We współczesnym sprzęcie elektronicznym wyświetlacz pełni jedną z najważniejszych funkcji. To właśnie dzięki niemu użytkownik otrzymuje informacje o stanie systemu, wynikach pomiarów, parametrach pracy czy występujących nieprawidłowościach i problemach.
Jeżeli ekran dodatkowo wyposażony jest też w panel dotykowy, staje się on również wygodnym sposobem sterowania. W praktyce może on zastąpić zestaw przycisków, przełączników i kontrolek, upraszczając całą konstrukcję. Co warto wspomnieć, odpowiednio zaadaptowany ekran wpływa też na ergonomię, szybkość obsługi i łatwość konfiguracji. Ma to znaczenie nie tylko w sprzętach użytku domowego, ale też w automatyce budynkowej, urządzeniach pomiarowych, systemach przemysłowych, aparaturze laboratoryjnej czy rozwiązaniach IoT.
W nowoczesnych projektach coraz częściej stosuje się inteligentne moduły wyświetlaczy, które łączą ekran, mikrokontroler, pamięć, interfejsy komunikacyjne, a w wielu wariantach również panel dotykowy. Dzięki temu mogą realizować znaczną część zadań związanych z generowaniem grafiki i obsługą interfejsu użytkownika. Przykładem takiego podejścia są rozwiązania 4D Systems dostępne w ofercie TME.
Wyświetlacze 4D systems
Wyświetlacze z procesorem ESP32-P4
Jedną z nowości 4D Systems jest seria wyświetlaczy oparta na procesorze ESP32-P4, doskonale znanej w branży firmy Espressif. Rodzina ta obejmuje zarówno nietypowe, okrągłe wyświetlacze o przekątnych 3,4 i 4 cale, jak i duże, panoramiczne moduły 7, 8, 9 oraz 10,1-calowe. W zależności od konkretnego modelu rozdzielczość ekranu wynosi 800x800, 720x720 lub 1280x800 pikseli. Zastosowanie matryc IPS zapewnia szerokie kąty widzenia, natomiast duża jasność do nawet 1000cd/m2 ułatwia odczyt w intensywnie oświetlonym otoczeniu.
Wyświetlacz graficzny z matrycą IPS.
Wyświetlacze z mikrokontrolerem ESP32-P4
ESP32-P4 dysponuje 32MB pamięci Flash i 32MB PSRAM, co pozwala przechowywać rozbudowany kod wraz z elementami graficznymi bez potrzeby implementacji zewnętrznej pamięci. Jeśli jednak zaszłaby taka potrzeba, informacje mogą być zapisywane na karcie microSD. W wyposażeniu modułu znalazły się również liczne linie GPIO i interfejsy UART, SPI, I2C, a także wejścia analogowe i wyjścia PWM. Warto zauważyć też, że konstrukcje przewidują implementację interfejsu MIPI-CSI dla kamery, dodatkowy zegar czasu rzeczywistego, port USB-C oraz tor audio I2S ze wzmacniaczem umożliwiającym bezpośrednie podłączenie głośnika. Aby zapewnić komunikację przez Wi-Fi oraz Bluetooth z wyświetlaczem potrzebny jest dodatkowy moduł rozszerzeń ESP32-C6. Jest to specjalnie zaprojektowana nakładka do bezpośredniego podłączenia z tyłu modułów wyświetlaczy serii ESP32-P4.
Seria ESP32-P4 jest szczególnie przydatna w zastosowaniach wymagających dużej rozdzielczości, płynnego odświeżania grafiki i obsługi rozbudowanego interfejsu. Mogą to być między innymi panele sterowania maszyn, urządzenia laboratoryjne, systemy automatyki budynkowej oraz interfejsy urządzeń multimedialnych. Okrągłe wersje otwierają dodatkowo możliwość projektowania nowoczesnych regulatorów, wskaźników i paneli inspirowanych klasycznymi przyrządami analogowymi.
Wyświetlacze gen4-uLCD
Wyświetlacz z rezystancyjnym panelem dotykowym.
Bazową serią wyświetlaczy od 4D Systems jest gen4-uLCD. Obejmuje ona konstrukcje o przekątnych od 2,4 do 7 cali i rozdzielczości od 240x320 do 800x480 pikseli. W zależności od modelu, producent oferuje wersje bez obsługi dotyku, z panelem rezystancyjnym lub pojemnościowym, a także wykonania ze zintegrowaną ramką. Panel rezystancyjny sprawdza się tam, gdzie urządzenie ma być obsługiwane rysikiem lub w rękawicach, natomiast panel pojemnościowy zapewnia obsługę znaną ze współczesnych urządzeń mobilnych.
Wyświetlacze serii gen4-uLCD
Sercem znacznej części serii jest procesor graficzny DIABLO16 firmy 4D Labs. Odpowiada on za bezpośrednią obsługę ekranu, generowanie tekstu i grafiki, odtwarzanie animacji oraz współpracę z panelem dotykowym. Dodatkowo wbudowane interfejsy komunikacyjne GPIO, wejścia analogowe, obsługa PWM oraz gniazdo microSD pozwalają połączyć ekran z czujnikami, elementami wykonawczymi i pozostałą elektroniką urządzenia. O czym warto wspomnieć to, że „mózgiem” ekranu, w zależności od modelu,może być też procesor PICASOojgoyu.
Duży wybór rozmiarów i wersji wykonania sprawia, że jest to najbardziej uniwersalna z rodzin 4D Systems. Moduły te można stosować w sterownikach, urządzeniach pomiarowych, systemach kontroli dostępu, automatyce, a także w prototypach wymagających szybkiego przygotowania funkcjonalnego sprzętu.
Wyświetlacze 4Discovery
Seria 4Discovery prezentuje nieco inne podejście do konstrukcji wyświetlacza. W tym rozwiązaniu zamknięty jest on w estetycznej obudowie z możliwością montażu na ścianie lub lub integracji z obudową urządzenia. W ofercie znajdziemy modele z ekranami 3,5 i 5 cali. Mniejszy 4Discovery-35 wykorzystuje wyświetlacz o rozdzielczości 480x320 pikseli i rezystancyjny panel dotykowy. Został zaprojektowany między innymi z myślą o instalowaniu w standardowych puszkach montażowych używanych do osprzętu elektrycznego. Pozwala to stosować go jako sterownik oświetlenia, temperatury, kontroli dostępu lub innych elementów automatyki budynkowej.
Kontrast 1000:1 i 65k kolorów gwarantują doskonałą jakość obrazu.
Seria 4Discovery w TME
Modele 5-calowe oferują pionowy ekran IPS o rozdzielczości 480x854 pikseli oraz pojemnościowy panel dotykowy. Może być on wyposażony również w czujnik zbliżeniowy, który może posłużyć do wybudzania ekranu, gdy użytkownik zbliży się do urządzenia. Dostępne są wersje w jasnej lub czarnej obudowie, a wybrane warianty oznaczone literą W obsługują także łączność Wi-Fi i Bluetooth.
Podstawowym interfejsem przewodowym tej serii jest RS485. Dwa złącza RJ45 w wersjach 5 calowych umożliwiają łatwe poprowadzenie magistrali przez kolejne urządzenia. RS485 dobrze sprawdza się w automatyce budynkowej i przemysłowej, ponieważ pozwala komunikować się na większe odległości i łączyć wiele urządzeń w jednej magistrali. Panel może pracować jako urządzenie nadrzędne lub podrzędne, zależnie od przyjętej architektury.
Za obsługę aplikacji użytkownika odpowiada procesor DIABLO16, a dane i multimedia mogą być przechowywane na zewnętrznej karcie microSD. Połączenie ekranu dotykowego, obudowy, interfejsu RS485 i komunikacji bezprzewodowej sprawia, że 4Discovery jest dobrym wyborem tam, gdzie liczy się nie tylko funkcjonalność, ale także wygląd i łatwość montażu. Typowe zastosowania obejmują sterowanie oświetleniem, klimatyzacją i ogrzewaniem, systemami dostępu, instalacjami inteligentnego budynku oraz rozproszonymi układami monitorowania energii.
Wyświetlacze gen4-RP2350
Wyświetlacz dysponuje 520kB pamięci SRAM, 8MB pamięci PSRAM i 16MB FLASH.
Seria gen4-RP2350 łączy konstrukcję inteligentnych wyświetlaczy z mikrokontrolerem RP2350 opracowanym przez Raspberry Pi. Rodzina obejmuje ekrany o przekątnych od 2,4 do 9 cali i rozdzielczościach od 240x320 do 800x480 pikseli. W zależności od modelu można wybrać wersję bez obsługi dotyku, z panelem rezystancyjnym, pojemnościowym lub pojemnościowym ze zintegrowaną ramką wyświetlacza.
Wyświetlacze gen4-RP2350 w TME
Mikrokontroler RP2350 firmy Raspberry Pi oferuje nietypową możliwość wyboru architektury procesora podczas programowania. Układ wyposażono w dwa rdzenie Arm Cortex-M33 oraz dwa rdzenie Hazard3 RISC-V, przy czym system może pracować z wykorzystaniem jednej z tych par. Układ wyróżnia się również funkcjami bezpieczeństwa, obejmującymi między innymi Arm TrustZone, sprzętowe generowanie liczb losowych i akcelerację wybranych operacji kryptograficznych. Może to mieć znaczenie w panelach obsługujących dostęp, konfigurację urządzeń sieciowych lub inne funkcje wymagające ochrony kodu i danych.
Moduły wyświetlaczy wyposażono w 520kB wewnętrznej pamięci SRAM, 16MB pamięci Flash i 8MB PSRAM. Udostępniają one także interfejsy UART, SPI, I2C, wyjścia PWM, wejścia analogowe, klasyczne GPIO, złącze USB-C i czytnik kart microSD.
Dużą zaletą tej rodziny jest możliwość wykorzystania narzędzi i sposobu programowania znanego z platformy Raspberry Pi Pico, między innymi Raspberry Pi Pico SDK współpracujące z Visual Studio Code. Ponadto, tego typu mikrokontroler programowany może być nawet za pomocą Arduino IDE, co jeszcze bardziej upraszcza proces prototypowania.
Gen4-RP2350 to swego rodzaju kompromis między klasycznymi modułami gen4-uLCD a najbardziej wydajną rodziną ESP32-P4. Zapewnia dużą elastyczność, szeroki wybór rozmiarów oraz przystępne środowisko programistyczne, dlatego może stanowić podstawę urządzeń pomiarowych, paneli kontrolnych, systemów edukacyjnych, prototypów oraz krótkich serii funkcjonalnych produktów.