Gründe für die Nutzung eines Wi-Fi-fähigen Touchscreens als kompakte IIoT-Benutzeroberfläche

Die Benutzerschnittstellen für industrielle Automatisierungsanlagen reichen von komplexen Mehrfachbildschirmen mit kaskadierenden Menüs bis hin zu einem großen orangefarbenen Schalter mit der Aufschrift EIN/AUS. Um es im Geiste von Leonardo da Vinci zu formulieren: Eine Benutzeroberfläche muss so einfach wie möglich sein, aber nicht einfacher. Sie muss der Aufgabe angemessen sein und dabei unnötige Komplexität vermeiden.

In industriellen Automatisierungssystemen muss eine kompakte Benutzerschnittstelle manchmal in der Nähe des zu bedienenden Systems angebracht werden und bei einer Neukonfiguration des Systems leicht neu zu positionieren sein. Die Benutzerschnittstelle kann drahtlos mit dem Gerät kommunizieren und die Flexibilität eines Touchscreens bieten. Das kann nicht nur für Anwendungen des industriellen Internet der Dinge (IIoT), sondern auch für Heimautomatisierungsprojekte nützlich sein. Die Anwendung kann so etwas Einfach wie die Fernsteuerung der Beleuchtung oder das Öffnen des Garagentors sein.

Ich habe gesehen, wie Labortechniker einen speziellen Laptop mit dem lokalen Netzwerk verbunden haben, um einfache Steueraufgaben wie das Ein- und Ausschalten von Lichtern, die Steuerung von Lüftern und das Entriegeln von Türen mit Hilfe von Magnetschaltern durchzuführen. Das war ein nettes System, aber es fehlte an grundlegender Sicherheit. Wenn zum Beispiel der Laptop vom Netz getrennt wurde, schalteten sich aus Sicherheitsgründen alle Lichter ein und die Türen wurden entriegelt.

Eine sauberere und effizientere Lösung mit angemessener Sicherheit ist ein drahtlos vernetzter Touchscreen. MikroElektronika ist ein Hersteller einiger sehr schöner Einplatinencomputer, darunter das eingebettete Evaluierungsboard MIKROE-3923 mit einem kapazitiven Touchscreen auf einem hellen 3,5-Zoll-TFT-Display (thin film transistor - Dünnschichttransistor) mit 320 x 240 Pixeln (Abbildung 1). Das Board kann mit einem einzelligen Lithium-Akku betrieben werden und über den USB-C-Anschluss aufgeladen werden, der sowohl den USB-Host- als auch den -Device-Modus unterstützt.

Abbildung 1: Das MIKROE-3923, hier von der Vorder- und Rückseite abgebildet, verfügt über ein 3,5 Zoll großes TFT-Display mit 320 x 240 Pixeln und kapazitivem Touchscreen, das von einem attraktiven und schützenden Rahmen umgeben ist. Es verfügt über eine Reihe von Sensoren und einen Summer und kann über Wi-Fi lokal angeschlossen werden. (Bildquelle: MikroElektronika)

Das MIKROE-3923 verfügt über eine Farbtiefe von 24 Bit und nutzt sechs helle LEDs, um ein hohes Kontrastverhältnis von 500:1 zu erreichen. Das sorgt für eine gut sichtbare Anzeige, die bei den meisten Lichtverhältnissen eine hohe Lesbarkeit bietet. Diese Merkmale sind besonders wichtig für hell erleuchtete Industrieanlagen oder Heimautomatisierungssysteme, die gelegentlich dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Der Touchscreen unterstützt sowohl Mehrfachberührungen als auch Gesten. Das kann in kritischen Situationen nützlich sein, in denen ein Bediener ein System schnell ausschalten muss, indem er z. B. schnell über das gesamte Display nach unten wischt.

Das Board unterstützt die mikroBUS-Erweiterungssteckleisten von MikroElektronika und kann an kompatible mikroBUS-Geräte angeschlossen werden. Das Wi-Fi-mikroBUS-Erweiterungsboard mikroBUS Click Board CC3100 MIKROE-2336 (Abbildung 2) von MikroElektronika kann einfach in die Erweiterungssteckleisten eingesteckt werden, um eine zuverlässige Verbindung zum Wi-Fi-Netzwerk einer Anlage herzustellen. Darüber hinaus kann das Click Board CC3100 auch als Wi-Fi-Zugangspunkt dienen. Das kann ein erheblicher Vorteil in einem Industrie- oder Hausautomatisierungssystem sein, da es die Nutzung als zentraler Zugangspunkt erlaubt sowie die Steuerung eines Computers, der die direkt mit dem MIKROE-3923 verbundenen Systeme steuert. Das vereinfacht die Vernetzung und Wartung und erhöht die Zuverlässigkeit des Systems.

Abbildung 2: Das Wi-Fi-mikroBUS-Erweiterungsboard Click CC3100 von MikroElektronika kann eine zuverlässige Wi-Fi-Verbindung zum MIKROE-3923 herstellen. Es kann als Knotenpunkt in einem bestehenden Wi-Fi-Netzwerk oder als Wi-Fi-Zugangspunkt dienen. (Bildquelle: MikroElektronika)

Das MIKROE-3923 verfügt über einen Audio-Codec, der die meisten gängigen Audioformate unterstützt. Wenn ein Lautsprecher an die 3,5-Millimeter-Buchse auf der Platine angeschlossen wird, kann er dazu verwendet werden, dem Bediener ein akustisches Feedback zu geben, einschließlich von Sprachbenachrichtigungen mit synthetischer Sprache und hörbarer Klicks auf dem Touchscreen.

Zu den Sensoren des MIKROE-3923 gehören ein Drei-Achsen-Beschleunigungsmesser und ein Magnetometer. In einer großen IIoT-Anlage, in der viele Menschen kommen und gehen, können diese Sensoren dazu verwendet werden, unbefugte Bewegungen oder das Entfernen des Geräts zu erkennen. Wenn eine unbefugte Bewegung oder ein unbefugter Eingriff festgestellt wird, kann das MIKROE-3923 einen Alarm über Wi-Fi an das Sicherheitssystem senden und außerdem einen Alarm über den Lautsprecher ausgeben.

Der Hauptprozessor des Boards ist ein Arm Cortex-M4 MK64FN1M0VDC12 von NXP mit 120 Megahertz (MHz) und einer Fließkommaeinheit (floating point unit, FPU). Er verfügt über 1 Megabyte (MByte) Flash-Programmspeicher, 256 Kilobyte (KByte) SRAM und genügend Rechenleistung für die komplexe verteilte Datenverarbeitung. Darüber hinaus kann das MIKROE-3923 auch als Hauptcomputer für Industrieanlagen dienen, wobei es nicht nur als Benutzeroberfläche, sondern auch als zentraler Steuerrechner für die angeschlossenen Anlagen fungiert.

Das MIKROE-3923 verfügt über einen microSD-Kartensteckplatz, der zur Datenspeicherung und zur Aktualisierung der Firmware für das MK64FN1M0VDC12 genutzt werden kann. Außerdem besitzt das MIKROE-3923 ein 8-MByte-Flash-Speichermodul, das die Nutzung als Flash-Programmspeicher oder als nichtflüchtiger Datenspeicher erlaubt. Damit kann das MIKROE-3923 Anwendungskonstanten oder Kalibrierdaten speichern und auch eine Datenprotokollierung von Systemvorgängen durchführen. Das kann bei Heimautomationssystemen für die Aufzeichnung der Temperatur im Zeitverlauf oder bei industriellen Automatisierungssystemen für die Aufzeichnung von Leistungsdaten zur späteren Überprüfung von Möglichkeiten zur Kostensenkung durch Effizienzsteigerung nützlich sein.

Fazit

Fortschritte in den Bereichen Industrieautomatisierung, IIoT und Heimautomatisierung erfordern oft flexible Benutzeroberflächen, die kompakt, einfach zu bedienen und bei hellem Licht gut sichtbar sind. Mit genügend Rechenleistung und einer Wi-Fi-Verbindung kann eine kompakte Touchscreen-Benutzerschnittstelle mehr als nur als Bedienfeld dienen. Sie kann auch als Hauptsteuercomputer für komplexe Anlagen oder ein IIoT-Netzwerk fungieren, was den Betrieb vereinfacht und die Wartung erleichtert.