通過開關和按鈕，由輪子和滑塊驅動的線性或旋轉電位器，工業控制面板是機械操場。由于是機械的，它們有可能成為問題的根源，從焊接接頭到運動部件。為一組特定的控制任務而構建，如果不是不可能的話，董事會很難為其他任何人重新配置。它們不容易學習如何使用，并且對于復雜的操作，通常伴有屏幕來顯示設備的狀態。

今天，這些都是消失的品種。相反，新裝置完全是固態的;他們在由GUI（圖形用戶界面）驅動的顯示屏上使用觸摸板。通過改變屏幕圖像，觸摸面板上方的區域將在視覺上鏈接到不同的功能。這意味著，除了可重新配置之外，系統還可以指導用戶完成操作，可能是在啟動或關閉時，也許是在發生異常情況時。雖然這種方法具有更強大，更易于清理以及更廣泛環境容忍的界面的優點，但它需要付出代價：軟件，通常是復雜的軟件。

當然，由屏幕控制的不同設備本身由處理器和軟件管理。各個機器通過某種總線（如CAN或工業以太網）相互通信并與整個系統控制器通信。通常需要強大的實時控制元素，并且應用程序可能是安全關鍵的，因此整個系統的體系結構需要設計為將觸摸屏控制器和GUI與整個系統數據隔離，除非通過安全定義接口。這樣，GUI軟件的任何問題都不會影響整個系統或各個設備的安全性。

這種隔離可能是由于在運行通用操作系統的單獨處理器上運行所有GUI和觸摸屏活動而控制活動在其自己的處理器上的實時操作系統上運行而引起的。處理器可能是物理上獨立的設備，單個芯片上的獨立核心或虛擬化軟件創建的虛擬核心。

在本文中，雖然我們將查看物理上獨立的控制器，但大部分討論也與在虛擬核心中運行的觸摸屏控制器相關。

《 br》圖1：工業HMI環境中的觸摸屏控制。在這種情況下，相同的MCU/MPU似乎正在運行兩個設備，通過CAN總線連接到PLC，以及觸摸屏界面。

屏幕技術

有多種觸摸屏技術，但兩者實際上，最常見的兩種主導市場的是電容和電阻技術。

電阻屏通常是兩層玻璃或塑料，由氣隙隔開。一層將具有水平導線，另一層將具有垂直。上層的壓力將鏈接這些線，給出XY坐標。使用了不同的詳細技術，但通常屏幕將有四個端口連接到控制器。

電容式傳感屏幕使用各種詳細技術，但依靠導電物質（如手指），改變屏幕區域的電容，然后將此變化感知為XY坐標。在工業應用中存在電容感測的限制：如果手指在手套內，特別是重工作手套，則可能沒有足夠的電容變化可測量，并且諸如RF發射的環境因素可能影響電容。這兩種技術都可以用于多點觸摸輸入 - 例如，兩個手指分開或一起放大或縮小GUI中的區域。

屏幕尺寸差別很大。光譜的一端是來自像3M這樣的人的大型32英寸屏幕;而在另一端，屏幕小至3.5“對角線（2.83”乘2.07“）。

圖2：簡單的觸摸屏來自Optrex。

GUI

觸摸屏顯示某種形式的GUI。這可以是通用接口，例如Windows的版本，或者它可以是專門為該應用程序生成的接口。顯然，控制器中的內存大小將是選擇接口的重要因素。其他因素包括所需顯示的復雜性，成本限制以及顯示屏的大小。

并不總是徹底探索所顯示圖像的質量。從庫中挑選幾個符號或圖標并將它們放在屏幕上很少。關于接口設計已有相當多的研究，ISA（國際自動化學會）中似乎有一個小組正致力于ISA101標準。

微控制器

許多微控制器制造商現在都提供對觸摸傳感的支持，盡管這些通常都是針對手持和便攜式設備。在工業領域，Atmel一直是一個重要的參與者，特別是在收購Quantum Research之后，這是一家觸摸敏感設備制造商，特別是滑塊，輪子和按鈕。除了廣泛的AT42QT專用觸摸屏控制器外，該公司還開發了用于微控制器的QTouch觸摸屏控制軟件庫，并添加了“觸摸通道”，用于觸摸屏與許多處理器系列的接口，包括AVR UC3和AT Mega和X Mega系列，也包括LCD控制器。一些型號，例如tinyAVR系列的一些成員，也包括硬件QTouch采集。這些微控制器得到了各種開發和評估套件的支持。

圖3：Atmel在許多處理器中都有專用的觸摸屏接口，還有一些還具有硬件QTouch采集功能作為專用外設接口。

德州儀器（TI）開發了一系列基于ARM Cortex-M3 Stellaris處理器的觸摸屏應用“智能顯示模塊”。這些可用作參考設計，并由原理圖，材料清單，用于PCB布局的Gerber文件和示例應用程序提供支持。此外，TI將超越這一范圍，并將批量銷售模塊，使其更容易通過特定應用程序投入生產。有三種型號，均針對具有工業耐溫處理器的工業應用。選項包括以太網供電和千兆以太網，每個都有2.8英寸的屏幕和一個更大的3.5英寸屏幕選項。這些產品由Stellaris軟件和圖形庫以及Cortex-M3周圍更廣泛的生態系統提供支持。

英飛凌推出了一款觸摸感應控制器，作為XC82x和XC83x 8位微控制器的外設接口之一。控制器主要設計用于簡單的LED按鈕，滑塊或滾輪面板，通過時分多路復用與LED矩陣控制器共享屏幕界面。

Microchip開發了“金屬蓋帽”電容式傳感技術。該技術將前面板（可以是不銹鋼或鋁或其他適當的材料）放置在PCB上，兩者之間具有小的氣隙。頂部表面上的符號是PCB上的傳感器。壓力導致頂面偏轉，改變板和傳感器之間的間隙，從而改變電容。根據應用，控制軟件可以區分軟觸摸和硬觸摸。金屬蓋帽與需要簡單切換的工業環境特別相關，并且mTouch軟件庫支持電容式觸摸。 PIC微控制器的許多8位，16位和32位成員都支持此功能。它在某些產品中與顯示控制，CAN總線接口和USB接口相結合。為了支持這一應用，我們提供了一系列開發和評估套件。

圖4：Microchip的“金屬覆蓋”傳感器使用了變形用于改變電容的金屬面板。

用于觸摸屏控制的絕大多數微控制器產品都用于便攜式和手持式設備，許多微控制器供應商已開發出觸摸屏控制庫，可在其標準產品上運行，通過標準通用IO與控制器通信（ GPIO）頻道。雖然這些庫可用于工業控制應用，但運行它們的處理器可能無法適應通常與工業環境相關的惡劣條件。特別是在微控制器設計師決定優先考慮低功耗的情況下 - 對于電池壽命始終是主要問題的便攜式設備來說并不奇怪。

觸摸屏界面將在工業自動化中發揮越來越重要的作用，因為它們具有固有的強大性和應對嚴苛制造世界的能力。然而，雖然表面上易于部署，但如果它們有效，設計人員將不得不非常注意接口設計以及接口軟件與運行安全關鍵應用程序的軟件之間的關系。