Встраиваемые интеллектуальные дисплеи для промышленного применения

О выборе дисплея, в зависимости от характера выводимых оператору сообщений и условий работы оборудования, уже говорилось не раз. В первую очередь необходимо определить его оптимальную информационную емкость и расстояние от оператора до экрана. Далее следует убедиться в способности дисплея выдержать климатические условия и механические воздействия, при которых будет эксплуатироваться разрабатываемое изделие, определить требования по надежности и ресурсу, а также электромагнитной совместимости различных компонентов системы. Не исключено, что заданные условия применения и хранения, несмотря на широчайшее разнообразие современной электронной элементной базы, заставят разработчика принимать дополнительные меры к обеспечению работоспособности создаваемого устройства. Особенно чувствительны к внешним воздействиям дисплеи. Однако и среди них есть изделия, способные успешно работать в жестких условиях. Так, VFD-дисплеи NORITAKE ITRON обеспечивают качественное изображение в расширенном диапазоне температур (-4О...+85°С) без ухудшения яркости, контраста и времени отклика. Это позволяет рассматривать их как подходящий вариант для создания встраиваемых систем промышленного назначения.

В ряде случаев оптимальным для промышленного оборудования является дисплей небольшой информационной емкости, поскольку оператору предназначены сообщения, отображаемые в виде текста и несложной графики. Безусловно, при этом дисплей должен обеспечивать высокие эргономические показатели. Его физические размеры могут различаться в значительных пределах: от миниатюрных индикаторов до приборов общего пользования.

Как правило, для каждого сегмента промышленности, а в некоторых случаях даже для отдельного объекта, разработчикам приходится создавать уникальные решения. Поэтому для создания систем промышленного назначения привлекаются специалисты высокой квалификации, от которых требуются большие гибкость и скорость ответа на потребности рынка. Разработчики заняты созданием целевого ноу-хау, поэтому решение задачи вывода сообщений оператору не должно занимать много времени в процессе разработки, а управление дисплеем в свою очередь загружать минимум вычислительных ресурсов системы.

Для выполнения этих требований компанией NORITAKE ITRON созданы серии интеллектуальных индикаторных модулей - GU-600 и GU-3900.

Обратимся к обзору форматов индикаторов и дополнительных функций, приведенному в таблице 1. Дисплеи серий GU-600 и GU-3900 обладают широким набором дополнительных функций, не обычных для других встраиваемых приборов отображения информации: флэш-памятью, дополнительным портом ввода/вывода, возможностью создания, хранения и выполнения макросов.

Макросы - программы, выполняемые модулем без участия центрального процессора системы. Они позволяют вывести на экран необходимые сообщения - от простейших текстовых до анимационных роликов - и взаимодействовать с периферийными устройствами, подключенными к дополнительному порту ввода/вывода. Стоит отметить, что модули серий GU-600 и GU-3900 позволяют выполнять макрос автоматически при включении питания. Флэш-память дает возможность осуществить энергонезависимое хранение данных и макросов.

Дополнительный порт ввода/вывода предназначен для взаимодействия с периферийными устройствами: простыми клавиатурами, сигнальными светодиодами и т.п. датчиками и исполнительными устройствами.

Интеллектуальные индикаторные модули серий GU-600 и GU-3900 являются практически завершенными микрокомпьютерами. Блок-схема интеллектуальных индикаторных модулей NORITAKE ITRON приведена на рис. 1. Мощные дополнительные возможности интеллектуальных дисплеев сочетаются с простотой выполнения базовых функций вывода визуальной информации. Модули серий GU-3900 и GU-600 воспринимают подаваемые через управляющий интерфейс байты в диапазоне 20h-FFh как текстовые символы и просто выводят их на экран, в соответствии с текущей позицией курсора. Это представляется весьма разумным, поскольку вывод текста необходим даже в приборе самой сложной конфигурации. По-видимому, вывод текстовой информации всегда будет одной из ключевых функций, которые реализуют приборы отображения информации, применяемые в измерительной технике, средствах промышленной автоматизации, бытовой технике и профессиональном оборудовании.

Рис. 1. Блок-схема интеллектуальных индикаторных модулей NORITAKE ITRON серий GU-600 и GU-3900

Серия GU-600

Модули серии GU-600 построены на основе дисплеев с разрешением от 96 до 254 пикселов по горизонтали и от 8 до 64 пикселов по вертикали, что позволяет выводить достаточно сложные сообщения. Знакогенератор серии содержит шрифты форматов 5x5; 5x7; 10x14 и 7x15 пикселов. Модули серии GU-600 отличаются большим набором интерфейсов, среди которых параллельный, RS-232, RS-485, SPI, PC и последовательный асинхронный.

Рассмотрим для примера новые индикаторные модули GU240X64D-K610A8 и GU240X64D-K612A8.

Они выполнены в габарите 153x47 мм и имеют экран формата 240x64 мм с видимой областью размером 107,85x26 мм. Изображение модуля GU240X64D-К612А8 приведено на рис. 2. Разрешение 240x64 пиксела позволяет вывести до 8 строк по 40 символов при использовании шрифта форматом 5x7 пикселов. Модули снабжены параллельным и последовательными интерфейсами SPI, PC, а также последовательным асинхронным интерфейсом в логических уровнях (GU240X64D-K610A8) и RS-232 (GU240X64D-K612A8).

Линии порта ввода/вывода можно индивидуально настраивать на ввод или вывод, а затем управлять состоянием линий, назначенных выходами, и опрашивать линии, назначенные входами. Эти возможности позволяют реализовать на основе индикаторного модуля простой операторский терминал, который способен организовать диалог с пользователем или взаимодействовать с периферией при минимальном участии центрального процессора.

Модуль воспринимает байты в диапазоне 20h-FFh как текстовые символы и выводит их на экран, в соответствии с выбранной кодировкой. Кроме этого, имеются команды позиционирования курсора.

Таблица 1. Параметры интеллектуальных индикаторных модулей NORITAKE ITRON

* Миниатюрные модули с очень ярким дисплеем (3500 кд/м2).

** Дисплеи большого размера (информационные табло).    

Рис. 2. Графический модуль GU240X64D-K612A8 (серия GU-600)

Рис. 3. Графический модуль GU256X128C-3900 (серия GU-3900)

Для вывода графической информации предназначены команды включения/выключения пиксела, заливки, прорисовки контура и инвертирования прямоугольной области и вывода последовательности данных. Механизм макрокоманд позволяет разработчику сохранить до 8 макросов, в том числе предназначенных для автоматического выполнения при включении питания.

Серия GU-3900

В ней представлены индикаторные модули небольшого и среднего размеров разрешением 256x32; 256x64, 256x128 и 320x32.

Для разрешений 256x32; 256x64 и 256x128 имеется несколько версий модулей с различным физическим размером пиксела. Благодаря унификации управляющих схем и микропрограмм, одни и те же схемотехнические и программные решения можно использовать для различных модулей этой серии. Все модули серии GU-3900 русифицированы, имеют два управляющих интерфейса: RS-232 и параллельный. Внешний вид одного из популярных модулей серии GU-3900 - GU256X128C3900-приведен на рис. 3.

Кроме этого, в серии GU-3900 имеются крупноформатные модули разрешением 256x16; 512x32 и 384x32, предназначенные для создания информационных табло. На рис. 4 показан модуль GU512X32H-3900. Такие модули можно выделить в обособленную группу. Для использования в информационных табло предназначены также модули с большими экранами разрешением от 96x8 до 256x16, снабженные контроллером серии GU-600, например, модули разрешением 192x16: GU192x16H-K611C5 и GU192x16H-K612C5 с интерфейсами RS-485 и RS-232 соответственно.

Рис. 4. Графический модуль GU512X32H-3900 для информационных табло (серия GU-3900)

Вывод текста осуществляется с помощью встроенных шрифтов форматом 6x8; 8x16 и 16x32 пиксела. Знакогенератор содержит символы ASCII, кириллицу, алфавиты европейских и азиатских языков. Кроме того, пользователь может загружать собственные шрифты во флэш-память или ОЗУ модуля.

Весьма полезной при работе с текстом является функция масштабирования. Она позволяет полностью использовать возможности дисплея для вывода текста.

На экране можно задать до четырех окон, в которые независимо осуществляется вывод графики и текста.

Для работы с графической информацией существуют разнообразные возможности. Имеются команды для работы с растровыми данными, прорисовки линий и прямоугольников, заливки прямоугольных областей, инверсии изображения и т.д.

Механизм макрокоманд и возможности хранения данных в серии GU-3900 доведены до совершенства: Можно сохранить во встроенной флэш-памяти модуля целый ролик, который будет воспроизводиться при включении питания без участия внешнего управляющего процессора. Создание макросов осуществляется с помощью внутреннего языка программирования, который позволяет задавать переменные, выделять подпрограммы, осуществлять ветвление и управлять событиями.

Для управления периферией предназначен дополнительный порт ввода/вывода, который состоит из восьми универсальных линий ввода/вывода и четырех линий ввода.

Стоит отметить возможность подключения нескольких модулей серии GU-3900 к одному порту управляющей системы, благодаря возможности присвоения каждому модулю уникального адреса.

По сути модули GU-3900 являются микрокомпьютерами с развитым внутренним языком программирования. Разумеется, главной функцией индикаторного модуля является возможность вывода нужной информации с хорошим качеством изображения. Это фундаментальная основа применения индикаторных модулей серии GU-3900. С другой стороны, если вы используете эти модули в своих разработках, целесообразно подумать, какие из задач, выполняемых центральным процессором, можно было бы перевести на модуль GU-3900.

Если для решения задачи необходим малогабаритный дисплей, есть смысл применить модуль из серии GU-600. Прибор с более мощными информационными возможностями и более крупным экраном можно выбрать из серии GU-3900. Кроме того, эта серия имеет более совершенные механизмы макрокоманд и управления дополнительной периферией.