工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）接口設(shè)計(jì)起來很困難，而不僅僅是因?yàn)樗鼈兘?jīng)常受到惡劣環(huán)境的影響。大多數(shù)工業(yè)設(shè)備，如機(jī)器人，過程控制面板和機(jī)器壓力機(jī)，也受到嚴(yán)格的監(jiān)管和安全協(xié)議的約束。

與新的消費(fèi)品無關(guān)，設(shè)計(jì)師不能只創(chuàng)建任何用戶界面想。他們必須遵守規(guī)則。因此，工業(yè)用戶界面的設(shè)計(jì)與工程，法規(guī)遵從性和創(chuàng)造性相同。

本文將介紹一些設(shè)計(jì)和法規(guī)要求。然后介紹一個(gè)觸摸屏控制器，以及如何應(yīng)用它來為工廠車間創(chuàng)建一個(gè)現(xiàn)代化的觸摸屏界面。

工業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)安全性和堅(jiān)固性

有幾個(gè)重疊的用戶適用于工業(yè)產(chǎn)品的接口標(biāo)準(zhǔn)，以多種方式限制設(shè)計(jì)者的自由。許多工業(yè)產(chǎn)品必須遵守控制布局，易讀性和設(shè)計(jì)的本地和全球標(biāo)準(zhǔn)。

語言可能是一個(gè)問題，因?yàn)樵S多工業(yè)設(shè)計(jì)注定可能不會(huì)說英語（或德語）的全球受眾或普通話等）。因此，圖標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)化符號(hào)起著重要作用。

作為一個(gè)例子，大型工業(yè)機(jī)器人對(duì)機(jī)器人的緊急停止按鈕（ISO標(biāo)準(zhǔn)13850）有非常嚴(yán)格的規(guī)定，它始終是一定的紅色，總是圓的，總是放在黃色背景上，總是按下激活按鈕（而不是旋鈕或撥動(dòng)開關(guān)）。 Omron Automation和Safety的A22E-M-11B就是一個(gè)很好的例子（圖1）。面對(duì)不熟悉或行為不端的機(jī)器人的技術(shù)熟練的操作員在沒有首先查閱手冊(cè)的情況下本能地知道如何關(guān)閉它。

圖1：典型的緊急停止（急停）按鈕，如歐姆龍自動(dòng)化和安全的A22E-M-11B，必須符合ISO標(biāo)準(zhǔn)13850，要求所有這些按鈕為圓形，紅色，背景為黃色，并按下激活。

這并不是說工業(yè)用戶界面設(shè)計(jì)是死路一條。離得很遠(yuǎn)。設(shè)計(jì)人員仍然需要使用GUI功能（如有源LCD顯示器，觸摸敏感界面和彩色圖形）創(chuàng)造性地模擬現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備界面。

雖然設(shè)計(jì)一個(gè)有吸引力，有用且符合標(biāo)準(zhǔn)的LCD顯示器很復(fù)雜，但創(chuàng)建一個(gè)觸敏界面則不然。實(shí)際上，它只需要一個(gè)低成本的微控制器芯片和少量電阻器。值得注意的是，甚至不需要昂貴且易碎的觸摸屏界面。帶有按鈕和模擬“滑塊”的功能齊全的觸摸界面并不比具有一些基本組件的雙面印刷電路板布局復(fù)雜。

與MCU集成的觸摸界面

觸摸接口已經(jīng)變得非常流行，它們現(xiàn)在已經(jīng)集成到大批量和低成本的微控制器中，例如賽普拉斯半導(dǎo)體公司的CY8C22545。這是一種低成本的8位MCU，可用于多種不同的表面貼裝和通孔具有各種尺寸和引腳的封裝，支持不同種類的內(nèi)置外設(shè)。它非常容忍電壓和頻率。設(shè)計(jì)人員可以提供低至1.71伏特或高達(dá)5.5伏特的電源電壓。工作頻率范圍為750 kHz至24 MHz。最重要的是，CY8C22545的工作溫度范圍為-40°C至+ 85°F，適合工業(yè)設(shè)計(jì)。

CY8C22545也是該公司可編程片上系統(tǒng)的一部分（ PSoC）產(chǎn)品系列，突出了芯片系列的另一個(gè)重要特性，即可編程邏輯。賽普拉斯PSoC芯片的編程可以超出通常意義。它們還包括可通過軟件配置的內(nèi)部模擬和數(shù)字電路，非常類似于FPGA。 8位MCU內(nèi)核，可編程邏輯和內(nèi)置電容式感應(yīng)技術(shù)使CY8C22545成為簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，直觀的觸摸界面的理想選擇。

在消費(fèi)者世界中，觸摸接口通常覆蓋LCD屏幕（如在智能手機(jī)或ATM中），但在工業(yè)環(huán)境中，通常不希望或通過法規(guī)允許。這不是問題：觸摸敏感接口可以放置在控制面板上印刷的靜態(tài)圖形上，為工程師和開發(fā)人員提供了許多設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。最終的界面將非常堅(jiān)固，堅(jiān)固且對(duì)環(huán)境不敏感。

賽普拉斯提供了許多方法來開始PSoC開發(fā)，包括預(yù)配置的開發(fā)板，如CY3280-22x45 （圖2）。 對(duì)于觸摸界面，請(qǐng)將此板與CY3280-SLM 配套板配對(duì)，后者是一種無源印刷電路板，可提供現(xiàn)成的觸摸輸入板（圖3）。請(qǐng)注意，配套板不包含任何有源電路;觸摸傳感器并不比連接到開發(fā)板上MCU的I/O引腳的簡(jiǎn)單印刷電路板走線復(fù)雜。

圖2：賽普拉斯的CY3280-22x45開發(fā)套件包括一個(gè)基于CY8C22545 MCU的開發(fā)板，一個(gè)USB編程接口，電纜，開發(fā)軟件和CD上的示例代碼。

圖3：賽普拉斯CY3280-SLM是CY3280-22x45開發(fā)板的配套板，增加了5個(gè)虛擬板按鈕，觸摸敏感的“滑塊”和五個(gè)LED指示燈。跳線J2選擇合適的屏蔽。

使用CY8C22545開發(fā)觸摸屏界面

首次啟動(dòng)電路板之前，請(qǐng)先安裝開發(fā)套件中提供的軟件。只需插入開發(fā)板隨附的軟件CD，然后按照安裝說明進(jìn)行操作。它將安裝PSoC Designer，這是賽普拉斯的主要程序，用于配置和編程整個(gè)PSoC器件系列，包括該板上的CY8C22545 MCU器件。它還將安裝PSoC Programmer，這是一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序，用于將配置數(shù)據(jù)下載到MCU。

安裝完所有軟件后，將兩塊板卡在一起。它們是鍵控的，所以它們只適合一種方式。按照每塊電路板文檔中的詳細(xì)說明插入一些配置接頭（分流器），插入直流電源，一切準(zhǔn)備就緒。

開發(fā)套件還附帶一個(gè)MiniProg1編程器，一個(gè)小塑料Y形設(shè)備直接插入主板的標(biāo)頭樁（在J3），用于通過USB電纜下載軟件程序（而不是硬件配置設(shè)置）。插入MiniProg1并在其與開發(fā)PC之間連接隨附的USB電纜。

在PC上啟動(dòng)PSoC Programmer應(yīng)用程序（不是PSoC Designer）

單擊文件菜單，然后文件加載。 （突出顯示下面圖4中的＃1。）將出現(xiàn)一個(gè)傳統(tǒng)的Windows文件瀏覽器窗口。

瀏覽到目錄<安裝目錄> Cypress CY3280-SLM Firmware 20x34_CSA PD project1 CY3280_20x34_Project1

找到文件CY3280_20x34_Project1.hex。單擊打開。

單擊連接（＃2）

單擊程序（＃3）

單擊切換電源（＃4）

嘗試觸摸一個(gè)在配套板上的五個(gè)虛擬按鈕。它上面的相應(yīng)LED應(yīng)亮起。

嘗試一次觸摸這些按鈕中的兩個(gè)或多個(gè)。同樣，相應(yīng)的LED將亮起。

嘗試用手指滑過配套板底部的滑塊。 LED將按順序點(diǎn)亮，對(duì)應(yīng)滑塊位置。

請(qǐng)注意，系統(tǒng)支持同時(shí)觸摸多個(gè)按鈕或滑塊和按鈕，并且可以正確識(shí)別每個(gè)聯(lián)系人，就像物理按鈕一樣。

圖4：PSoC Programmer應(yīng)用程序允許將示例程序下載到開發(fā)板。

使用這兩個(gè)開發(fā)板和提供的軟件，可以在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)工作觸摸界面。這種設(shè)計(jì)可以用來創(chuàng)建一個(gè)堅(jiān)固，環(huán)保的虛擬按鈕，適用于許多惡劣環(huán)境。

從原理圖中可以看出，沒有重要的外部元件可以使觸摸敏感按鈕和滑塊工作（圖5）。添加了幾個(gè)串聯(lián)電阻以減少RF干擾。印刷電路板布局也不常見：只有幾個(gè)帶氣隙的裸露焊盤。

圖5：帶有CapSense的賽普拉斯PSoC微控制器系列除了幾個(gè)可選的限流電阻外，還實(shí)現(xiàn)了沒有外部元件的觸敏輸入。

按鈕和滑塊都直接送入CY8C22545的通用I/O GPIO引腳，并通過套件中提供的簡(jiǎn)單程序進(jìn)行監(jiān)控。由于PSoC的I/O引腳分配是可編程的，因此可以重新分配這些引腳以適應(yīng)不同的PCB板布局。在這個(gè)例子中，引腳分配沒有什么特別或獨(dú)特之處。

CY3280-22x45開發(fā)板還附帶了幾個(gè)示例程序。一個(gè)允許開發(fā)人員通過芯片的I 2 C或UART接口實(shí)時(shí)讀出輸入的狀態(tài)。其他人監(jiān)控絕對(duì)傳感器電容水平，或調(diào)整每個(gè)輸入的靈敏度。提供并注釋了所有源代碼（C和匯編）。

'545 MCU和少量電阻的硬件材料清單總計(jì)不到$ 5.00，所有軟件都是免費(fèi)的。

通過重新配置可編程I/O引腳并調(diào)整軟件，設(shè)計(jì)人員可以將十位“滑塊”轉(zhuǎn)換為十個(gè)額外的開/關(guān)開關(guān)。相反，可以犧牲單獨(dú)的開關(guān)輸入來創(chuàng)建額外的滑塊，或者制作具有更多粒度的滑塊。任何組合都是可能的。

結(jié)論

用于連接的IIoT甚至未連接的系統(tǒng)或設(shè)備的現(xiàn)代觸敏接口不需要令人生畏，昂貴或困難。使用合適的微控制器，普通設(shè)計(jì)人員可以更輕松地在幾乎所有類型的接口面板上實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固靈活的觸摸界面。