Lorsque les concepteurs choisissent des écrans pour le contrôle industriel, les équipements médicaux et autres systèmes compacts, ils doivent non seulement afficher davantage d'informations sur des écrans plus petits, mais également améliorer la visibilité, la convivialité et la fiabilité. De plus, il faut réduire les coûts tout en accélérant le développement.
Il est difficile d’obtenir une combinaison raisonnable de taille, de résolution, de luminosité et de performances industrielles en utilisant des solutions traditionnelles. Le problème devient donc le niveau de difficulté d’intégration. Les petits écrans industriels prennent généralement la forme de panneaux ou de modules d'affichage, mais nécessitent que les concepteurs consacrent beaucoup d'efforts à résoudre des problèmes tels que les pilotes de bas niveau, le rétroéclairage et l'atténuation des interférences électromagnétiques (EMI).
Cet article présente d'abord brièvement les défis auxquels les concepteurs sont confrontés lors du développement de systèmes compacts. Présentez ensuite l'écran plug and play haute définition de 3,5 pouces de Newhaven Display et montrez comment intégrer et déployer rapidement cet écran.
La demande d'écrans d'affichage compacts haute résolution sur le marché continue de croître
Les petits appareils ont toujours pu utiliser à peine des écrans basse résolution. En raison de limitations fonctionnelles, ces systèmes traditionnels ne nécessitent que des menus simples et des étiquettes indicatrices de base. Cependant, les appareils modernes nécessitent des écrans haute résolution pour présenter des données complexes et offrir une expérience utilisateur parfaite.
L’introduction de la connectivité Internet des objets (IoT) et des capacités d’analyse complexes a entraîné ces changements. En prenant comme exemple les outils de diagnostic et les appareils de mesure portables, les fonctions de ces appareils vont bien au-delà de la fourniture de données de mesure en retour. Ils doivent également produire une analyse approfondie des performances de fonctionnement de l’appareil et fournir des conseils visuels de fonctionnement lors du dépannage.
Le développement des plateformes a également stimulé la demande de résolution. Alors que les environnements RTOS intégrés traditionnels cèdent la place aux plates-formes modernes telles que Linux, Windows Embedded et Raspberry Pi, les concepteurs sont confrontés à une limitation pratique : les systèmes d'exploitation modernes nécessitent une résolution d'affichage d'au moins 640 × 480, ce que les écrans traditionnels des petits appareils ne peuvent tout simplement pas satisfaire.
Du point de vue du développement, la réutilisation des cadres d'interface utilisateur, des widgets et des bibliothèques d'icônes initialement développés pour les ordinateurs de bureau, les tablettes ou les systèmes embarqués avec une résolution plus élevée est devenue une réalité. Cette réutilisation permet de garantir la cohérence de l'image de marque et des fonctionnalités entre les gammes de produits, tout en évitant le travail ponctuel d'une interface utilisateur graphique (GUI) de bas niveau.
Pourquoi les petits écrans traditionnels rendent l'intégration complexe
Pour répondre à ces demandes, les concepteurs abandonnent la résolution courante de 320 × 240 dans les petits écrans pour adopter des écrans à transistors à couches minces (TFT) clairs et réactifs de 640 × 480, et adoptent des technologies telles que la commutation dans le plan (IPS) pour obtenir des couleurs précises et des angles de vision plus larges. La multiplication par quatre du nombre de pixels a permis de créer une excellente interface utilisateur, mais elle a également conduit à deux défis interdépendants.
Les écrans haute résolution de moins de 5 pouces sont généralement fournis sous forme d'écran nu et peuvent être connectés via des interfaces telles que RVB 24 bits, LVDS ou MIPI-DSI. Pour intégrer ces écrans d'affichage, les concepteurs doivent résoudre des problèmes tels que la conception de circuits à grande vitesse, le câblage complexe et les interférences électromagnétiques générées par les signaux haute fréquence. De même, le rétroéclairage des petits écrans d'affichage ne constitue généralement que la configuration « la plus basique », de sorte que les concepteurs doivent acheter eux-mêmes des pilotes de LED et mettre en œuvre des fonctions de contrôle de gradation.
En termes de logiciels, les écrans nus manquent de mécanismes de découverte standardisés. Les concepteurs doivent configurer manuellement la synchronisation de l'affichage et développer des pilotes personnalisés pour la saisie tactile et le contrôle du rétroéclairage. Cependant, l'accomplissement de cette tâche nécessite des connaissances spécialisées en matière de graphiques et de systèmes d'exploitation, ce qui n'est peut-être pas la priorité de l'équipe produit et peut rendre les tests, la fabrication et la maintenance sur site plus complexes.
Simplifiez l'intégration de petits écrans d'affichage via HDMI et USB
L'écran IPS HDMI TFT 3,5" de Newhaven Display (Figure 1) intègre un panneau d'affichage 640 × 480, un pilote de rétroéclairage haute luminosité, une structure de blindage EMI et un module tactile capacitif en option dans un composant d'affichage complet, résolvant facilement les problèmes susmentionnés. La densité de pixels de ces panneaux d'affichage est de 228 pixels par pouce (PPI), répondant aux exigences de résolution des interfaces homme-machine (IHM) à forte intensité d'informations et évitant les problèmes de conception matérielle traditionnelle.
Écran d'affichage IPS HDMI TFT 3,5" de Newhaven Display
Figure 1 : L'écran IPS HDMI TFT de 3,5 pouces intègre un panneau d'affichage clair de 640 × 480 dans un composant plug and play complet. (Source de l'image : Newhaven Display)
Le logiciel d'interface pour la vidéo HDMI peut simplifier le débogage du système. En termes de système hôte, cet écran d'affichage ressemble à un moniteur HDMI standard, plutôt qu'à un panneau d'affichage nu inconnu qui nécessite une minuterie personnalisée. Comme tout moniteur HDMI standard, cette interface déclare le mode 640 x 480 via les données d'identification d'affichage étendues (EDID) et peut réaliser une détection automatique sur les plates-formes d'ordinateurs monocarte (SBC) courantes telles que Windows, Linux et Raspberry Pi. De cette manière, il n'est pas nécessaire de développer des pilotes graphiques de bas niveau et le risque d'erreurs de configuration de résolution peut être minimisé au maximum.
Le NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU tactile (Figure 2) étend le concept de conception de l'interface standard à son entrée tactile capacitive projetée (PCAP). Dans ce produit tactile capacitif, le connecteur micro USB peut fournir simultanément une alimentation 5 V et des données tactiles. Les contrôleurs tactiles s'affichent en tant que périphériques d'interface humaine USB (USB-HID) standard sur les systèmes Windows et Linux, de sorte que le système d'exploitation installe automatiquement leurs pilotes sans nécessiter de modules de noyau spécifiques du fournisseur.
Newhaven Display NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (cliquez pour agrandir)
Figure 2 : Le NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU intègre un panneau d'affichage clair de 640 × 480 dans un ensemble d'affichage complet, et des dispositifs de blindage EMI sont installés autour des composants haute fréquence. (Source de l'image : Newhaven Display, modifiée par l'auteur)
Ces modules simplifient également l'ensemble du processus d'assemblage. Lorsqu'ils utilisent une solution de panneau d'affichage nu, les concepteurs doivent effectuer une intégration en plusieurs étapes : installer le verre TFT dans un cadre personnalisé, fixer les cartes de commande indépendantes dans d'autres positions à l'intérieur du boîtier, poser des câbles plats de précision entre les composants et déterminer l'espace d'installation pour le circuit de commande LED discret. Le TFT HDMI IPS 3,5" simplifie le processus ci-dessus et peut être assemblé uniquement à travers les trous de montage situés aux quatre coins.
L'architecture à double câble (HDMI pour la vidéo, Micro USB pour l'alimentation et le toucher) remplace les circuits flexibles fragiles par des câbles standards, et les connecteurs sont disposés le long d'un bord de la carte de circuit imprimé (carte PC) pour un câblage direct facile. La structure de blindage EMI intégrée réduit encore les exigences anti-interférences au niveau de la coque.
Utilisation de la technologie IPS pour obtenir une visibilité sous la lumière du soleil
Comparés aux panneaux d'affichage traditionnels à nématique torsadé (TN) ou à alignement vertical (VA), les écrans IPS offrent d'excellentes performances optiques. IPS atteint un angle de vision large de 85 ° dans toutes les directions et maintient des couleurs et un contraste cohérents sous différents angles de vision. La luminosité typique du modèle capacitif est de 810 bougies par mètre carré (cd/m²), ce qui prend en charge une utilisation dans des environnements à forte lumière ambiante, rendant clairement visibles les instruments portables, les panneaux de commande et d'autres applications dans des environnements extérieurs et industriels.
L'écran d'affichage non tactile NHD-3.5-HDMI-HR-RXP (Figure 3) adopte la même architecture globale, mais élimine le chevauchement PCAP. Cela se traduit par une luminosité d'écran de 950 cd/m², offrant une meilleure lisibilité sous la lumière du soleil pour les applications qui traitent les entrées via des boutons physiques ou d'autres contrôleurs externes. La consommation électrique des modèles non tactiles est également légèrement inférieure (la valeur typique est de 460 milliampères (mA) au lieu de 490 mA). Ce modèle utilise également les méthodes de connexion HDMI et USB, mais l'USB fournit uniquement l'alimentation.
Écran d'affichage NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP de Newhaven Display, avec des dimensions spécifiques indiquées sur l'image (cliquez pour agrandir)
Figure 3 : Le modèle NHD-3.5-HDMI-HR-RXP pré-intègre un écran d'affichage 640 × 480 et adopte une conception d'ouverture de lunette au lieu d'une configuration tactile capacitive. (Source de l'image : Newhaven Display, modifiée par l'auteur)
La plage de température de fonctionnement des deux modèles est de -20 °C à +70 °C et la plage de température de stockage est de -30 °C à +80 °C. Les tests de vérification incluent les cycles thermiques, les vibrations et les décharges électrostatiques, avec une tension d'essai de ± 8 kV dans l'air et de ± 4 kV au contact. Ces caractéristiques permettent aux deux produits d'être déployés dans des environnements industriels, de transport et extérieurs légers, et les concepteurs n'ont pas besoin d'effectuer eux-mêmes la certification du niveau d'affichage.
Démarrez rapidement les paramètres matériels et logiciels
Au niveau matériel, l'intégration se concentre principalement sur trois interfaces principales (Figure 4). Le connecteur HDMI de type A est utilisé pour fournir une entrée vidéo ; Le connecteur USB Micro-B est utilisé pour fournir une tension de 5 V, et s'il s'agit d'un modèle capacitif, il peut également transmettre des données tactiles USB-HID. Le petit bornier fait sortir la broche de commande du pilote de rétroéclairage, qui peut accepter de simples signaux d'activation ou des formes d'onde de modulation de largeur d'impulsion de 5 kHz à 100 kHz. Le voyant d'état LED peut indiquer l'alimentation, la détection de liaison HDMI et les actions tactiles de version capacitive, ce qui est utile pour le débogage au démarrage et le dépannage sur site.
Les principales fonctions du Newhaven Display 3,5" IPS HDMI TFT
Les principales caractéristiques de l'IPS HDMI TFT de la figure 4 : 3.5 incluent les interfaces HDMI (1) et USB Micro-B (2), HDMI, l'alimentation CC, les voyants LED de détection tactile (3-5) et le bornier de rétroéclairage (6). (Source de l'image : Newhaven Display)
Dans les systèmes Windows 10 et 11, l'écran d'affichage sera automatiquement détecté comme un moniteur HDMI ordinaire. Une fois la liaison USB connectée, le modèle capacitif sera répertorié comme périphérique tactile USB-HID. Pas besoin d'installer de pilotes dédiés, les paramètres d'affichage standard et les outils d'étalonnage tactile peuvent être utilisés.
Les systèmes basés sur Linux utilisent généralement HDMI et EDID pour la détection automatique du mode de la même manière. Dans la plupart des configurations, le module s'affiche comme un moniteur HDMI standard et le système sélectionne automatiquement le mode 640 × 480. Pour les plateformes telles que Raspberry Pi, le guide de l'utilisateur fournit des exemples d'instructions de configuration pour forcer l'utilisation du mode et du timing souhaités lorsque cela est nécessaire. L'entrée tactile de l'écran d'affichage de la version capacitive est affichée comme un périphérique USB-HID via le sous-système d'entrée Linux standard, simplifiant l'intégration avec les cadres graphiques courants.
La luminosité du rétroéclairage peut être ajustée via les broches de commande du pilote LED intégré sans avoir besoin d'un circuit de commande séparé. Les niveaux logiques statiques peuvent être utilisés pour un contrôle marche/arrêt simple, tandis que les entrées de modulation de largeur d'impulsion peuvent ajuster la luminosité pour s'adapter aux environnements à faible luminosité ou réduire la consommation d'énergie au ralenti. Cette méthode évite le bruit de commutation et la complexité de configuration causés par la conception de pilotes de LED haute tension discrets sur la carte de circuit imprimé principale.