如何利用触摸屏控制器设计出工厂现代化的触摸屏界面

工业物联网（IIoT）接口设计起来很困难，而不仅仅是因为它们经常受到恶劣环境的影响。大多数工业设备，如机器人，过程控制面板和机器压力机，也受到严格的监管和安全协议的约束。

与新的消费品无关，设计师不能只创建任何用户界面想。他们必须遵守规则。因此，工业用户界面的设计与工程，法规遵从性和创造性相同。

本文将介绍一些设计和法规要求。然后介绍一个触摸屏控制器，以及如何应用它来为工厂车间创建一个现代化的触摸屏界面。

工业设计强调安全性和坚固性

有几个重叠的用户适用于工业产品的接口标准，以多种方式限制设计者的自由。许多工业产品必须遵守控制布局，易读性和设计的本地和全球标准。

语言可能是一个问题，因为许多工业设计注定可能不会说英语（或德语）的全球受众或普通话等）。因此，图标和标准化符号起着重要作用。

作为一个例子，大型工业机器人对机器人的紧急停止按钮（ISO标准13850）有非常严格的规定，它始终是一定的红色，总是圆的，总是放在黄色背景上，总是按下激活按钮（而不是旋钮或拨动开关）。 Omron Automation和Safety的A22E-M-11B就是一个很好的例子（图1）。面对不熟悉或行为不端的机器人的技术熟练的操作员在没有首先查阅手册的情况下本能地知道如何关闭它。

图1：典型的紧急停止（急停）按钮，如欧姆龙自动化和安全的A22E-M-11B，必须符合ISO标准13850，要求所有这些按钮为圆形，红色，背景为黄色，并按下激活。

这并不是说工业用户界面设计是死路一条。离得很远。设计人员仍然需要使用GUI功能（如有源LCD显示器，触摸敏感界面和彩色图形）创造性地模拟现代移动设备界面。

虽然设计一个有吸引力，有用且符合标准的LCD显示器很复杂，但创建一个触敏界面则不然。实际上，它只需要一个低成本的微控制器芯片和少量电阻器。值得注意的是，甚至不需要昂贵且易碎的触摸屏界面。带有按钮和模拟“滑块”的功能齐全的触摸界面并不比具有一些基本组件的双面印刷电路板布局复杂。

与MCU集成的触摸界面

触摸接口已经变得非常流行，它们现在已经集成到大批量和低成本的微控制器中，例如赛普拉斯半导体公司的CY8C22545。这是一种低成本的8位MCU，可用于多种不同的表面贴装和通孔具有各种尺寸和引脚的封装，支持不同种类的内置外设。它非常容忍电压和频率。设计人员可以提供低至1.71伏特或高达5.5伏特的电源电压。工作频率范围为750 kHz至24 MHz。最重要的是，CY8C22545的工作温度范围为-40°C至+ 85°F，适合工业设计。

CY8C22545也是该公司可编程片上系统的一部分（ PSoC）产品系列，突出了芯片系列的另一个重要特性，即可编程逻辑。赛普拉斯PSoC芯片的编程可以超出通常意义。它们还包括可通过软件配置的内部模拟和数字电路，非常类似于FPGA。 8位MCU内核，可编程逻辑和内置电容式感应技术使CY8C22545成为简单，坚固，直观的触摸界面的理想选择。

在消费者世界中，触摸接口通常覆盖LCD屏幕（如在智能手机或ATM中），但在工业环境中，通常不希望或通过法规允许。这不是问题：触摸敏感接口可以放置在控制面板上印刷的静态图形上，为工程师和开发人员提供了许多设计机会。最终的界面将非常坚固，坚固且对环境不敏感。

赛普拉斯提供了许多方法来开始PSoC开发，包括预配置的开发板，如CY3280-22x45 （图2）。 对于触摸界面，请将此板与CY3280-SLM 配套板配对，后者是一种无源印刷电路板，可提供现成的触摸输入板（图3）。请注意，配套板不包含任何有源电路;触摸传感器并不比连接到开发板上MCU的I/O引脚的简单印刷电路板走线复杂。

图2：赛普拉斯的CY3280-22x45开发套件包括一个基于CY8C22545 MCU的开发板，一个USB编程接口，电缆，开发软件和CD上的示例代码。

图3：赛普拉斯CY3280-SLM是CY3280-22x45开发板的配套板，增加了5个虚拟板按钮，触摸敏感的“滑块”和五个LED指示灯。跳线J2选择合适的屏蔽。

使用CY8C22545开发触摸屏界面

首次启动电路板之前，请先安装开发套件中提供的软件。只需插入开发板随附的软件CD，然后按照安装说明进行操作。它将安装PSoC Designer，这是赛普拉斯的主要程序，用于配置和编程整个PSoC器件系列，包括该板上的CY8C22545 MCU器件。它还将安装PSoC Programmer，这是一个单独的应用程序，用于将配置数据下载到MCU。

安装完所有软件后，将两块板卡在一起。它们是键控的，所以它们只适合一种方式。按照每块电路板文档中的详细说明插入一些配置接头（分流器），插入直流电源，一切准备就绪。

开发套件还附带一个MiniProg1编程器，一个小塑料Y形设备直接插入主板的标头桩（在J3），用于通过USB电缆下载软件程序（而不是硬件配置设置）。插入MiniProg1并在其与开发PC之间连接随附的USB电缆。

在PC上启动PSoC Programmer应用程序（不是PSoC Designer）

单击文件菜单，然后文件加载。 （突出显示下面图4中的＃1。）将出现一个传统的Windows文件浏览器窗口。

浏览到目录<安装目录> Cypress CY3280-SLM Firmware 20x34_CSA PD project1 CY3280_20x34_Project1

找到文件CY3280_20x34_Project1.hex。单击打开。

单击连接（＃2）

单击程序（＃3）

单击切换电源（＃4）

尝试触摸一个在配套板上的五个虚拟按钮。它上面的相应LED应亮起。

尝试一次触摸这些按钮中的两个或多个。同样，相应的LED将亮起。

尝试用手指滑过配套板底部的滑块。 LED将按顺序点亮，对应滑块位置。

请注意，系统支持同时触摸多个按钮或滑块和按钮，并且可以正确识别每个联系人，就像物理按钮一样。

图4：PSoC Programmer应用程序允许将示例程序下载到开发板。

使用这两个开发板和提供的软件，可以在几分钟内创建一个工作触摸界面。这种设计可以用来创建一个坚固，环保的虚拟按钮，适用于许多恶劣环境。

从原理图中可以看出，没有重要的外部元件可以使触摸敏感按钮和滑块工作（图5）。添加了几个串联电阻以减少RF干扰。印刷电路板布局也不常见：只有几个带气隙的裸露焊盘。

图5：带有CapSense的赛普拉斯PSoC微控制器系列除了几个可选的限流电阻外，还实现了没有外部元件的触敏输入。

按钮和滑块都直接送入CY8C22545的通用I/O GPIO引脚，并通过套件中提供的简单程序进行监控。由于PSoC的I/O引脚分配是可编程的，因此可以重新分配这些引脚以适应不同的PCB板布局。在这个例子中，引脚分配没有什么特别或独特之处。

CY3280-22x45开发板还附带了几个示例程序。一个允许开发人员通过芯片的I 2 C或UART接口实时读出输入的状态。其他人监控绝对传感器电容水平，或调整每个输入的灵敏度。提供并注释了所有源代码（C和汇编）。

'545 MCU和少量电阻的硬件材料清单总计不到$ 5.00，所有软件都是免费的。

通过重新配置可编程I/O引脚并调整软件，设计人员可以将十位“滑块”转换为十个额外的开/关开关。相反，可以牺牲单独的开关输入来创建额外的滑块，或者制作具有更多粒度的滑块。任何组合都是可能的。

结论

用于连接的IIoT甚至未连接的系统或设备的现代触敏接口不需要令人生畏，昂贵或困难。使用合适的微控制器，普通设计人员可以更轻松地在几乎所有类型的接口面板上实现坚固灵活的触摸界面。