART, SPI oder HDMI benötigt. Eine I2C-Verbindung kann für kleinere Displays mit weniger Datentransfer ausreichend sein.
- Die Auswahl des richtigen Displays
- Beliebte Displaytechniken
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