Wanneer ontwerpers displays kiezen voor industriële besturing, medische apparatuur en andere compacte systemen, moeten ze niet alleen meer informatie op kleinere schermen weergeven, maar ook de zichtbaarheid, bruikbaarheid en betrouwbaarheid verbeteren. Bovendien is het noodzakelijk om de kosten te verlagen en tegelijkertijd de ontwikkeling te versnellen.
Het is moeilijk om bij gebruik van traditionele oplossingen een redelijke combinatie van grootte, resolutie, helderheid en industriële prestaties te bereiken. Het probleem wordt dus de moeilijkheidsgraad van integratie. Kleine industriële beeldschermen hebben doorgaans de vorm van beeldschermpanelen of modules, maar vereisen dat ontwerpers veel moeite doen om problemen aan te pakken zoals low-level drivers, achtergrondverlichting en beperking van elektromagnetische interferentie (EMI).
Dit artikel introduceert eerst kort de uitdagingen waarmee ontwerpers worden geconfronteerd bij het ontwikkelen van compacte systemen. Introduceer vervolgens het 3,5-inch high-definition plug-and-play-display van Newhaven Display en demonstreer hoe je dit display snel kunt integreren en inzetten.
De vraag naar compacte beeldschermen met hoge resolutie op de markt blijft groeien
Kleine apparaten hebben altijd nauwelijks gebruik kunnen maken van beeldschermen met een lage resolutie. Vanwege functionele beperkingen hebben deze traditionele systemen alleen eenvoudige menu's en basisindicatorlabels nodig. Moderne apparaten hebben echter schermen met een hoge resolutie nodig om complexe gegevens te presenteren en een perfecte gebruikerservaring te bereiken.
De introductie van Internet of Things (IoT)-connectiviteit en complexe analysemogelijkheden hebben deze veranderingen aangestuurd. Als we draagbare diagnostische hulpmiddelen en meetapparatuur als voorbeeld nemen, gaan de functies van dergelijke apparaten veel verder dan het leveren van feedbackmeetgegevens. Ze moeten ook een diepgaande prestatieanalyse van de werking van het apparaat uitvoeren en visuele begeleiding bieden tijdens het oplossen van problemen.
De ontwikkeling van platforms heeft ook de vraag naar resolutie gestimuleerd. Terwijl traditionele embedded RTOS-omgevingen plaats maken voor moderne platforms zoals Linux, Windows Embedded en Raspberry Pi, worden ontwerpers geconfronteerd met een praktische beperking: moderne besturingssystemen vereisen een schermresolutie van minimaal 640 x 480, waaraan traditionele kleine apparaatdisplays eenvoudigweg niet kunnen voldoen.
Vanuit ontwikkelingsperspectief is het hergebruik van raamwerken voor gebruikersinterfaces, widgets en pictogrambibliotheken die oorspronkelijk zijn ontwikkeld voor desktops, tablets of ingebedde systemen met een hogere resolutie werkelijkheid geworden. Dit hergebruik zorgt voor consistentie in branding en functies binnen de productlijnen, terwijl eenmalig werk met een grafische gebruikersinterface (GUI) op laag niveau wordt vermeden.
Waarom traditionele kleine displays de integratie complex maken
Om aan deze eisen te voldoen, verschuiven ontwerpers van de gebruikelijke resolutie van 320 x 240 in kleine beeldschermen naar heldere en responsieve 640 x 480 dunne-filmtransistor (TFT) beeldschermen, en passen ze technologieën toe zoals in-plane schakelen (IPS) om nauwkeurige kleuren en bredere kijkhoeken te bereiken. De viervoudige toename van het aantal pixels heeft geleid tot een uitstekende gebruikersinterface, maar heeft ook geleid tot twee onderling samenhangende uitdagingen.
Schermen met een hoge resolutie van minder dan 5 inch worden meestal geleverd in de vorm van een naakt scherm en kunnen worden aangesloten via interfaces zoals 24-bits RGB, LVDS of MIPI-DSI. Om deze beeldschermen te integreren, moeten ontwerpers problemen aanpakken zoals het ontwerpen van hogesnelheidscircuits, complexe bedrading en EMI die wordt gegenereerd door hoogfrequente signalen. Op dezelfde manier is de achtergrondverlichting van kleine beeldschermen meestal slechts de "meest basale" configuratie, dus ontwerpers moeten zelf LED-drivers aanschaffen en dimfuncties implementeren.
Op softwaregebied ontberen naakte schermen gestandaardiseerde detectiemechanismen. Ontwerpers moeten de weergavetiming handmatig configureren en aangepaste stuurprogramma's ontwikkelen voor aanraakinvoer en achtergrondverlichting. Het voltooien van deze taak vereist echter gespecialiseerde kennis van grafische afbeeldingen en besturingssystemen, wat misschien niet de kernfocus van het productteam is en het testen, de productie en het onderhoud op locatie complexer kunnen maken.
Vereenvoudig de integratie van kleine beeldschermen met HDMI en USB
Het 3,5-inch IPS HDMI TFT-scherm van Newhaven Display (Afbeelding 1) integreert een beeldscherm van 640 x 480, een driver voor achtergrondverlichting met hoge helderheid, een EMI-afschermingsstructuur en een optionele capacitieve aanraakmodule in een compleet beeldschermcomponent, waardoor de bovengenoemde problemen gemakkelijk worden opgelost. De pixeldichtheid van deze beeldschermpanelen is 228 pixels per inch (PPI), wat voldoet aan de resolutie-eisen van informatie-intensieve mens-machine-interfaces (HMI) en de problemen van traditioneel hardwareontwerp vermijdt.
Het 3,5-inch IPS HDMI TFT-scherm van Newhaven Display
Afbeelding 1: Het 3,5-inch IPS HDMI TFT-scherm integreert een helder beeldscherm van 640 x 480 in een compleet plug-and-play-component. (Afbeeldingsbron: Newhaven Display)
De interfacesoftware voor HDMI-video kan het opsporen van systeemfouten vereenvoudigen. Wat het hostsysteem betreft, lijkt dit scherm op een standaard HDMI-monitor, in plaats van op een onbekend kaal weergavepaneel waarvoor een aangepaste timer nodig is. Zoals elke standaard HDMI-monitor geeft deze interface de 640x480-modus aan via Extended Display Identification Data (EDID) en kan automatische detectie worden bereikt op gewone single board computer (SBC)-platforms zoals Windows, Linux en Raspberry Pi. Op deze manier is het niet nodig om grafische stuurprogramma's op laag niveau te ontwikkelen en kan het risico op configuratiefouten in de resolutie zoveel mogelijk worden geminimaliseerd.
De aanraakgevoelige NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (Afbeelding 2) breidt het ontwerpconcept van de standaardinterface uit naar de geprojecteerde capacitieve (PCAP) aanraakinvoer. In dit capacitieve aanraakproduct kan de micro-USB-connector tegelijkertijd zowel 5V-stroom als aanraakgegevens leveren. Touch-controllers worden weergegeven als standaard USB Human Interface Devices (USB-HID) op Windows- en Linux-systemen, zodat het besturingssysteem de stuurprogramma's automatisch installeert zonder dat daarvoor specifieke kernelmodules van de leverancier nodig zijn.
Newhaven Display NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (klik om te vergroten)
Afbeelding 2: NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU integreert een helder 640 x 480 beeldschermpaneel in een compleet beeldscherm, en EMI-afschermingsapparatuur is rond de hoogfrequente componenten geïnstalleerd. (Bron afbeelding: Newhaven Display, aangepast door de auteur)
Deze modules vereenvoudigen bovendien het gehele montageproces. Bij het gebruik van een kale displaypaneeloplossing moeten ontwerpers een integratie in meerdere stappen uitvoeren: het installeren van TFT-glas in een op maat gemaakt frame, het bevestigen van onafhankelijke driverboards op andere posities in de behuizing, het leggen van precisielintkabels tussen componenten en het bepalen van de installatieruimte voor het discrete LED-drivercircuit. De 3,5" IPS HDMI TFT vereenvoudigt het bovenstaande proces en kan alleen worden gemonteerd via de montagegaten op de vier hoeken.
De dubbele kabelarchitectuur (HDMI voor video, Micro USB voor voeding en touch) vervangt kwetsbare flexibele circuits door standaardkabels, en connectoren zijn langs één rand van de printplaat (PC-kaart) geplaatst voor eenvoudige directe bedrading. De geïntegreerde EMI-afschermingsstructuur vermindert de anti-interferentievereisten op schaalniveau verder.
Gebruik van IPS-technologie om zichtbaarheid onder zonlicht te bereiken
Vergeleken met traditionele twisted nematic (TN) of verticale uitlijning (VA) beeldschermpanelen hebben IPS-beeldschermen uitstekende optische prestaties. IPS bereikt een kijkhoek van 85° in alle richtingen en behoudt consistente kleuren en contrast over verschillende kijkhoeken. De typische helderheid van het capacitieve model is 810 kaarsen per vierkante meter (cd/m²), wat gebruik in omgevingen met sterk omgevingslicht ondersteunt, waardoor draagbare instrumenten, bedieningspanelen en andere toepassingen in buiten- en industriële omgevingen duidelijk zichtbaar worden.
Het non-touch NHD-3.5-HDMI-HR-RXP-scherm (Afbeelding 3) gebruikt dezelfde algemene architectuur, maar elimineert PCAP-overlapping. Dit resulteert in een schermhelderheid van 950 cd/m², wat zorgt voor een betere leesbaarheid in zonlicht voor toepassingen die invoer verwerken via fysieke knoppen of andere externe controllers. Het stroomverbruik van non-touch-modellen is ook iets lager (typische waarde is 460 milliampère (mA) in plaats van 490 mA). Dit model maakt ook gebruik van HDMI- en USB-verbindingsmethoden, maar USB levert alleen stroom.
Het NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-scherm van Newhaven Display, met specifieke afmetingen gemarkeerd in de afbeelding (klik om te vergroten)
Afbeelding 3: Het NHD-3.5-HDMI-HR-RXP-model integreert vooraf een beeldscherm van 640 x 480 en heeft een ontwerp met randopening in plaats van een capacitieve aanraakconfiguratie. (Bron afbeelding: Newhaven Display, aangepast door de auteur)
Het werktemperatuurbereik van beide modellen is -20 ° C tot +70 ° C, en het opslagtemperatuurbereik is -30 ° C tot +80 ° C. Verificatietests omvatten thermische cycli, trillingen en elektrostatische ontlading, met een testspanning van ± 8 kV in lucht en ± 4 kV bij contact. Dankzij deze kenmerken kunnen beide producten worden ingezet in industriële, transport- en lichte buitenomgevingen, en hoeven ontwerpers zelf geen certificering op displayniveau uit te voeren.
Start snel hardware- en software-instellingen
Op hardwareniveau richt de integratie zich voornamelijk op drie hoofdinterfaces (Figuur 4). HDMI A-type connector wordt gebruikt voor video-invoer; De USB Micro-B-connector wordt gebruikt om 5V-spanning te leveren en als het een capacitief model is, kan deze ook USB-HID-aanraakgegevens verzenden. Het kleine aansluitblok leidt naar de bedieningspin voor de achtergrondverlichting, die eenvoudige inschakelsignalen of pulsbreedtemodulatiegolfvormen van 5 kHz tot 100 kHz kan accepteren. Het LED-statusindicatielampje kan stroom, HDMI-linkdetectie en capacitieve versie-aanraakacties aangeven, wat handig is bij het opsporen van fouten bij het opstarten en het oplossen van problemen ter plaatse.
De belangrijkste functies van Newhaven Display 3,5 "IPS HDMI TFT
De belangrijkste kenmerken van IPS HDMI TFT in afbeelding 4:3.5 zijn onder meer HDMI (1) en USB Micro-B (2) interfaces, HDMI, gelijkstroomvoeding, led-indicatielampjes voor aanraakdetectie (3-5) en een aansluitblok voor achtergrondverlichting (6). (Afbeeldingsbron: Newhaven Display)
In Windows 10- en 11-systemen wordt het beeldscherm automatisch gedetecteerd als een gewone HDMI-monitor. Zodra de USB-link is aangesloten, wordt het capacitieve model vermeld als een USB-HID-aanraakapparaat. Het is niet nodig om speciale stuurprogramma's te installeren; er kunnen standaard weergave-instellingen en aanraakkalibratietools worden gebruikt.
Op Linux gebaseerde systemen gebruiken doorgaans HDMI en EDID voor automatische modusdetectie op een vergelijkbare manier. In de meeste configuraties wordt de module weergegeven als een standaard HDMI-monitor en selecteert het systeem automatisch de 640×480-modus. Voor platforms zoals Raspberry Pi biedt de gebruikershandleiding voorbeelden van configuratie-instructies om indien nodig het gebruik van de gewenste modus en timing te forceren. De aanraakinvoer van het scherm van de capacitieve versie wordt weergegeven als een USB-HID-apparaat via het standaard Linux-invoersubsysteem, wat de integratie met gangbare grafische raamwerken vereenvoudigt.
De helderheid van de achtergrondverlichting kan worden aangepast via de bedieningspinnen van de geïntegreerde LED-driver zonder dat een apart stuurcircuit nodig is. Statische logische niveaus kunnen worden gebruikt voor eenvoudige aan/uit-bediening, terwijl pulsbreedtemodulatie-ingangen de helderheid kunnen aanpassen om zich aan te passen aan omgevingen met weinig licht of om het energieverbruik bij inactiviteit te verminderen. Deze methode vermijdt de schakelruis en de complexiteit van de lay-out die worden veroorzaakt door het ontwerp van discrete hoogspannings-LED-drivers op de hoofdprintplaat.