เมื่อนักออกแบบเลือกจอแสดงผลงานสําหรับเครื่องควบคุมอุตสาหกรรม อุปกรณ์การแพทย์ และระบบขนาดเล็กอื่นๆ พวกเขาไม่เพียงแค่ต้องการแสดงข้อมูลมากขึ้นบนจอขนาดเล็กแต่ยังต้องปรับปรุงความเห็น, ความสามารถในการใช้งานและความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ยังจําเป็นต้องลดต้นทุนในขณะที่เร่งการพัฒนา
มันยากที่จะบรรลุการผสมผสานขนาด ความละเอียด ความสว่าง และผลงานอุตสาหกรรมที่เหมาะสม เมื่อใช้วิธีแก้ไขแบบดั้งเดิมปัญหากลายเป็นระดับความยากลําบากของการบูรณาการจอแสดงสินค้าอุตสาหกรรมขนาดเล็กโดยทั่วไปมีรูปแบบของแผ่นแสดงสินค้าหรือโมดูล แต่ต้องใช้แรงงานมากในการแก้ปัญหาเช่นและการลดความรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI.
บทความนี้นําเสนอสั้น ๆ ความท้าทายที่นักออกแบบเผชิญกับการพัฒนาระบบขนาดเล็กและแสดงให้เห็นวิธีการบูรณาการและการจัดจําหน่ายจอนี้อย่างรวดเร็ว.
ความต้องการของจอจอจอขนาดเล็กในตลาดยังคงเพิ่มขึ้น
อุปกรณ์ขนาดเล็กมักจะใช้จอความละเอียดต่ําได้ยาก เนื่องจากข้อจํากัดทางการทํางาน ระบบประเพณีเหล่านี้เพียงต้องการเมนูที่เรียบง่ายและสัญลักษณ์ตัวชี้วัดพื้นฐานอุปกรณ์ที่ทันสมัยต้องการจอความละเอียดสูง เพื่อนําเสนอข้อมูลที่ซับซ้อน และบรรลุประสบการณ์ผู้ใช้งานที่สมบูรณ์แบบ.
การนําเสนอความเชื่อมโยงของอินเตอร์เน็ตของสิ่งของ (IoT) และความสามารถในการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนได้ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ฟังก์ชันของอุปกรณ์ดังกล่าวไปไกลกว่าการให้ข้อมูลการวัดการตอบสนองพวกเขายังจําเป็นต้องผลิตการวิเคราะห์การทํางานของอุปกรณ์อย่างลึกซึ้ง และให้คําแนะนําการทํางานทางสายตาระหว่างการแก้ปัญหา
การพัฒนาแพลตฟอร์มยังขับเคลื่อนความต้องการความละเอียดด้วย เนื่องจากสภาพแวดล้อม RTOS ที่ติดตั้งแบบดั้งเดิมให้ทางกับแพลตฟอร์มที่ทันสมัย เช่น ลินูคัส, วินโดว์ส์ เอ็มเบดด์ และราสเบอรี่ ไพผู้ออกแบบต้องเผชิญกับข้อจํากัด: ระบบปฏิบัติการที่ทันสมัยต้องการความละเอียดจออย่างน้อย 640 × 480 ซึ่งจอจอจอขนาดเล็กแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองได้
จากมุมมองการพัฒนา การใช้งานใหม่ของ user interface framework, widget และ icon library ที่ถูกพัฒนาขึ้นสําหรับ desktop, tabletหรือระบบที่ติดตั้งด้วยความละเอียดสูงขึ้นได้กลายเป็นความจริงการใช้ใหม่นี้ช่วยให้มั่นคงความสอดคล้องในการแบรนด์และลักษณะต่างๆ ระหว่างสายสินค้า โดยหลีกเลี่ยงการใช้งานกราฟฟิกอินเตอร์เฟซผู้ใช้งานระดับต่ํา (GUI) ครั้งเดียว
ทําไมจอขนาดเล็กแบบดั้งเดิมจึงทําให้การบูรณาการซับซ้อน
เพื่อตอบโจทย์ความต้องการเหล่านี้ ผู้ออกแบบกําลังเปลี่ยนจากความละเอียด 320 × 240 ที่ทั่วไปในจอขนาดเล็ก ไปยังจอทรานซิสเตอร์แผ่นบาง (TFT) 640 × 480 ที่ชัดเจนและตอบสนองและใช้เทคโนโลยี เช่น การสลับในระนาบ (IPS) เพื่อให้เกิดสีที่แม่นยําและมุมมองที่กว้างกว่าการเพิ่มจํานวนพิกเซลเป็น 4 เท่าได้ทําให้มีอินเตอร์เฟซผู้ใช้ที่ดี แต่มันยังนําไปสู่สองโจทย์ที่เกี่ยวข้องกัน
จอระดับความละเอียดสูงต่ํากว่า 5 นิ้วมักจะจัดให้ในรูปแบบจอเปลือยและสามารถเชื่อมต่อผ่านอินเตอร์เฟส เช่น RGB 24 บิต, LVDS, หรือ MIPI-DSI. เพื่อบูรณาการจอจอเหล่านี้ผู้ออกแบบต้องแก้ปัญหา เช่น การออกแบบวงจรความเร็วสูงเช่นเดียวกับแสงเบื้องหลังของจอจอขนาดเล็กมักเป็นแค่การตั้งค่า "พื้นฐานที่สุด"ดังนั้นนักออกแบบจึงต้องซื้อตัวขับ LED ด้วยตัวเอง และนําฟังก์ชันการควบคุมการดับ.
ในแง่ของโปรแกรม, หน้าจอเปลือยศูนย์ไม่มีกลไกการค้นพบมาตรฐาน. ผู้ออกแบบต้องปรับปรุงเวลาการแสดงด้วยมือและพัฒนาไดรเวอร์ที่กําหนดเองสําหรับการใส่สัมผัสและการควบคุมแสงเบื้องหลังอย่างไรก็ตาม, การดําเนินงานนี้ต้องการความรู้เชี่ยวชาญเกี่ยวกับกราฟฟิกและระบบปฏิบัติการ ซึ่งอาจจะไม่เป็นจุดมุ่งเน้นหลักของทีมงานผลิตภัณฑ์และสามารถทําให้การทดสอบ, การผลิต,และการบํารุงรักษาในสถานที่ที่ซับซ้อนมากขึ้น.
ปรับปรุงการบูรณาการของจอจอขนาดเล็กโดยใช้ HDMI และ USB
หน้าจอ TFT IPS HDMI 3.5 "ของ Newhaven Display (รูป 1) มีแผ่นจอ 640 × 480 ไดรเวอร์แสงเบื้องหลังความสว่างสูง โครงสร้างป้องกัน EMIและโมดูลสัมผัสจุจุแบบเลือกในส่วนประกอบการแสดงภาพที่สมบูรณ์แบบความหนาแน่นของพิกเซลของแผ่นจอเหล่านี้คือ 228 พิกเซลต่อนิ้ว (PPI)ตอบสนองความต้องการความละเอียดของอินเตอร์เฟซมนุษย์เครื่อง (HMI) ที่ใช้ข้อมูลมาก และหลีกเลี่ยงปัญหาของการออกแบบฮาร์ดแวร์แบบดั้งเดิม.
จอจอ 3.5 "IPS HDMI TFT ของ Newhaven Display
รูปที่ 1: จอ IPS HDMI TFT ขนาด 3.5 นิ้วรวมแผ่นจอ 640 × 480 ที่ชัดเจนเข้าไปในองค์ประกอบ plug and play ที่สมบูรณ์แบบ (แหล่งภาพ: Newhaven Display)
ซอฟต์แวร์อินเตอร์เฟซสําหรับวิดีโอ HDMI สามารถทําให้การปรับปรุงระบบง่ายขึ้น ในแง่ของระบบโฮสต์ จอจอนี้เหมือนกับจอจอ HDMI มาตรฐานแทนที่จะเป็นแผ่นแสดงภาพเปล่าที่ไม่ทราบที่ต้องการเวลาที่กําหนดเองเหมือนจอ HDMI แบบทั่วไปอินเตอร์เฟซนี้ประกาศโหมด 640x480 ผ่านข้อมูลการระบุ Display Extended (EDID) และสามารถตรวจจับอัตโนมัติบนแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์บอร์ดเดียว (SBC) เช่น Windows, ลินูคัส และราสเบอรี่ไพ โดยวิธีนี้, ไม่มีความจําเป็นในการพัฒนาไดรเวอร์กราฟิกระดับต่ํา, และความเสี่ยงของความผิดพลาดในการตั้งค่าความละเอียดสามารถถูกลดให้น้อยที่สุด
NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU ที่มีความรู้สึกต่อการสัมผัส (รูป 2) ขยายแนวคิดการออกแบบของอินเตอร์เฟซมาตรฐานไปยังการเข้าสัมผัสแบบจุจุ (PCAP)เครื่องเชื่อม micro USB สามารถให้บริการทั้งพลังงาน 5V และข้อมูลสัมผัสพร้อมกันเครื่องควบคุมด้วยการสัมผัสแสดงเป็นอุปกรณ์อัตราต่อส่วนมนุษย์ USB (USB-HID) แบบมาตรฐานบนระบบ Windows และ Linuxดังนั้น ระบบปฏิบัติการจะติดตั้ง Driver ของมันโดยอัตโนมัติ โดยไม่ต้องต้องการโมดูลเนอร์เนลของผู้จําหน่าย.
Newhaven Display NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 2: NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU รวมแผ่นจอใส 640 × 480 ลงในชุดจอที่สมบูรณ์แบบ และอุปกรณ์ป้องกัน EMI ถูกติดตั้งรอบส่วนประกอบความถี่สูง(แหล่งภาพ): นิวเฮเวน ดิสเพลย์, ปรับปรุงโดยผู้เขียน)
โมดูลเหล่านี้ยังทําให้กระบวนการการประกอบทั้งหมดเรียบง่าย เมื่อใช้การแก้ไขแผ่นแสดงภาพเปล่า ผู้ออกแบบจําเป็นต้องดําเนินการบูรณาการหลายขั้นตอน: การติดตั้งกระจก TFT ในกรอบที่กําหนดเองการติดตั้งบอร์ดคนขับอิสระในตําแหน่งอื่น ๆ ภายในกระเป๋า, การวางสายไฟเบนด์ความแม่นยําระหว่างส่วนประกอบและการกําหนดพื้นที่การติดตั้งสําหรับวงจร LED ไดรเวอร์แยกแยก5 "IPS HDMI TFT ทําให้กระบวนการด้านบนง่ายขึ้นและสามารถประกอบได้เพียงแค่ผ่านรูการติดตั้งที่ตั้งอยู่ที่มุมสี่.
สถาปัตยกรรมเคเบิลคู่ (HDMI สําหรับวิดีโอ, Micro USB สําหรับพลังงานและสัมผัส)และเชื่อมต่อถูกจัดตั้งตามขอบหนึ่งของแผ่นวงจรพิมพ์ (แผ่น PC) เพื่อการเชื่อมต่อแบบตรงง่ายโครงสร้างป้องกัน EMI ที่บูรณาการ ลดความต้องการต่อการป้องกันการแทรกแซงในระดับเปลือก
การใช้เทคโนโลยี IPS เพื่อให้เห็นได้ดีภายใต้แสงอาทิตย์
เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นจออเนมติก (TN) หรือการจัดตั้งตั้ง (VA) แบบบิดแบบประเพณี จอ IPS มีประสิทธิภาพทางแสงที่ดีเยี่ยมIPS ทําให้มุมมองกว้าง 85 องศาในทุกทิศทาง และรักษาสีที่สม่ําเสมอและความแตกต่างข้ามมุมมองที่แตกต่างกันความสว่างแบบปกติของรุ่นจุคือ 810 เทียนต่อตารางเมตร (cd / m 2), ซึ่งสนับสนุนการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสว่างที่เข้มแข็ง, ทําเครื่องมือมือ, แผ่นควบคุม,และการใช้งานอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและอุตสาหกรรมที่ชัดเจน.
หน้าจอจอที่ไม่สัมผัส NHD-3.5-HDMI-HR-RXP (รูป 3) ใช้โครงสร้างทั่วไปเดียวกัน แต่กําจัดการทับซ้อน PCAP ซึ่งส่งผลให้ความสว่างจอ 950 cd/m2ให้ความสามารถในการอ่านที่ดีขึ้นภายใต้แสงอาทิตย์สําหรับแอพลิเคชั่นที่ประมวลผลข้อมูลผ่านปุ่มทางกายภาพหรือเครื่องควบคุมภายนอกอื่น ๆการบริโภคปัจจุบันของรุ่นที่ไม่สัมผัสด้วยยังต่ํากว่าเล็กน้อย (มูลค่าทั่วไปคือ 460 มิลลิแอมเปอร์ (mA) แทนที่ 490 mA) รุ่นนี้ยังใช้วิธีการเชื่อมต่อ HDMI และ USBแต่ USB ให้พลังงานเท่านั้น.
หน้าจอ NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP ของนิวย์เฮเวน ดิสเพลย์ (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 3: รูปแบบ NHD-3.5-HDMI-HR-RXP มีจอจอ 640 × 480 และใช้การออกแบบเปิดเบเซลแทนการตั้งค่าสัมผัสแบบจุ (แหล่งภาพ: Newhaven Display,ปรับปรุงโดยผู้เขียน)
ระยะอุณหภูมิการทํางานของทั้งสองรุ่นคือ -20 ° C ถึง +70 ° C และระยะอุณหภูมิการเก็บคือ -30 ° C ถึง +80 ° C. การทดสอบการตรวจสอบประกอบด้วยการหมุนเวียนความร้อน, การสั่นสะเทือน,และไฟฟ้าสแตตติก, ด้วยความดันทดสอบที่ ± 8 kV ในอากาศและ ± 4 kV ในการสัมผัส คุณสมบัติเหล่านี้ทําให้ผลิตภัณฑ์ทั้งสองสามารถนําไปใช้ในอุตสาหกรรม, การขนส่งและสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่เบาและผู้ออกแบบไม่จําเป็นต้องดําเนินการรับรองระดับการแสดงเอง.
เริ่มการตั้งค่าฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์อย่างรวดเร็ว
ในระดับฮาร์ดแวร์, การบูรณาการเน้นหลัก ๆ ในสามอินเตอร์เฟซหลัก (รูป 4)และถ้ามันเป็นรุ่นประกอบความจุ, มันยังสามารถส่งข้อมูลการสัมผัส USB-HID. บล็อกปลายตัวเล็กนําไปยังปินควบคุมผู้ขับไฟหลัง,ที่สามารถรับสัญญาณเปิดง่ายหรือรูปคลื่นปรับความกว้างของกระแทกจาก 5 kHz ถึง 100 kHz. ไฟระจายสถานะ LED สามารถแสดงพลังงาน, การตรวจจับการเชื่อมต่อ HDMI, และการสัมผัสแบบ capacitive, ซึ่งมีประโยชน์สําหรับการแก้ไขปัญหาในการเริ่มต้นและการแก้ไขปัญหาในสถานที่
ฟังก์ชันหลักของ Newhaven Display 3.5 "IPS HDMI TFT
ลักษณะหลักของ IPS HDMI TFT ในรูปที่ 4:3.5 ประกอบด้วย HDMI (1) และ USB Micro-B (2) อินเตอร์เฟซ, HDMI, แหล่งไฟฟ้า DC, ไฟ LED ตัวชี้วัดการตรวจจับการสัมผัส (3-5) และบล็อคปลายแสงเบื้องหลัง (6). (แหล่งภาพ: Newhaven Display)
ในระบบ Windows 10 และ 11 หน้าจอจะถูกตรวจจับเป็นระบบ HDMI แบบปกติรุ่นประกอบด้วยความจุจะถูกระบุว่าเป็นอุปกรณ์สัมผัส USB-HIDไม่จําเป็นต้องติดตั้งไดรฟ์พิเศษ, การตั้งค่าจอมาตรฐานและเครื่องมือการปรับขนาดสัมผัสสามารถใช้ได้
ระบบที่ใช้ Linux โดยทั่วไปใช้ HDMI และ EDID สําหรับการตรวจจับรูปแบบอัตโนมัติในแบบที่คล้ายกันโมดูลแสดงเป็นจอ HDMI มาตรฐานและระบบจะเลือกแบบ 640 × 480 โดยอัตโนมัติสําหรับแพลตฟอร์มเช่น Raspberry Pi คู่มือผู้ใช้บริการให้ตัวอย่างของคําสั่งการตั้งค่าเพื่อบังคับการใช้โหมดที่ต้องการและเวลาเมื่อจําเป็นทางเข้าการสัมผัสของจอจอฉบับ capacitive แสดงเป็นอุปกรณ์ USB-HID ผ่านระบบย่อยการเข้า Linux มาตรฐาน, การปรับปรุงการบูรณาการกับกรอบกราฟฟิกทั่วไป
ความสว่างของแสงเบื้องหลังสามารถปรับผ่านปินการควบคุมของเครื่องขับ LED ที่บูรณาการ โดยไม่ต้องใช้วงจรขับแยกระดับโลจิกสแตติกสามารถใช้สําหรับการควบคุมเปิด /ปิดง่ายขณะที่ปริมาณการปรับความกว้างของแรงผลักดันสามารถปรับความสว่างเพื่อปรับตัวไปกับสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยหรือลดการบริโภคพลังงานที่ว่างวิธีนี้หลีกเลี่ยงเสียงสลับและความซับซ้อนการวางแผนที่เกิดจากการออกแบบของผู้ขับ LED ความดันสูงแยกบนบอร์ดวงจรหลัก.