Worauf es beim Design-in von Touchdisplays ankommt

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ACTRON AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

DMB Technics AG

Elektrosil GmbH

Computer on Modules für industrielle Anwendungen

Von Anfang an sollten alle Komponenten sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Ein grober Fehler: Zuerst ein vermeintlich passendes TFT mit einem CCFL-Inverter einzudesignen und im späteren Projektverlauf die Interaktion mit einem Touchscreen quasi einfach on top zu ergänzen. In das Design des zu verwendenden Embedded-System soll an dieser Stelle nicht tief eingegangen werden. Natürlich ist die eigentliche Applikations-Software sowie die benötigte Peripherie entscheidend für die Auswahl dieser zentralen Steuerung des gesamten Systems.

Für viele Anwendungen gerade bei typischen Projektgrößen im industriellen Bereich zwischen 300 und 500 Stück pro Jahr haben sich die COM - Computer on Modules - durchgesetzt. Elektrosil setzt hierbei auf die lange Erfahrung und große Produktvielfalt ihres Partners congatec. Die definierten und weltweit akzeptierten Formfaktorn, COM Express, ETX, QSeven, gewährleisten hierbei zum einen eine definierte elektronische Schnittstelle zwischen den Komponenten sowie zum anderen eine mechanisch und thermisch definierte Schnittstelle zum Gehäuse. Das kundenspezifische Carrierboard wird hierbei von Elektrosil in Deutschland nach Kundenwunsch entwickelt und gefertigt. Der Kunde kann zusätzliche Komponenten seiner Hardware nahen Komponenten auf diesem Board integrieren. Zusätzlich kann er innerhalb eines speziellen Formfaktors verschiedene Module mit unterschiedlichen Features und Performance auswählen.

Von Seiten Congatec wird sicher gestellt, dass immer aktuelle CPUs und Chipsätze von Intel und AMD verwendet werden. Dadurch können Applikationen über Jahre hinweg vom Kunden betrieben werden. Abkündigungen von CPUs fordern lediglich ein redesign des COM-Modules seitens conagtec oder anderer Boardhersteller, welche ebenfalls diese Standards bedienen, während der Rest der Applikation beim Kunden weitestgehend unverändert bleiben kann. In unserem speziellen Fall wurde ein Modul von QSeven mit der Intel Atom-Plattform verwendet.

Grafische Nutzeroberfläche und Betriebssystem für Multitouch

Die eigentliche Interaktion zwischen Mensch und Maschine erfordert sicherlich die größte Aufmerksamkeit. Sowohl die Gestaltung der grafischen Benutzeroberfläche als auch die Art des Eingabemediums, neben Tastatur natürlich mittlerweile nahezu ausschließlich der Touchscreen, müssen aufeinander abgestimmt werden. Darüber hinaus muss das verwendete Betriebssystem bestimmte Features wie beispielsweise Multitouch unterstützen. Die Art und Weise wie der User mit dem System interagieren soll, muss von vorne herein sehr ausführlich analysiert werden.

Am Anfang steht also eine sehr genaue Betrachtung des kompletten Umfeldes. Gerade im industriellen Umfeld sollte die eigentliche Funktion der Interaktion genau untersucht werden. Hierbei sollte eine zuverlässige, eindeutige und möglichst intuitive Interaktion sichergestellt sein.

Eine sicherheitskritische Kontrolle beispielsweise eines verfahrenstechnischen Prozesses stellt komplett andere Anforderungen an das System als eine POS-Applikation bei der Bilder oder Grafiken vergrößert oder verschoben werden sollen. Gerade hier sollte überlegt werden, ob für eine bestimmte Applikation, beispielsweise Multitouch, wirklich benötigt wird beziehungsweise eine zuverlässigere Interaktion damit ermöglicht wird oder lediglich dem Wunsch nach etwas Neuem und Schickem nachgegeben wird. Multitouch-Eingabe führt nicht zwangsläufig zu einer intuitiveren Interaktion.

Im konkreten Beispiel wurden unterschiedliche Formen der Eingabe realisiert. Zum einen besitzt die eigentliche Benutzeroberfläche, welche durch die aktive Displayfläche definiert wird, eine multitouch fähige Eingabe. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es sehr wohl Unterschiede zwischen Multitouch und Dualtouch gibt. Multitouch erfasst unabhängig mehrere Touchpunkte. Hierbei können ein oder mehrere User gleichzeitig in unterschiedlichen Fenstern interagieren. Dualtouch erkennt zwei Touchpunkte und interpretiert die relative Bewegung der Punkte zueinander zu einer Gestenerkennung. Die Gestensteuerung kann beispielsweise Objekte zoomen.

Multitouch-Controller misst Änderung des elektrischen Feldes

In diesem speziellen Gerät von Elektrosil wurde Multitouch gewählt, um sowohl Gestenerkennung für Single-User- als auch Multi-User-Interaktion realisieren zu können. Als Touchsensor wurde ein projiziert kapazitiver Sensor mit einer geschlossenen Glasoberfläche verwendet. Hierbei sitzt der Sensor fest mit der Glasoberfläche verklebt im Bereich der eigentlichen aktiven Display-Fläche. Der passende Controller misst die Veränderung des elektrischen Feldes und liefert an der USB-Schnittstelle Windows 7 HID Informationen. Das Betriebssystem kann damit unterschiedliche Single- oder Multitouch-Eingaben erfassen und verarbeiten, ohne dass ein spezieller Treiber benötigt wird.

Je nach Stärke der Glasoberfläche und der Anbindung an das Gehäuse muss das System aufeinander abgestimmt werden. Die Firmware des Controllers muss durch Finetuning auf die tatsächlichen Gegebenheiten des fertigen Gerätes optimiert werden. Auch hier ist es fatal bei einem funktionierenden Laboraufbau mit einem Prototypen davon auszugehen, dass das Finale Gerät zwangläufig funktioniert.

Andere Materialien in der Serie oder unterschiedliche Umgebungen können zu Fehlfunktionen führen. Wer denkt beispielsweise schon daran, dass bestimmte Farben für die Bedruckung der Glasfläche leitend sein können und somit das elektrische Feld und die Auswertung des Touchscreens negativ beeinflussen, um nur ein Beispiel aus der Praxis zu nennen.

Im Gegensatz zu beispielsweise resistiven Touchscreens, bei denen Touchscreen und Controller problemlos von unterschiedlichen Herstellern kombiniert werden können, sei an dieser Stelle ebenfalls darauf hingewiesen, dass je nach Struktur des Sensors nur bestimmte Controller verwendet werden können.