Больше, чем дисплеи — встраиваемые системы компании Bolymin

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 Bolymin (www.bolymin.com.tw). Bolymin 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 Bolymin 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 электролюминесцентная 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 Bolymin:

• 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 электролюминесцентная 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. Bolymin производит
  модули по нескольким технологиям: CSTN, OLED, TAB/TCP, COG, COF. Проанализируем параметры и особенности каждой группы.

Рис. 1. Подсветка: а) боковая; б) матричная

Дисплеи серии TAB/TCP заключены в корпус, вид которого представлен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид корпуса дисплеев серии TAB/TCP

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 160×160 или 240×160, 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 320×240 точек, с контроллером или без него. Очень интересна модель BP320240E-20b, оснащенная контроллером с поддержкой двух UART-интерфейсов, I2C, USB и матричной клавиатурой 6×4. 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.
Разрешающая способность — 128x (32/64/128) либо 98×64 точек. Дисплеи могут оснащаться светодиодной или люминесцентной подсветкой. Для управления — последовательный или параллельный интерфейсы. По этой же технологии выполнен модуль BO320240B, который имеет разрешающую способность 320×240 точек, для подсветки оснащается флуоресцентной лампой с холодным катодом, но в отличие от других не имеет встроенного контроллера.

Единственный представитель семейства, выполненный по технологии COF (Chip- on-Flex — чип на фольге), — BF128128E. Дисплей с разрешением, как следует из его названия, 128×128 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.

Рис. 3. Внешний вид дисплея BG240128B

Модели линейки имеют разрешающую способность 122×32, 128x(64/128), 160x(32/80/112/128/160), 192×64, 240x(64/128), 320×240 точек, напряжение питания 5 В, светодиодную или люминесцентную подсветку, параллельный интерфейс для управления. Исключение составляет дисплей BG320240F- 20 B, имеющий последовательные интерфейсы UART, I2C, USB и возможность подключения матричной клавиатуры 6×4. 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
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 128×160 до 800×600 точек соответственно. Устройства 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

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

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 Bolymin строится на базе 8-разрядных RISC- микроконтроллеров и монохромного LCD- дисплея.

Базовая конфигурация для модуля BEGV641А приведена в таблице 3.

Таблица 3. Базовая конфигурация для модуля BEGV641A

Базовая конфигурация может расширяться дополнительными RS232/RS422/RS485-интерфейсами и сенсорной панелью. Бесплатно 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.

Таблица 4. 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.

Таблица 5. Основные характеристики модели BEGX581A

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 Bolymin. 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.