HMI (Human Machine Interface)
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Displays – – – –
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Caracteris Caracteristica ticas s generales. generales. Productos Tipos de display Pantalla tactil
Teclas ca capacitivas – –
Principio de funcionamiento Productos
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Caract Caracteri eristic sticas as gen genera erales les LCD ( display display de cristal liqu liquido). ido). Los display display estan formados por una matriz de pequeños cristales, que pueden ser manipulados de forma tal que presentes datos en una pantalla como pueden ser numeros, letras, iconos y graficos.
Carac Ca racter terist istica icas s gen genera erales les Los cristales tienden a estar alineadas en un eje. Se las coloca entre dos polarizadores polarizadores perpendiculares, perpendiculares, alineadas en forma de hélice. Sin campo eléctrico aplicado los cristales están alineados, dejan pasar la luz polarizada y le cambian la polarización de modo que pueden atravesar el polarizador polarizador inferior perpendicular perpendicular al superior. De este modo se ve brillante, es decir, un segmento apagado.
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Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Cuando se aplica un campo eléctrico, la hélice se destruye, por lo tanto la luz polarizada polarizada que entra al sector del cristal líquido no logra obtener la polarización polarización correcta para atravesar el polarizador polarizador inferior, y es absorbida por éste. Vemos sombra, sombra, oscuro, oscuro, ó un segmento encendido.
Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Matriz pasiva y activa • Matrí atríz z pa pas siva iva El control de los pixels se hace con una matríz de electrodos de ambos lados del display.
• Matrí atríz z acti activ va Tiene un solo electrodo integral de un lado, y un transistor MOS (TFT) por pixel del otro lado. Para encender un pixel se enciende el transistor MOS. De este modo se obtiene un mejor contraste y un mayor ángulo de visión. Como contra, estos displays necesitan más luz porque los TFT no son tan transparentes.
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Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Fluidos utilizados • TN (Twist (Twist Nematic Nematic)) : Nematic Nematic es es el tipo tipo de cristal cristal líquid líquido. o. Este tipo se caracteriza por una hélice que gira 90 . °
• STN (Supe (Superr Twist Twist Nemati Nematic) c) : la h hélic élice e gira gira 260 260 , se logra una transición de encendido a apagado más abrupta (menos diferencia de tensión). Esto permite construír displays más grandes, con más pixeles porque permite direccionar direccionar más filas y columnas. °
• FSTN (Film(Film-comp compensa ensated ted STN ) : agrega agrega filtros filtros adici adicional onales, es, otorgando mayor contraste que el STN. • CSTN (Colo (Colorr STN) : tiene tiene filtros filtros adicio adicionale nales s y cada cada pixel pixel se divide en tres sub-pixels.
Características generales Angulo de visión I • El ángu ángulo lo de visió visión n de un LCD es la dirección en la cual el display posee la imagen optima. Las direcciones de visión están especificadas en términos de la posición de un reloj: • • • •
3 en punto. 6 en punto. 9 en punto. 12 en punto. to.
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Características generales Angulo de visión II. • Este Este ángu ángulo lo de visió visión n hace hace referencia al rango en el cual la imagen puede observarse sin cambios de contraste, ni cambios de tonos de color. Normalmente esta especificación especificación se realiza en grados.
Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Tipos Tipos de backli backligh ghtt Tipo
Visibilidad
Consumo
Costo
Control de brillo
Obs.
Cualquier condición luz ambiente
30mW
Barato
No
EL
Para alimentación a batería
LED
Cualquier condición luz ambiente
60mW
Barato
Si, rango amplio
Más común en display de caracteres
Preferible poca luz ambiente
700mW
Más Caro
Sí, rango limitado
Más común en displays grandes
CCFL
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Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Comparat Comparativas ivas backlight backlight Caracteristicas
LED
EL
CCFL
Potencia
3.3-4.2VDC, 20-200mA
100-130VDC, 400MHz, Nesecitan inverter, 5mA
600-1000VAC, 30 KHz, Nesecita Nesecita inverter, 5mA
Brillo
15-80 CD/M^2
70-200 CD/M^2
200-600 CD/M^2
Tiemp mpo o de vida ida
50, 50,00000-100,000 hr
2,00 2,000 0 - 5,00 5,000 0 hr hr
10,0 10,000 00 - 20,0 20,000 00 hr
Color
Ama/verde, Ambar, Ambar, rojo, rojo, verde, verde, azul, azul, blanco
Azul/verde, Blanco, Ama/verde
Blanco
Caract Caracteri eristi sticas cas gen genera erales les Existen además displays positivos y negativos.
STANDARD TEMPERATURE
EXTENDED TEMPERATURE
OPERATING
STORAGE
OPERAT ING
STORAGE
0°C - 50°C
-20°C - 70°C
-20°C - 70°C
-30°C - 85°C
Es importante considerar que existe una compensación por temperatura del contraste. Esto es necesario para aquellos casos en los que las condiciones ambientales sean rigurosas.
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Características generales Relación de contraste • Se define define como la relaci relación ón e entre ntre la la lumin luminanci ancia a medida cuando el LCD tiene la pantalla en color negro y la luminancia medida cuando la pantalla se encuentra en color blanco . • La relac relació ión n de contr contrast aste e para para LCDs LCDs monoc monocrom romos os es es de 10:1 • La relac relació ión n de con contra traste ste para para LC LCDs Ds TFT es es de 300 300:1 :1 • La rel relac acio ion n de con contr tras aste te par para a LCDs LCDs OLED OLED e es s de 3000:1
Características generales Rangos de temperatura • Hace referencia referencia al rango rango de tempera temperatura tura en en el cual cual un un LCD puede funcionar sin inconvenientes. inconvenientes. Ademas, podemos encontrar encontrar LCDs con rangos de temperatura extendida esto es necesario para aquellos casos en los que las condiciones condiciones ambientales ambientales sean rigurosas. Normalmente esta especificación se realiza en grados Celcius. • Para Para LCD LCDs s monoc monocrom romos os es de –20 –20ºC ºC a 7 70ºC 0ºC.. • Para Para LC LCDs Ds TFT es de –30º –30ºC C a 85ºC 85ºC.. • Para Para LC LCDs Ds OLED OLED es de –40º –40ºC C a 80ºC 80ºC..
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Características generales Tipos de interfaz. • Paralela : este tipo de interfaz es una de las mas utilizadas utilizadas en la la mayoria de los LCDs LCDs y se dividen dividen segun de la cantidad cantidad de bits que se utilizan. Podemos encontrar en 4bits, 8bits, 16bits, 24bits, etc. • Serie : este tipo de interfaz tiene la ventaja de utilizar pocos pines para el manejo de LCDs. Normalmente se utilizan de 2 a 4 pines. • LVDS : es una interfaz de video diseñada para obtener la maxima calidad de visualizacion visualizacion posible en en LCDs. LCDs.
Display Productos
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LCD sin controlador • Se trata trata del vidri vidrio o solamente solamente con los los caracte caracteres res o íconos íconos que pueden ser controlados controlados usando un un driver externo. Ejemplos: VI-607 con driver MMC5453. • Los paráme parámetros tros que los los disting distinguen uen son son el el número número de dígitos , cantidad de segmentos y su tamaño. t amaño.
LCM • Conoc Conocid idos os como como display displays s inteli inteligen gentes tes porqu porque e poseen poseen internamente un controlador controlador que maneja maneja los pixeles y genera los caracteres que pueden ser mostrados. • Se maneja manejan n directa directamente mente con un un microcon microcontrol trolador ador / PC. • Se comuni comunica ca con el exterio exteriorr mediante mediante interfaces interfaces serie o paralelo. • En todo todos s los los LC LCM M el el tipo de vidrio y el tipo de bakcl bakclight ight son parámetros fundamentales f undamentales..
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LCM de Caracteres Todos usan el mismo controlador, o compatible, es un estándar de facto. Los parámetros de selección son : - Cantidad Cantidad de renglon renglones es y caracteres (2x8, 2x16, 4x20). - Color Color de backli backlight ght (verde, blanco, rojo, azul, RGB). - Tipo de vidri vidrio. o. - Angulo Angulo de visión. visión. - Tamaño Tamaño de carácter carácter
LCM gráficos monocromo Estos tipos tipos de de display display se los los deno denomina minan n graficos graficos debido debido a la posibilidad posibilidad de controlar controlar cada pixel. Parametro Parametros s de selecció selección n: - Can Cantidad tidad de pixel pixel (128x64, (128x64, 240x128, 240x128, 320x240). 320x240). - Los contr controlad oladores ores montados montados en en estos estos display displays s son muy variados, dependiendo dependiendo de la cantidad de puntos del del display. En la mayoria mayoria de llos os casos casos poseen poseen iinterfa nterfaz z de 8 bit de d datos atos para comunicarlos con un MCU. Algunos de ellos manejan solo puntos y otros disponen de un generador caracteres. Color de backlight backlight - Color (verde, blanco, rojo, azul, RGB). - Tipo de vidri vidrio. o. - Angulo Angulo de visió visión. n.
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LCM Gráficos Color Pasivo LCM Color Pasivo • Este Este tip tipo o de disp displa lay y vien vienen en habitualmente sin controlador montado. Los parámetros de selección son : La definición de la matríz. El tamaño. La cantidad de colores que puede manejar. Tipo de interfaz.
LCD Color Activos
• Los paráme parámetro tros s de selecc selección ión son la cantidad de colores, la definición de la matríz, el tamaño y el tipo de interfaz.
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LCD TFT Winstar LCD TFT Winstar. - Tamañ Tamaños os : 3.5 3.5”, ”, 4.3” 4.3”,, 5.7 5.7”” y 7”. 7”. - Reso Resolluci ucione nes. s. 320x240, 480x272, 640x480 y 800x480 pixeles - 18 B Bits its de de Colo Colorr y 24 24 Bits Bits d de e Colo Color. r. - Ampl Amplio io angu angulo lo de visi vision on.. 130º vertical, vertical, 110º horizonta horizontal. l. - Temp Temp de oper operac ació ión n : -20º -20ºC C a 70ºC 70ºC.. - Inte Interf rfaz az para parale lela la.. - Backli kligh ghtt de LE LEDs.
LCD TFT SHARP LCD TFT SHARP. - Tama Tamaño ños s : Des Desde de 2” 2” hast hasta a 15 15”. ”. - Resol Resoluci ucione ones s : 320x2 320x240, 40, 640 640x48 x480, 0, 800x480, 800x600 800x600 y 1024x600 pixeles - 18 Bits Bits de de Colo Colorr (262K (262K col colore ores) s) y 24 24 Bits Bits de Color (16.7M colores). - Ampl Amplio io ángu ángulo lo de de vis visió ión. n. 160º vertical, vertical, 140º horizonta horizontal. l. - Temp Temp de o ope pera raci ción ón : -30º -30ºC C hast hasta a 85 85ºC ºC.. - Int Inter erfa faz z par paral alel ela a y LVD LVDS. S. - Back Backli ligh ghtt de LED LED y CC CCFL FL..
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LCD OLED LCD OLED. Ventajas. - Extra fino. Esto se debe a que no necesita backlight. backlight. Un display convencional tiene un espesor espesor de 14 mm mientras que un un OLED es de 4 mm. - Tiempo Tiempos s de respue respuesta sta má más s rápid rápidos. os. Los tiempos de de respuesta de de un display display OLED es de 1 useg useg y un display display convenci convencional onal esta esta en un valor próximo próximo a 50 mseg mseg segundos a 25ºC. - Ma Mayo yorr áng ángul ulo o de de vis visió ión. n. Display Display OLED 175º en todas todas sus sus direccio direcciones nes LCD tradicio tradicional nal 90º vertical vertical y 60º horizont horizontal al
LCD OLED LCD OLED. Ventajas. - Ma Mas s amp amplilio o ran rango go de temp temper erat atur ura. a. Display OLED de –40ºC a +80ºC, LCD de –20ºC a +70ºC. - Menor enor cons consum umo o de de ene energ rgíía. Display OLED tiene un consumo consumo de 40mA 40mA y un LCD tiene un consumo mayor a 240mA con luz trasera (backlight) de de led encendida. - Alto Alto brill brillo o y alta alta relaci relación ón de de contra contraste ste Un LCD convencional posee como máximo una relación de contraste 10:1 mientras que un display display OLED es superior a 3000:1
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LCD OLED LCD OLED caracteres y graficos. Los display display basados en tecnologia OLED podemos encontrar Del tipo de caracteres que son compatible con las versiones estandar estandar y graficos graficos,, Parametros Parametros de selección selección son : - Caracter: Caracter: Cantida Cantidad d de renglones y caracteres (2x8,2x16, 4x20). - Graficos: Cantidad Cantidad de p pixel ixel (128x64, 50x16,100x8). 50x16,100x8). - Color Color de pixel pixel (rojo, amarillo, blanco,RGB) . - Disponibilidad Disponibilidad de Polarizador Polarizador permite permite Ver el displ display ay al sol, sol,
LCD E-paper LCD E-paper. Es un dispositivo que simula ser un papel, pero funciona como como pantalla. pantalla. No llegan a tener la flexibilidad de un papel, pero sí su espes espesor. or. Caracteristicas: - 10 cara carac ctere teres. s. - 16 seg segme ment ntos os por por car carác ácte ter. r. - Flex Flexib ible le y dur durab able le.. - Re Resi sist sten ente te a impa impact ctos os.. - Pued Puede e ser ser actua actualiliza zado do has hasta ta 1 millon millon de veces. veces. - Temp Temp de oper operac ació ión n : 0ºC 0ºC a 50ºC 50ºC..
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LCD E-paper LCD E-paper. Beneficios:
- Retienen imagen sin alimentacion. - Extre Extrema mada dame ment nte e fino fino.. - Puede Puede ser ser segme segmenta ntado do o mat matriz riz activ activa a - Ampl Amplio io angu angulo lo de visi vision on ma mayo yorr 170º 170º.. - Multip Multiples les colore colores s : Negro-B Negro-Blan lanco, co, RojoRojo-Bla Blanco nco y Dorado-Blanco.
Touch panels Una pantalla táctil resistiva consiste de al menos tres capas: Una membrana flexible, f lexible, la cual, se coloca sobre un sustrato de vidrio o acrílico. Ambas superficies están recubiertas de una capa conductora transparente. Estas capas están separados por un espaciador . De esta manera no hay conexión eléctrica a menos que se aplique una presion sobre la capa superior, cerrando el circuito.
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Touch panels Pantalla tactil de 4 cables Como las pantallas tactiles son una red resistiva al presionar la superficie se cierra el circuito. Los hilos se conocen como X+ (izquierda), (izquierda), X-(Derecha ), Y+ (superior) e Y- (abajo). Una ventaja de la pantalla táctil de 4 hilos es que es posible determinar el tacto con presión mediante la medición del contacto resistencia entre las dos capas. Coordenada X X+ = GND , XX- = Vcc, Y-= Y-= ADC. Coordenada X Y+ = GND , YY- = Vcc, X-= X-= ADC.
Touch panels Pantalla tactil de 5 cables Las pantallas tactiles de 5 cables tambien consiste en un arreglo de resistencias pero el metodo de medicion se realiza por el mismo terminal Coordenada X UL,LL = GND, UR,LR = Vcc, Sense= ADC. Coordenada Y UL,UR = GND , LL,LR = Vcc, Sense= ADC.
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Teclas capacitivas
Teclas capacitivas Principio de funcionamie f uncionamiento nto En la actualidad, muchas técnicas de detección utilizan principios capacitivos, capacitivos, las cuales se basan en los efectos que produce la variación de la capacitancia en un circuito. Inicialmente, esta capacidad esta constituida por la capacidad parásita (Cp) entre el electrodo sensor (pad) y tierra. En el momento en que una persona apoya el dedo sobre dicho pad, se adicionara otra capacidad (Cf) debida al dedo de la persona respecto de tierra.
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Teclas capacitivas Soluciones Existen distintos tipos de soluciones dentro de las mas m as utilizadas tenemos: – Circuitos integrados integrados dedicados dedicados para esta aplicacion. Este tipo de solucion deben conectarse a un microcontrolador microcontrolador pueden comunicarse a travez de una interfaz serial o paralela. Caracteristicas: - Can Cantidad tidad de teclas. teclas. - Tipo de interfaz (serial (serial o paralela), - encap encapsul sulado ado..
Teclas capacitivas Soluciones Otra solucion para este tipo de aplicaciones es la del uso del MCU con un modulo interno de deteccion de teclas capacitivas, esto es modulo dedicado para este tipo de teclas. Los microcontroladores que poseen este modulo tambien estan definidos por la cantidad de teclas que pueden controlar.
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Teclas capacitivas Soluciones El ultimo tipo de solucion es utilizando un MCU tradicional, por lo que la medicion se realiza por programa, es decir, que utiliza los umbrales de deteccion de alto/bajo de los pines, Cuando se carga el capacitor y el MCU detecta un alto dispara un timer, luego se descarga el capacitor y se vuelve a esperar que se detecte un alto, el valor que se obtenga en el timer estara en funcion del valor del capacitor, al tocar con el dedo modifica el valor de capacidad, por ende, modifica el valor del timer.
Productos
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Productos Atmel Teclas capacitivas. - Numero de teclas. teclas. Interfaz paralelo AT42QT101x control de 1 tecla AT42QT1040 control de 4 teclas AT42QT1060 control de 6 teclas AT42QT111x control de 11 teclas - Inte Interrfaz faz ser seriial QT60160 control de 16 teclas QT60240 control de 24 teclas QT60326 control de 32 teclas QT60486 control de 48 teclas - Tensio Tension n de opera operació ción n 1,8v 1,8v a 5v 5v
Qtouch Qtouch Library software software para linea linea AVR y AT91SAM
Productos Freescale Teclas capacitivas. MPR03x - Permi Permite te con control trolar ar hasta hasta 3 tecla teclas s - Re Requi quiere ere un compo compone nente nte extern externo o - Enca Encaps psul ulad ado o DFN DFN8 8 2x2 2x2mm mm
MPR08x - Permi Permite te con control trolar ar has hasta ta 8 tecla teclas s
MPR121 - Permi Permite te contr controla olarr hasta hasta 12 tecl teclas as - Tens Tensio ion n de oper operac ació ión n de de 1,7 1,7v v a 3,6 3,6v v
Xtrinsic Xtrinsic Touch Sensing Sensing Software Software (TSS)
para linea linea 8bits 8bits S08 y 32bits 32bits ColdFir ColdFire e V1
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Productos Silabs Teclas capacitivas. C8051F700 -
Permi Permite te con control trolar ar hasta hasta 32 tecla teclas s No requ requier iere e compo compone nente ntes s exter externos nos Micr Microc ocon ontro trola lado dorr de 8 bit bits s Util Utiliz iza a ADC ADC y tim timer er del del MCU MCU
C8051F800 y C8051F990
- Perm Permit ite e cont contro rola larr hasta 14 teclas - Mod odul ulo o de ded dica icado - Ten Tension sion de ope operaci ració ón de 1,8v a 3,6v Quick Quick Sense Sense Studio Studio
¡Muchas Gracias! Electroco Electrocompon mponente entes s S.A. Darío Ramírez
[email protected]
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