通過(guò)開(kāi)關(guān)和按鈕，由輪子和滑塊驅(qū)動(dòng)的線性或旋轉(zhuǎn)電位器，工業(yè)控制面板是機(jī)械操場(chǎng)。由于是機(jī)械的，它們有可能成為問(wèn)題的根源，從焊接接頭到運(yùn)動(dòng)部件。為一組特定的控制任務(wù)而構(gòu)建，如果不是不可能的話，董事會(huì)很難為其他任何人重新配置。它們不容易學(xué)習(xí)如何使用，并且對(duì)于復(fù)雜的操作，通常伴有屏幕來(lái)顯示設(shè)備的狀態(tài)。

今天，這些都是消失的品種。相反，新裝置完全是固態(tài)的;他們?cè)谟蒅UI（圖形用戶界面）驅(qū)動(dòng)的顯示屏上使用觸摸板。通過(guò)改變屏幕圖像，觸摸面板上方的區(qū)域?qū)⒃谝曈X(jué)上鏈接到不同的功能。這意味著，除了可重新配置之外，系統(tǒng)還可以指導(dǎo)用戶完成操作，可能是在啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)，也許是在發(fā)生異常情況時(shí)。雖然這種方法具有更強(qiáng)大，更易于清理以及更廣泛環(huán)境容忍的界面的優(yōu)點(diǎn)，但它需要付出代價(jià)：軟件，通常是復(fù)雜的軟件。

當(dāng)然，由屏幕控制的不同設(shè)備本身由處理器和軟件管理。各個(gè)機(jī)器通過(guò)某種總線（如CAN或工業(yè)以太網(wǎng)）相互通信并與整個(gè)系統(tǒng)控制器通信。通常需要強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制元素，并且應(yīng)用程序可能是安全關(guān)鍵的，因此整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)為將觸摸屏控制器和GUI與整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)隔離，除非通過(guò)安全定義接口。這樣，GUI軟件的任何問(wèn)題都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)或各個(gè)設(shè)備的安全性。

這種隔離可能是由于在運(yùn)行通用操作系統(tǒng)的單獨(dú)處理器上運(yùn)行所有GUI和觸摸屏活動(dòng)而控制活動(dòng)在其自己的處理器上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上運(yùn)行而引起的。處理器可能是物理上獨(dú)立的設(shè)備，單個(gè)芯片上的獨(dú)立核心或虛擬化軟件創(chuàng)建的虛擬核心。

在本文中，雖然我們將查看物理上獨(dú)立的控制器，但大部分討論也與在虛擬核心中運(yùn)行的觸摸屏控制器相關(guān)。

《 br》圖1：工業(yè)HMI環(huán)境中的觸摸屏控制。在這種情況下，相同的MCU/MPU似乎正在運(yùn)行兩個(gè)設(shè)備，通過(guò)CAN總線連接到PLC，以及觸摸屏界面。

屏幕技術(shù)

有多種觸摸屏技術(shù)，但兩者實(shí)際上，最常見(jiàn)的兩種主導(dǎo)市場(chǎng)的是電容和電阻技術(shù)。

電阻屏通常是兩層玻璃或塑料，由氣隙隔開(kāi)。一層將具有水平導(dǎo)線，另一層將具有垂直。上層的壓力將鏈接這些線，給出XY坐標(biāo)。使用了不同的詳細(xì)技術(shù)，但通常屏幕將有四個(gè)端口連接到控制器。

電容式傳感屏幕使用各種詳細(xì)技術(shù)，但依靠導(dǎo)電物質(zhì)（如手指），改變屏幕區(qū)域的電容，然后將此變化感知為XY坐標(biāo)。在工業(yè)應(yīng)用中存在電容感測(cè)的限制：如果手指在手套內(nèi)，特別是重工作手套，則可能沒(méi)有足夠的電容變化可測(cè)量，并且諸如RF發(fā)射的環(huán)境因素可能影響電容。這兩種技術(shù)都可以用于多點(diǎn)觸摸輸入 - 例如，兩個(gè)手指分開(kāi)或一起放大或縮小GUI中的區(qū)域。

屏幕尺寸差別很大。光譜的一端是來(lái)自像3M這樣的人的大型32英寸屏幕;而在另一端，屏幕小至3.5“對(duì)角線（2.83”乘2.07“）。

圖2：簡(jiǎn)單的觸摸屏來(lái)自O(shè)ptrex。

GUI

觸摸屏顯示某種形式的GUI。這可以是通用接口，例如Windows的版本，或者它可以是專門(mén)為該應(yīng)用程序生成的接口。顯然，控制器中的內(nèi)存大小將是選擇接口的重要因素。其他因素包括所需顯示的復(fù)雜性，成本限制以及顯示屏的大小。

并不總是徹底探索所顯示圖像的質(zhì)量。從庫(kù)中挑選幾個(gè)符號(hào)或圖標(biāo)并將它們放在屏幕上很少。關(guān)于接口設(shè)計(jì)已有相當(dāng)多的研究，ISA（國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)）中似乎有一個(gè)小組正致力于ISA101標(biāo)準(zhǔn)。

微控制器

許多微控制器制造商現(xiàn)在都提供對(duì)觸摸傳感的支持，盡管這些通常都是針對(duì)手持和便攜式設(shè)備。在工業(yè)領(lǐng)域，Atmel一直是一個(gè)重要的參與者，特別是在收購(gòu)Quantum Research之后，這是一家觸摸敏感設(shè)備制造商，特別是滑塊，輪子和按鈕。除了廣泛的AT42QT專用觸摸屏控制器外，該公司還開(kāi)發(fā)了用于微控制器的QTouch觸摸屏控制軟件庫(kù)，并添加了“觸摸通道”，用于觸摸屏與許多處理器系列的接口，包括AVR UC3和AT Mega和X Mega系列，也包括LCD控制器。一些型號(hào)，例如tinyAVR系列的一些成員，也包括硬件QTouch采集。這些微控制器得到了各種開(kāi)發(fā)和評(píng)估套件的支持。

圖3：Atmel在許多處理器中都有專用的觸摸屏接口，還有一些還具有硬件QTouch采集功能作為專用外設(shè)接口。

德州儀器（TI）開(kāi)發(fā)了一系列基于ARM Cortex-M3 Stellaris處理器的觸摸屏應(yīng)用“智能顯示模塊”。這些可用作參考設(shè)計(jì)，并由原理圖，材料清單，用于PCB布局的Gerber文件和示例應(yīng)用程序提供支持。此外，TI將超越這一范圍，并將批量銷(xiāo)售模塊，使其更容易通過(guò)特定應(yīng)用程序投入生產(chǎn)。有三種型號(hào)，均針對(duì)具有工業(yè)耐溫處理器的工業(yè)應(yīng)用。選項(xiàng)包括以太網(wǎng)供電和千兆以太網(wǎng)，每個(gè)都有2.8英寸的屏幕和一個(gè)更大的3.5英寸屏幕選項(xiàng)。這些產(chǎn)品由Stellaris軟件和圖形庫(kù)以及Cortex-M3周?chē)鼜V泛的生態(tài)系統(tǒng)提供支持。

英飛凌推出了一款觸摸感應(yīng)控制器，作為XC82x和XC83x 8位微控制器的外設(shè)接口之一?？刂破髦饕O(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)單的LED按鈕，滑塊或滾輪面板，通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用與LED矩陣控制器共享屏幕界面。

Microchip開(kāi)發(fā)了“金屬蓋帽”電容式傳感技術(shù)。該技術(shù)將前面板（可以是不銹鋼或鋁或其他適當(dāng)?shù)牟牧希┓胖迷赑CB上，兩者之間具有小的氣隙。頂部表面上的符號(hào)是PCB上的傳感器。壓力導(dǎo)致頂面偏轉(zhuǎn)，改變板和傳感器之間的間隙，從而改變電容。根據(jù)應(yīng)用，控制軟件可以區(qū)分軟觸摸和硬觸摸。金屬蓋帽與需要簡(jiǎn)單切換的工業(yè)環(huán)境特別相關(guān)，并且mTouch軟件庫(kù)支持電容式觸摸。 PIC微控制器的許多8位，16位和32位成員都支持此功能。它在某些產(chǎn)品中與顯示控制，CAN總線接口和USB接口相結(jié)合。為了支持這一應(yīng)用，我們提供了一系列開(kāi)發(fā)和評(píng)估套件。

圖4：Microchip的“金屬覆蓋”傳感器使用了變形用于改變電容的金屬面板。

用于觸摸屏控制的絕大多數(shù)微控制器產(chǎn)品都用于便攜式和手持式設(shè)備，許多微控制器供應(yīng)商已開(kāi)發(fā)出觸摸屏控制庫(kù)，可在其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品上運(yùn)行，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通用IO與控制器通信（ GPIO）頻道。雖然這些庫(kù)可用于工業(yè)控制應(yīng)用，但運(yùn)行它們的處理器可能無(wú)法適應(yīng)通常與工業(yè)環(huán)境相關(guān)的惡劣條件。特別是在微控制器設(shè)計(jì)師決定優(yōu)先考慮低功耗的情況下 - 對(duì)于電池壽命始終是主要問(wèn)題的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)并不奇怪。

觸摸屏界面將在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，因?yàn)樗鼈兙哂泄逃械膹?qiáng)大性和應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛制造世界的能力。然而，雖然表面上易于部署，但如果它們有效，設(shè)計(jì)人員將不得不非常注意接口設(shè)計(jì)以及接口軟件與運(yùn)行安全關(guān)鍵應(yīng)用程序的軟件之間的關(guān)系。