Touch-Displays für HMIs
Effizienz ist Trumpf
Wer bei HMIs keine Touch-Displays von der Stange einsetzen kann, braucht hohe Entwicklungskompetenz – oder lässt sie von Fachleuten wie Avnet Abacus entwickeln. Die auf kundenspezifische Auslegungen spezialisierten Experten können die passende HMI herstellerunabhängig entwickeln und fertigen.
Nachdem Touch-Displays vor mehr als einem Jahrzehnt ihren Siegeszug in Produkten wie Tablet-Computern und Smartphones begannen, ist ihr hoher Bedienkomfort nun auch aus vielen weiteren Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Als universell einsetzbare Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) haben sie die weniger komfortablen mechanischen Bedienelemente überflüssig gemacht und zugleich auch ihre Mängel in puncto Kosten, Robustheit und funktionaler Flexibilität beseitigt.
Das Design der grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) wurde in der Folge zu einem fundamentalen Unterscheidungsmerkmal von Produkten, so wie es ehedem die mechanischen Bedienelemente waren. OEMs, die Wert auf eine besonders komfortable Anwendererfahrung (UX) legen, können sich wirkungsvoll von der Konkurrenz abheben. Aus diesem Grund ist es von größter Bedeutung, dass die HMI-Entwicklung eine hohe Aufmerksamkeit erhält.
Durch das Hinzufügen von Touch-Funktionen wird die Display-Integration jedoch deutlich komplexer, denn es ist jetzt nicht mehr nur ein TFT-Display oder LCD zur rein passiven Wiedergabe visueller Daten zu implementieren. Das Display muss mit dem Benutzer auch jederzeit interagieren können, und dies unter teils herausfordernden Umgebungsbedingungen. Das macht die Entwicklungsaufgabe deutlich komplexer.
Mehr als nur die Beschaffung von Bauteilen
Der Umstieg ist also nicht nur für den GUI-Programmierer, sondern auch für Entwickler, die ein Touch-Display in einem Entwicklungsprojekt einplanen, eine neue Herausforderung: Sowohl die Entwicklung als auch die Beschaffung der Komponenten wird deutlich komplexer, wenn ein Touch-Display von der Stange nicht hinreichend ist. Ein besonders wichtiger Aspekt dabei ist die Auswahl des Touch-Controllers. Parameter, die die Entscheidungsfindung beeinflussen, sind die Größe des Displays, die erforderliche Touch-Auflösung und die Preisklasse, in der sich das Endgerät befindet, sowie die Möglichkeiten, den Touch-Controller bei Bedarf auch an die spezifischen Anforderungen anpassen zu können.
Der nächste Punkt ist der Touch-Sensor. Hier gibt es mehrere verschiedene projiziert-kapazitive Sensor-Techniken (PCAP), die zur Auswahl stehen. In den meisten Fällen wird Indium-Zinn-Oxid (ITO) verwendet, welches ein gutes Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten bietet. Doppelseitige ITO-Touch-Sensoren (DITO) können in Situationen eingesetzt werden, in denen ein robuster Betrieb in anspruchsvollen Anwendungsbereichen erforderlich ist.
Silber-Nanodraht-Gitter sind eine weitere Option. Sie haben einen hohen Transmissionsgrad, sodass angezeigte Grafiken heller sind. Zudem sind sie leichter als die ITO-Alternativen. Dank ihres geringeren spezifischen Widerstands sind sie auch weniger anfällig für elektromagnetische Interferenzen (EMI). Außerdem verfügen sie über mechanische Flexibilität, sodass sie auch auf gekrümmten Oberflächen eingesetzt werden können.
Mechanische Konstruktion
Eine weitere wichtige Entscheidung ist die über die Dicke des Deckglases. Die Möglichkeiten sind immens groß und reichen von extrem dünnen Gläsern mit 0,8 mm bis hin zu massiven Scheiben mit 14 mm. Welche Stärke gewählt wird, hängt sowohl von der Anwendungsumgebung als auch der Empfindlichkeit der Touch-Sensorik ab und ist damit in Einklang zu bringen. Oft ist ein Kompromiss zu finden zwischen der Robustheit der HMI, den äußeren Bedingungen standzuhalten, und der Berührungssensitivität, die nicht zu stark beeinträchtigt werden sollte.
Erfahrene Experten können die Empfindlichkeit eines Berührungssensors so einstellen, dass er auch mit einem dickeren Deckglas noch effektiv funktioniert.
Um eine hohe optische Leistung zu erreichen, kann die optische Verklebung des Deckglases erforderlich sein. Sie vermeidet Probleme, die durch den ansonsten gegebenen Luftspalt zwischen dem Display/Touch-Sensor und dem Deckglas entstehen. Weitere mechanische Überlegungen betreffen die Gehäusestruktur. Mitunter ist der Platz für die HMI-Baugruppe extrem begrenzt. Ihre Installation muss auch dann noch einfach zu bewerkstelligen sein. Möglicherweise müssen auch Logos auf das Deckglas gedruckt oder andere ästhetische Merkmale hinzugefügt werden – all dies erfordert profundes Know-how oder viel Zeit und Geld für Trial & Error.
Systemintegration
Sobald alle diese verschiedenen Komponenten, aus denen das Toch-Display einer HMI besteht, zusammengefügt sind, muss sichergestellt werden, dass das gesamte System optimal funktioniert. Mangelnde Präzision oder Verzögerungen führen schließlich zu Frustration beim Benutzer, und diese gilt es dringlich zu vermeiden. Daher müssen die Entwicklungsteams sicher sein, dass die Touch-Einstellungen korrekt und genau kalibriert sind. Zudem sind auch anwendungsbezogene Fragen zu klären. Wenn HMIs beispielsweise in Außenbereichen eingesetzt werden sollen, wo sie intensivem Sonnenlicht ausgesetzt sind, ist eine Entspiegelung des Deckglases zu empfehlen. Für Geldautomaten und weitere Anwendungsfälle, in denen sensible Informationen angezeigt werden, sollte ein Sicherheitsfilter hinzugefügt werden. In der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt müssen die HMIs zudem einem erweiterten Temperaturbereich standhalten, was bedeutet, dass entsprechend robuste Komponenten integriert werden sollten.
Stromaufnahme
Bei den meisten Gerätekonstruktionen ist es zudem von entscheidender Bedeutung, dass die Stromaufnahme auf ein Minimum reduziert wird. Die Art des verwendeten Displays, die Displaygröße und die zugehörige Touch-Technik haben alle einen Einfluss auf die Stromaufnahme. In manchen Fällen sind dabei Kompromisse einzugehen, um die Batterielebensdauer für den mobilen Betrieb von Systemen so weit wie möglich zu verlängern, ohne jedoch die Benutzerfreundlichkeit zu beeinträchtigen.
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