CC BY
55Больше, чем дисплеи —
встраиваемые системы компании Bolymin
Денис ПОЖАРСКИИ
Denis.Pozharsky@symmetron.ru
Начиная со времен первого homo sapiens визуальная информация была и остается одним из основных средств познания окружающего мира. Визуальные средства передачи информации развивались вместе с человеком и прошли путь от дыма и огня сигнальных костров до современных плазменных и жидкокристаллических экранов. Для визуализации информации использовались дерево и камень, кожа и бумага, а сейчас — механические и электронные приборы.
Современные электронные индикаторы способны отображать изменения какого-либо параметра процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия. В зависимости от типа данных для этого применяются различные дискретные, цифровые, цифро-буквенные или графические устройства. Жидкокристаллические модули — одни из основных средств вывода информации для современных цифровых систем. Такие индикаторы находят большое применение в контрольно-измерительной, медицинской, телекоммуникационной аппаратуре, приборах управления технологическими процессами, разграничения доступа и отображения информации. При этом большая часть аппаратуры с автономным питанием оснащается именно индикаторами на основе жидких кристаллов. Их можно встретить в автомагнитолах, радиоприемниках, МР3-плеерах, мультиметрах, осциллографах, фотоаппаратах, видеокамерах, сотовых и стационарных телефонах, СВЧ-печах и стиральных машинах.
Один из мировых лидеров в производстве высококачественных жидкокристаллических индикаторов промышленного и бытового назначения — тайваньская компания Во1утт (www.bolymin.com.tw). Во1утт выпускает жидкокристаллические панели, символьные и графические модули, предназначенные для отображения данных и организации человеко-машинного интерфейса. Продукция представляет собой решение для любых типов промышленных и бытовых приборов благодаря возможности отображения больших объемов информации, низкой стоимости и малому энергопотреблению. Компания проводит непрерывную работу по расширению ассортимента и улучшению качества, используя последние достижения в области
жидких кристаллов. Одним из важных конкурентных преимуществ Во1утт является возможность изготовления продукта по требованию заказчика с необходимым типом индикатора и системой управления.
ЖК-индикаторы принято подразделять на символьные (текстовые, знакогенерирующие) и графические. Модули символьных дисплеев — простейшее и наиболее экономичное средство связи для организации человеко-машинного интерфейса. Все символьные индикаторы содержат управляющий контроллер со знакогенератором, содержащим таблицы символов латинского алфавита, кириллицы (либо любого другого национального алфавита) и специальные символы, средства перемещения и мерцания курсора. Дополнительно существует возможность создавать и программировать определяемые пользователем символы. Стандартным напряжением питания для всех символьных индикаторов является +4,5-5,5 В. Кроме того, большинство индикаторов имеют модификации, способные работать при напряжении питания + 2,7-3,6 В. Опционально во все символьные модули индикации может быть встроена светодиодная или электролюминес-центная подсветка.
При выборе дисплея необходимо учитывать несколько определяющих факторов. К ним относятся тип дисплея, необходимость подсветки, цвет, размеры и количество символов, освещенность, температура окружающей среды, потребляемая мощность, внешний интерфейс. Рассмотрим более подробно каждую группу параметров, варианты которых представлены в ассортименте продукции фирмы Во1утт:
• Модули могут иметь одну, две или четыре строки. Количество символов в строке варьируется от 7 до 40. Высота символа — от 4 до 9,7 мм.
• В зависимости от конструкции модуля и типа материала определяется цвет и режим отображения. Режим отображения может быть «позитивным»: темные символы на светлом фоне. И «негативным»: светлые символы на темном фоне. По конструктивному исполнению дисплеи могут быть прозрачными, отражающими и полупрозрачными. Отражающие дисплеи имеют специальный слой, который отражает проходящий сквозь ячейки кристаллов естественный свет. Соответственно в данном случае подсветка не используется. Такие индикаторы изготавливаются только с режимом «позитивного» отображения символов. В условиях хорошей внешней освещенности они имеют наилучший контраст и характеризуются самым низким энергопотреблением. Другой тип устройств, прозрачные дисплеи, имеют подсветку и используются при низкой или полностью отсутствующей внешней освещенности. Полупрозрачные дисплеи объединяют достоинства отражающих и прозрачных индикаторов, имеют подсветку с регулируемым уровнем яркости (до полного ее отключения) и могут использоваться при всех условиях освещенности. Прозрачные и полупрозрачные дисплеи изготавливаются как с «позитивным», так и с «негативным» типом отображения символов.
• Технология и тип материалов кристалла определяет угол обзора, контрастность и цвет символов. Доступны модели с типом кристаллов TN, HTN, STN и модели на органических полупроводниковых светодиодах (OLED). Для индикаторов, изготовленных по технологиям STN и OLED, доступна такая палитра цветов: белый, серый, желтый, зеленый, голубой, желто-зеленый и многоцветные комбинации голубой+желтый+зеленый, голубой+желтый.
• Подсветка применяется для улучшения видимости символов в условиях низкой освещенности и позволяет придать цвет фону дисплея. Различают два типа: светодиодная и электролюминесцентная. Выбор типа подсветки зависит от энергопотребления, срока службы и требуемого цвета. В большинстве случаев применяется элек-тролюминесцентная подсветка, это объясняется удобной конструкцией самого прибора, изготавливаемого из органических светодиодов, который получается легким, тонким и легко размещается за дисплеем. При этом не требуется вносить каких-либо изменений в конструкцию самого индикатора. Такие источники света работают с напряжением переменного тока порядка 110 В и частотой 400 Гц. Во все дисплеи с данным типом подсветки встраиваются необходимые преобразователи напряжения/частоты для работы от первичного источника постоянного тока с напряжением 5 В (или 3 В). Недостаток данной технологии — сокращение срока службы лампы при увеличении яркости свечения. Другой тип подсветки — светодиодная, она имеет свои достоинства и недостатки. Среди достоинств следует отменить значительно больший срок службы по сравнению с электролюминесцентной лампой. Однако габариты таких светодиодов намного больше. Еще один недостаток: большее потребление тока. Конструктивно такие лампочки могут располагаться снизу, сбоку, по периметру дисплея или за ним. В последнем случае подсветка называется «матричной». Яркость подсветки регулируется при помощи потенциометра или ШИМ. На рис. 1 приведены примеры боковой и матричной типов подсветок. При использовании люминесцентной подсветки производитель предлагает белый и голубой цвета. Палитра светодиодной подсветки значительно богаче: красный, голубой, белый, желтый, оранжевый, янтарный, зеленый, желто-зеленый.
• Дисплеи классифицируются и по температурному диапазону. На выбор предлагаются: обычный (0...+50 °С), расширенный (-20.. .+70 °С) и широкий (-30.. .+80 °С). Другой класс систем индикации — это
графические дисплеи. Во1утт производит
модули по нескольким технологиям: CSTN, OLED, TAB/TCP, COG, COF. Проанализируем параметры и особенности каждой группы.
Дисплеи серии TAB/TCP заключены в корпус, вид которого представлен на рис. 2. Контроллер и внешний интерфейс выполняются на полимерной основе и в месте соединения с дисплеем имеют специальное гибкое звено. Благодаря этому сам дисплей имеет ширину менее 2 мм и предоставляет конструкторам большую свободу при проектировании устройств на его основе. Данные модели имеют разрешающую способность 160x160 или 240x160, напряжение питания 3 В, встроенный усилитель напряжения с температурным компенсатором, последовательные или параллельные интерфейсы, возможна установка светодиодной или люминесцентной подсветки, сенсорной панели. В эту же серию входят дисплеи с разрешением 320x240 точек, с контроллером или без него. Очень интересна модель BP320240E-20b, оснащенная контроллером с поддержкой двух UART-интерфейсов, I2C, USB и матричной клавиатурой 6x4. Опционально оснащается модулями светодиодной подсветки и сенсорной панелью.
Серия приборов, выполненных по технологии COG (Chip-on-Glass — чип на стекле), оснащена встроенными контроллерами, при этом толщина таких модулей 1,5-3 мм.
Рис. 2. Внешний вид корпуса дисплеев серии TAB/TCP
Разрешающая способность — 128х (32/64/128) либо 98х64 точек. Дисплеи могут оснащаться светодиодной или люминесцентной подсветкой. Для управления — последовательный или параллельный интерфейсы. По этой же технологии выполнен модуль В0320240В, который имеет разрешающую способность 320х240 точек, для подсветки оснащается флуоресцентной лампой с холодным катодом, но в отличие от других не имеет встроенного контроллера.
Единственный представитель семейства, выполненный по технологии СОБ (СЫр-оп-Иех — чип на фольге), — ВБ128128Е. Дисплей с разрешением, как следует из его названия, 128x128 точек, имеет встроенный контроллер с параллельным управляющим интерфейсом, питается от напряжения 3 В. Толщина индикатора — всего 1,4 мм. При этом сам дисплей гибкий, так как его основа выполнена из фольгированного диэлектрика.
Еще одна группа графических индикаторов, представленная в широком ассортименте, имеет металлический корпус и за несколькими исключениями — встроенный контроллер, который располагается за самим индикатором. Вид такого изделия представлен на рис. 3. Модели линейки имеют разрешающую способность 122x32, 128х(64/128), 160х (32/80/112/128/160), 192x64, 240х(64/128), 320х240 точек, напряжение питания 5 В, светодиодную или люминесцентную подсветку, параллельный интерфейс для управления. Исключение составляет дисплей BG320240F-20 В, имеющий последовательные интерфейсы UART, 12С, ШВ и возможность подключения матричной клавиатуры 6х4. Для изделий с шириной экрана 240 и 320 точек дополнительно может использоваться подсветка флуоресцентной лампой с холодным катодом. На модели дисплеев с шириной экрана 320 точек, опционально, устанавливается сенсорная панель, что позволяет реализовать на их основе, без особых финансовых и конструкторских затрат, устройства ввода информации.
Все описанные модели дисплеев были монохромными, что, конечно же, ограничивает их использование во многих графических приложениях. Но в ассортимент продукции
Рис. 3. Внешний вид дисплея BG240128B
Bolymin входят и полноцветные графические жидкокристаллические TFT-дисплеи. Основными параметрами при выборе TFT-дисплея служат его диагональ, разрешение, яркость и контрастность. Потребителям на выбор предоставляются дисплеи с диагоналями 1,8", 2,2", 2,5", 2,8", 3,5", 4,0", 4,3", 5,7", 7,0", 10,4", с разрешающей способностью от 128x160 до 800x600 точек соответственно. У стройства имеют встроенную светодиодную подсветку (для образцов 10,4" — подсветка флуоресцентной лампой с холодным катодом). Для каждого дисплея доступен набор управляющих преобразователей с различными управляющими цифровыми или аналоговыми интерфейсами. Одно из интересных решений — преобразователь Digital LVDS, имеющий вход для полного телевизионного сигнала со стандартным размахом 1 В и входным импедансом 75 Ом и реализующий декодер PAL/SECAM/NTSC.
Представленный обзор средств индикации охватил все виды существующих сегодня жидкокристаллических дисплеев. Все описанные модели доступны и могут использоваться при разработке различных устройств и систем. Но сами по себе устройства отображения информации являются лишь «верхней ступенью» в электронных системах и комплексах, где потребителем информации является человек. Разработчики таких систем должны также предоставить средства для обработки и анализа данных. И это одна из самых сложных и ресурсоемких задач. Идя навстречу системным разработчикам, Bolymin разработала и предоставляет несколько линеек устройств для решения задач сбора, анализа, обработки и вывода информации. Такие устройства «все в одном» получили название — встраиваемые системы.
Такие системы охватывают все аспекты нашей жизни. Никого не удивляет возможность получить наличные в банкомате или оплатить покупки при помощи пластиковой карты. Наличие мобильного телефона, МР3-плеера, цифрового фотоаппарата или видеокамеры стало обыденным явлением. Что объединяет, казалось бы, абсолютно несовместимые вещи: плеер, GPS-приемник, кассовый аппарат и космический спутник связи? Ответ прост, все эти устройства содержат в себе управляющий микропроцессор и являются встраиваемыми системами. Их характерные особенности: малые размеры, малое энергопотребление (обычно в пределах десятка ватт), надежность, температурная и механическая стойкость. Встроенный компьютер не должен претендовать на особое отношение ни в чем, не должен выделяться на фоне основной задачи устройства, в котором он используется. Крайне важно, чтобы и цена его была по возможности малозаметна, что достигается оптимизацией под конкретную задачу и серийным производством.
Сейчас встраиваемые системы — одна из динамично развивающихся отраслей
электроники. Выбор управляющего автомата, в зависимости от задачи, варьируется от 8-разрядных контроллеров с десятком килобайт памяти до 32-разрядных процессоров с размером ОЗУ в сотни мегабайт и всеми возможными конфигурациями коммуникационных интерфейсов.
Компания Bolymin выделяет несколько линеек своей продукции: для мобильных приложений, автомобильные терминалы и приложения общего назначения. Рассмотрим более подробно каждую линейку.
Автомобильный терминал представлен модулем BETA903A. Это изделие — законченный бортовой компьютер для автомобильной техники, способный решать широкий круг задач. Устройство включает в себя GPS/ GSM-модули, набор интерфейсов для ввода информации и выдачи управляющих сигналов/команд, ЖК-дисплей. Внешний вид BETA903A показан на рис. 4. Основные технические характеристики приведены в таблице 1.
Рис. 4. Автомобильный терминал BETA903A
Таблица 1. Основные технические характеристики автомобильного терминала BETA903A
Параметр Значение/Характеристика
сри ARM926EJ — 400 МГц (32-разрядное RISC-ядро)
ОС WINCE 5.0 (стоимость лицензии включена в стоимость изделия)
Память 2 Гбайт NAND Flash диск, 64 Мбайт ОЗУ
Дисплей Цветной графический 7" TFT-дисплей с возможностью подсветки. Разрешение 800х 480, 16 млн цветов
GPS-модуль Поддержка активной и пассивной антенн. Чувствительность приемника: -158 дБ Поддержка сообщений GGA/RMC/TXT/GLL/GSA/GSV/VTG
GSM-модуль Рабочие частоты 900/1800/1900 МГц (или 850/1800/1900 МГц) Поддержка Voice/SMS/GPRS Встроенный быстрый TCP/IP-стек для М2М-приложений
Аудио Интегрированная звуковая карта с 2-ваттным динамиком Ауди овход/выход Встроенный микрофон
Питание 9-28 В постоянного тока
Температура, °С -10...+80
Интерфейсы USB host; 2х USB device; 3х UART; 4 входа; 4 выхода
Опционально Устройство чтения/записи SD/MMC-карт 4-проводная сенсорная панель Устройство заряда полимерных аккумуляторов
Данный модуль может быть использован для разработки:
• бортового компьютера автомобиля;
• бортового навигационного комплекса;
• телеметрического модуля для служебной и специальной техники (с возможностью передачи текущих параметров в контрольный центр в реальном времени и с возможностью архивирования данных).
Другая линейка устройств использует
в качестве управляющей системы микроконтроллеры с низким энергопотреблением, что позволяет проектировать на их основе мобильные приложения с батарейным питанием. Мобильный терминал представлен модулем BEMA101A. Базовое устройство состоит из управляющего контроллера, GSM-модуля и набора интерфейсов, а дополнительно может быть укомплектовано дисплеем, GPS-приемником, клавиатурой или сенсорной панелью, схемой перезарядки аккумуляторов. Модуль можно использовать как:
• бортовой/мобильный информационный компьютер;
• бортовой/мобильный/удаленный телеметрический комплекс для работы в режиме реального времени;
• оконечные модули для удаленного управления объектом (SMS-команды);
• модули для удаленного контроля объектов (GPRS/SMS) и др.
Основные технические характеристики приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные технические характеристики автомобильного терминала BEMA101A
Параметр Значение/Характеристика
CPU ARM Cortex-M3 (32-разрядное RISC-ядро)
Память 128 кбайт Flash, 16 кбайт SRAM
GSM-модуль Рабочие частоты 900/1800/1900 МГц (или 850/1800/1900 МГц) Поддержка Voice/SMS/GPRS Встроенный быстрый TCP/IP-стек для M2M-приложений
Питание 9-32 В постоянного тока
Температура, °С -20...+80
Интерфейсы UART; 2 входа; 3 выхода; аналоговый вход
Опционально Монохромный LCD-дисплей с разрешением128х64 GPS-модуль Клавиатура или сенсорная панель Устройство заряда полимерных аккумуляторов
Данный модуль может быть использован в разработке широкого спектра устройств, работающих в GSM-сетях.
Наиболее широко представлена линейка встроенных систем общего применения. Все устройства имеют большое количество опций для оптимального выбора под конкретную задачу. Это могут быть как проекты обычного устройства ввода/вывода информации, так и сложной системы мониторинга и управления технологическими процессами. Пойдем по пути от простого к более сложному.
Группа встраиваемых систем отображения Во1утт строится на базе 8-разрядных RISC-микроконтроллеров и монохромного LCD-дисплея.
Базовая конфигурация для модуля BEGV641А приведена в таблице 3.
Базовая конфигурация может расширяться дополнительными RS232/RS422/RS485-ин-терфейсами и сенсорной панелью. Бесплатно
Таблица 3. Базовая конфигурация для модуля BEGV641A
Параметр Значение/Характеристика
CPU AVR 8 бит
Память 64 кбайт Flash, 4 кбайт SRAM, 2 кбайт EEPROM
Дисплей LCD 240x128 с подсветкой
Интерфейсы SPI, I2C, RS-232
Питание 2,7—5,5 В постоянного тока
Таблица 4. Основные характеристики модуля BEGV220A
Параметр Значение/Характеристика
сри ARM926EJ — 400 МГц (32-разрядное RISC-ядро)
ОС WINCE 5.0 или Linux
Память 2 Гбайт NAND Flash диск, 64 Мбайт ОЗУ
Дисплей Цветной графический 5,7" или 7” TFT-дисплей с возможностью подсветки Разрешение 640x 480, 16 М цветов
Аудио Интегрированная звуковая карта с 2-ваттным динамиком Ауди овход/выход Встроенный микрофон
Питание 90-28 В постоянного тока Ток потребления 250-300 мА для CPU, 400-600 мА для CPU+дисплей
Температура, °С 0 б + 0 -1
Интерфейсы USB host; USB device; 3x RS-232; RS-485; SPI; Ethernet (10/100 Мбит); SD/MMC-карты Сенсорная панель 12-разрядное АЦП (б каналов) 12 входов/выходов для подключения кнопок или клавиатуры
Опционально Wi-Fi модуль Клавиатура
Таблица 5. Основные характеристики модели BEGX581A
Параметр Значение/Характеристика
CPU AMD Geode LX-800, чипсет AMD Geode Link CS5536 PCI bridge
ОС WINCE 5.0/Embedded XP
Память 256 Мбайт/512 Мбайт/1 Гбайт DDR Compact flash card 1 Гбайт/2 Гбайт/4 Гбайт/без карты
Дисплей 6,5"/8,0"/10,4" TFT-дисплей с возможностью подсветк Разрешение 800x600
Питание 12 В постоянного тока Ток потребления: 1,1 А для CPU; 0, 3 А для дисплея
Температура, °С -10...+60
Интерфейсы Video (LVDS, TTL, VGA); Audio; IDE; LPT; 4xRS-232; 4x USB; PC104; Ethernet; сенсорная панель
Опционально GPS-модуль GSM-модуль Адаптер для питания от аккумулятора Автоматический выбор источника питания, подзарядка аккумуляторов В зависимости от конфигурации можно выбрать несколько видов корпусов
предоставляется набор драйверов и утилит для программирования устройства.
Другие модели из ряда встраиваемых систем индикации различаются по объемам памяти программ/данных, размеру/разрешению дисплея, конфигурации интерфейсов. В III квартале 2009 года поступит в продажу система с ZigBee-интерфейсом. Область применения — терминалы кассовых аппаратов, телефонов, домофонов, портативных плееров, бытовой техники, измерителей, промышленных устройств и многое другое. Сочетая в себе низкую стоимость, широкий выбор интерфейсов и малое энергопотребление, эти устройства могут стать идеальным решением для большинства задач.
Уровнем выше стоят линейки устройств на базе высокопроизводительных процессоров ARM/AMD/Intel. Встроенные системы данных моделей поставляются вместе с операционной системой (опционально) и могут применяться для решения широкого круга задач. При всех достоинствах, существенным недостатком этих моделей является рабочий температурный диапазон от -10 °С, что ограничивает их использование в промышленных приложениях. В таблице 4 приведены основные характеристики модуля BEGV220A.
На осень запланирован выпуск модуля с 8" дисплеем и ZigBee-интерфейсом.
Другой представитель встраиваемых систем — это полнофункциональный компьютер на базе х86 процессора, размещенный на плате с размерами 250х 196 мм. Из всех моде-
лей он имеет наибольшее количество вариантов конфигураций, которые позволяют подобрать оптимальное решение. В качестве образца рассмотрим модель BEGX581A, характеристики которой приведены в таблице 5.
В планах на осень — выпуск модели с Wi-Fi и ZigBee-интерфейсами. Низкая стоимость, малые габариты, низкое энергопотребление, высокое быстродействие, возможность масштабирования в широких пределах позволяет изделиям компании Bolymin заменить персональные компьютеры (ноутбуки), которые использовались и продолжают использоваться в качестве управляющих автоматов в различного рода системах. Такие модели могут составить серьезную конкуренцию системам, построенным на базе microPC, в силу своих преимуществ: более низкой стоимости и в несколько раз меньшему энергопотреблению.
Благодаря мощному ядру, цветному дисплею и большому количеству интерфейсов данные модули могут быть использованы в качестве информационных терминалов в аэропортах, вокзалах, больницах, школах
и других учреждениях. Приведем примеры и других видов применения встраиваемых решений Во1утт. Банкоматы и системы оплаты. Системы управления отоплением, вентиляцией, климатом и системы домашней автоматизации. Измерительные системы и системы мониторинга с возможностью хранения и передачи данных. Системы пожарной/охранной безопасности и многое, многое другое.
В настоящее время встраиваемые решения приобретают все большую популярность. Отказ от разработки электронной части и последующая отладка платы; использование встроенной операционной системы; развитая система отображения, ввода/вывода информации — все это позволяет в несколько раз снизить стоимость и сократить время разработки. Если раньше в какой-либо области применение встраиваемых систем было экономически неоправданным или невозможным в силу их небольшой вычислительной мощности, то в настоящее время такие решения приобретают все большую и большую привлекательность. ■
