Quando os projetistas escolhem monitores para controle industrial, equipamentos médicos e outros sistemas compactos, eles não apenas precisam exibir mais informações em telas menores, mas também precisam melhorar a visibilidade, a usabilidade e a confiabilidade. Além disso, é necessário reduzir custos e ao mesmo tempo acelerar o desenvolvimento.
É difícil conseguir uma combinação razoável de tamanho, resolução, brilho e desempenho industrial ao usar soluções tradicionais. Então, o problema passa a ser o nível de dificuldade de integração. Pequenos displays industriais normalmente assumem a forma de painéis ou módulos de exibição, mas exigem que os projetistas se esforcem muito para resolver problemas como drivers de baixo nível, iluminação de fundo e mitigação de interferência eletromagnética (EMI).
Este artigo apresenta primeiro brevemente os desafios que os projetistas enfrentam ao desenvolver sistemas compactos. Em seguida, apresente o display plug and play de alta definição de 3,5 "do Newhaven Display e demonstre como integrar e implantar rapidamente esse display.
A demanda por telas compactas de alta resolução no mercado continua a crescer
Dispositivos pequenos sempre conseguiram usar telas de baixa resolução. Devido às limitações funcionais, estes sistemas tradicionais requerem apenas menus simples e rótulos indicadores básicos. No entanto, os dispositivos modernos exigem telas de alta resolução para apresentar dados complexos e proporcionar uma experiência de usuário perfeita.
A introdução da conectividade da Internet das Coisas (IoT) e de capacidades analíticas complexas impulsionou essas mudanças. Tomando como exemplo ferramentas de diagnóstico portáteis e dispositivos de medição, as funções de tais dispositivos vão muito além de fornecer dados de medição de feedback. Eles também precisam produzir análises detalhadas de desempenho da operação do dispositivo e fornecer orientação visual de operação durante a solução de problemas.
O desenvolvimento de plataformas também impulsionou a procura por resolução. À medida que os ambientes RTOS embarcados tradicionais dão lugar a plataformas modernas como Linux, Windows Embedded e Raspberry Pi, os designers enfrentam uma limitação prática: os sistemas operacionais modernos exigem uma resolução de tela de pelo menos 640 × 480, que as telas tradicionais de pequenos dispositivos simplesmente não conseguem atender.
Do ponto de vista do desenvolvimento, a reutilização de estruturas de interface de usuário, widgets e bibliotecas de ícones originalmente desenvolvidas para desktops, tablets ou sistemas embarcados com maior resolução tornou-se uma realidade. Essa reutilização ajuda a garantir a consistência da marca e dos recursos em todas as linhas de produtos, ao mesmo tempo que evita o trabalho único de interface gráfica do usuário (GUI) de baixo nível.
Por que os pequenos displays tradicionais tornam a integração complexa
Para atender a essas demandas, os designers estão mudando da resolução comum de 320 × 240 em telas pequenas para telas nítidas e responsivas de transistor de película fina (TFT) de 640 × 480, e adotando tecnologias como comutação no plano (IPS) para obter cores precisas e ângulos de visão mais amplos. O aumento de quatro vezes na contagem de pixels trouxe uma excelente interface de usuário, mas também levou a dois desafios inter-relacionados.
Monitores de alta resolução com menos de 5 polegadas geralmente são fornecidos em formato de tela simples e podem ser conectados por meio de interfaces como RGB de 24 bits, LVDS ou MIPI-DSI. Para integrar essas telas, os projetistas devem abordar questões como projeto de circuito de alta velocidade, fiação complexa e EMI gerada por sinais de alta frequência. Da mesma forma, a luz de fundo de pequenas telas geralmente é apenas a configuração "mais básica", então os projetistas precisam comprar eles próprios drivers de LED e implementar funções de controle de escurecimento.
Em termos de software, as telas nuas carecem de mecanismos de descoberta padronizados. Os projetistas devem configurar manualmente o tempo de exibição e desenvolver drivers personalizados para entrada por toque e controle de luz de fundo. No entanto, a conclusão desta tarefa requer conhecimento especializado de gráficos e sistemas operacionais, que pode não ser o foco principal da equipe de produto e pode tornar mais complexos os testes, a fabricação e a manutenção no local.
Simplifique a integração de pequenas telas usando HDMI e USB
O display IPS HDMI TFT de 3,5 "do Newhaven Display (Figura 1) integra um painel de exibição de 640 × 480, driver de luz de fundo de alto brilho, estrutura de blindagem EMI e módulo de toque capacitivo opcional em um componente de exibição completo, resolvendo facilmente os problemas mencionados acima. A densidade de pixels desses painéis de exibição é de 228 pixels por polegada (PPI), atendendo aos requisitos de resolução de interfaces homem-máquina (HMI) com uso intensivo de informações e evitando os problemas do design de hardware tradicional.
Tela IPS HDMI TFT de 3,5 "do Newhaven Display
Figura 1: A tela IPS HDMI TFT de 3,5 polegadas integra um painel de exibição nítido de 640 × 480 em um componente plug and play completo. (Fonte da imagem: Newhaven Display)
O software de interface para vídeo HDMI pode simplificar a depuração do sistema. Em termos do sistema host, esta tela é como um monitor HDMI padrão, em vez de um painel vazio desconhecido que requer um temporizador personalizado. Como qualquer monitor HDMI padrão, esta interface declara o modo 640x480 por meio de dados de identificação de exibição estendida (EDID) e pode obter detecção automática em plataformas comuns de computador de placa única (SBC), como Windows, Linux e Raspberry Pi. Dessa forma, não há necessidade de desenvolver drivers gráficos de baixo nível e o risco de erros de configuração de resolução pode ser minimizado ao máximo.
O NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU sensível ao toque (Figura 2) estende o conceito de design da interface padrão para sua entrada de toque capacitiva projetada (PCAP). Neste produto de toque capacitivo, o conector micro USB pode fornecer energia de 5 V e dados de toque simultaneamente. Os controladores de toque são exibidos como dispositivos de interface humana USB (USB-HID) padrão em sistemas Windows e Linux, de modo que o sistema operacional instala automaticamente seus drivers sem exigir módulos de kernel de fornecedores específicos.
Display Newhaven NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (clique para ampliar)
Figura 2: NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU integra um painel de exibição transparente de 640 × 480 em um conjunto completo de exibição, e dispositivos de blindagem EMI são instalados em torno dos componentes de alta frequência. (Fonte da imagem: Newhaven Display, modificado pelo autor)
Esses módulos também simplificam todo o processo de montagem. Ao usar uma solução de painel de exibição simples, os projetistas precisam realizar uma integração em várias etapas: instalar vidro TFT em uma moldura personalizada, fixar placas de driver independentes em outras posições dentro da caixa, colocar cabos de fita de precisão entre os componentes e determinar o espaço de instalação para o circuito de driver de LED discreto. O IPS HDMI TFT de 3,5" simplifica o processo acima e pode ser montado apenas através dos orifícios de montagem localizados nos quatro cantos.
A arquitetura de cabo duplo (HDMI para vídeo, Micro USB para alimentação e toque) substitui circuitos frágeis e flexíveis por cabos padrão, e os conectores são dispostos ao longo de uma borda da placa de circuito impresso (placa PC) para facilitar a fiação direta. A estrutura integrada de blindagem EMI reduz ainda mais os requisitos anti-interferência no nível do shell.
Usando a tecnologia IPS para obter visibilidade sob a luz solar
Em comparação com os painéis de exibição tradicionais nemáticos torcidos (TN) ou de alinhamento vertical (VA), os monitores IPS têm excelente desempenho óptico. O IPS atinge um amplo ângulo de visão de 85° em todas as direções e mantém cor e contraste consistentes em diferentes ângulos de visão. O brilho típico do modelo capacitivo é de 810 velas por metro quadrado (cd/m²), o que suporta o uso em ambientes com forte luz ambiente, tornando claramente visíveis instrumentos portáteis, painéis de controle e outras aplicações em ambientes externos e industriais.
A tela sem toque NHD-3.5-HDMI-HR-RXP (Figura 3) adota a mesma arquitetura geral, mas elimina a sobreposição de PCAP. Isso resulta em um brilho de tela de 950 cd/m², proporcionando melhor legibilidade sob luz solar para aplicações que processam entradas por meio de botões físicos ou outros controladores externos. O consumo de corrente dos modelos sem toque também é ligeiramente inferior (o valor típico é 460 miliamperes (mA) em vez de 490 mA). Este modelo também usa métodos de conexão HDMI e USB, mas o USB fornece apenas energia.
Tela NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP do Newhaven Display, com dimensões específicas marcadas na imagem (clique para ampliar)
Figura 3: O modelo NHD-3.5-HDMI-HR-RXP pré-integra uma tela de 640 × 480 e adota um design de abertura de moldura em vez de uma configuração de toque capacitivo. (Fonte da imagem: Newhaven Display, modificado pelo autor)
A faixa de temperatura de trabalho de ambos os modelos é de -20 ° C a +70 ° C, e a faixa de temperatura de armazenamento é de -30 ° C a +80 ° C. Os testes de verificação incluem ciclagem térmica, vibração e descarga eletrostática, com uma tensão de teste de ± 8 kV no ar e ± 4 kV em contato. Essas características permitem que ambos os produtos sejam implantados em ambientes industriais, de transporte e externos leves, e os projetistas não precisam realizar eles próprios a certificação de nível de exibição.
Inicie rapidamente as configurações de hardware e software
No nível de hardware, a integração concentra-se principalmente em três interfaces principais (Figura 4). O conector HDMI tipo A é usado para fornecer entrada de vídeo; O conector USB Micro-B é usado para fornecer tensão de 5 V e, se for um modelo capacitivo, também pode transmitir dados de toque USB-HID. O pequeno bloco de terminais conduz ao pino de controle do driver de luz de fundo, que pode aceitar sinais de ativação simples ou formas de onda de modulação por largura de pulso de 5 kHz a 100 kHz. A luz indicadora de status LED pode indicar energia, detecção de link HDMI e ações de toque de versão capacitiva, que são úteis para depuração de inicialização e solução de problemas no local.
As principais funções do Newhaven Display 3,5 "IPS HDMI TFT
Os principais recursos do IPS HDMI TFT na Figura 4:3.5 incluem interfaces HDMI (1) e USB Micro-B (2), HDMI, fonte de alimentação DC, luzes indicadoras LED de detecção de toque (3-5) e bloco de terminais com luz de fundo (6). (Fonte da imagem: Newhaven Display)
Nos sistemas Windows 10 e 11, a tela será detectada automaticamente como um monitor HDMI normal. Assim que o link USB estiver conectado, o modelo capacitivo será listado como um dispositivo de toque USB-HID. Não há necessidade de instalar drivers dedicados, configurações de exibição padrão e ferramentas de calibração de toque podem ser usadas.
Os sistemas baseados em Linux normalmente usam HDMI e EDID para detecção automática de modo semelhante. Na maioria das configurações, o módulo é exibido como um monitor HDMI padrão e o sistema seleciona automaticamente o modo 640 × 480. Para plataformas como Raspberry Pi, o guia do usuário fornece exemplos de instruções de configuração para forçar o uso do modo e tempo desejados quando necessário. A entrada de toque da tela da versão capacitiva é exibida como um dispositivo USB-HID por meio do subsistema de entrada padrão do Linux, simplificando a integração com estruturas gráficas comuns.
O brilho da luz de fundo pode ser ajustado através dos pinos de controle do driver de LED integrado sem a necessidade de um circuito de acionamento separado. Os níveis lógicos estáticos podem ser usados para controle simples de ligar/desligar, enquanto as entradas de modulação por largura de pulso podem ajustar o brilho para se adaptar a ambientes com pouca luz ou reduzir o consumo de energia ocioso. Este método evita o ruído de comutação e a complexidade do layout causados pelo design de drivers discretos de LED de alta tensão na placa de circuito principal.