Eingabesysteme – HMI

Was ist ein HMI, Eingabesystem oder ein Embedded System?

Ein HMI ist das Human Machine Interface oder die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI) welche die Interaktion zwischen dem Bediener (User) und dem elektrischen Gerät bzw. der Maschine ermöglicht. Diese Interaktion kann unterschiedliche Ausprägungsformen annehmen: Von einer reinen Anzeigefunktion, z.B. ein klassischer Monitorrahmen, bis zu einem multimodalem HMI-System welches haptische, visuelle und akustische Eingabe- und Rückmeldemöglichkeiten mit Rechenleistung und weiteren Features kombiniert.

Begrifflich handelt es sich bei einem Eingabesystem um einen Teil oder bereits das komplette HMI, je nachdem wie die Auswertung, Kommunikation und Rechenleistung innerhalb der Maschine konzipiert ist. In diesem Zusammenhang können HMIs vom Embedded System bis zum vollwertigen (I)PC ausgelegt werden. Der Unterschied besteht darin, dass im Embedded-Fall die Funktion des Systems auf die Ausführung der spezifischen Geräteaufgaben beschränkt bzw. optimiert ist während die PC-Ausführung ein viel breiteres Leistungsspektrum bietet.

Eingabesysteme HMI

HMI bzw. Eingabesystem von EP

Eingabesysteme HMI

Ein HMI oder Eingabesystem definiert sich sehr stark durch seine Haupteingabemethode. Eine Spezialität von EP sind dabei multimodale HMI Systeme welche die verschiedenen Ein- und Ausgabemethoden (z.B. Touch, Taste und Display) in einer Bedieneinheit miteinander kombinieren.

Bei den Eingabetechnologien können wir hier standardmäßig folgende Möglichkeiten anbieten:

Multitouch bzw. kapazitive Touchscreens 

Seit dem Siegeszug des Iphones sind Multi-Touchscreens nicht mehr aus modernen Bedienkonzepten wegzudenken. Auch bei professionellen Nutzern, z.B. im Industrie- oder Medizintechnik-Umfeld, sind kapazitive Touchscreens heute State-of-the-Art. Normalerweise wird ein Multitouch mit einer Glasfront ausgeführt, wir können aber auch die Ausstattung mit einer Frontfolie für glasbruch-sensible Anwendungsgebiete wie die Pharma-, Lebensmittel- und Verpackungsindustrie anbieten.

Multi-Touchscreen- Touchsysteme

Single-Touch bzw. resistive Touchscreens

Der preiswerte und mechanisch agierende Vorgänger des Multitouch hat sich in anspruchsvollen Umgebungen seine Anhängerschaft bewahrt. Ein Vorteil ist die einfache Integration in eine vollflächig geschlossene Folienoberfläche welche vor allem bei reinigungsintensiven Anwendungen, wie  z.B. in der Lebensmittel- oder Medizintechnik, das Eindringen von Reinigungs- oder Betriebsflüssigkeit hat.

Eingabesysteme HMI

Folientasten (mit haptischem oder visuellem Feedback)

Klassische Tastenelemente mit haptischem Feedback können besonders gut in eine flexible Folie integriert werden. Die Ausführung kann dabei mit Schaltelement (und Prägung)

oder ohne Schaltelement mittels einer Domprägung (günstigste Variante) erfolgen.

Eingabesysteme HMI
Eingabesysteme HMI

Kapazitive Tasten (mit visuellem Feedback)

Kapazitive Tasten, meist hinter einer Glasfront, können relativ einfach über gedrucktes Leitsilber oder einer Leiterplatte realisiert werden. Die beleuchtete Variante, mit entsprechend visuellem Feedback, war bisher ein wenig aufwendiger. Mit der Einführung von Carbon-Nano-Tubes (CNT) ist aber auch die vollflächige Beleuchtung sehr viel einfacher geworden.

Eingabesysteme HMI
Eingabesysteme HMI

Drucktasten

Bei Drucktasten handelt es sich um eigenständige Taster, z.B. Notaustaster, welche normalerweise durch die (ansonsten geschlossene) Frontseite des HMI-Eingabesystems montiert werden. Diese Taster können aufgrund Ihres unabhängigen Aufbaus eine Reihe von zusätzlichen Eigenschaften aufweisen (Sicherheitsschaltungen, Beleuchtung, mehrstufige Schaltvorgänge etc.)

Eingabesysteme HMI

Bei Ausgabetechnologien können wir standardmäßig anbieten:

Displays

Bei TFT-LCD-Displays sind Diagonale, Auflösung und Seitenverhältnis die ersten Entscheidungen die getroffen werden müssen. Standardmäßig verwenden wir 4,3“ bis 24“ im Widescreen-Format (16:9) oder 5,7“ bis 23“ im 4:3-Format.Anschließend sollte über die passende Display-Technologie entschieden werden: Je nach Anforderung der Anwendung, wie z.B. notwendiger Blickwinkel, Kontrastschärfe oder Preis, muss zwischen TN- (Twisted Nematic), IPS- (In-Plane Switching) oder VA- (Vertical Alignment) Panels ausgewählt werden.Abschließend müssen dann noch einige Details, wie Langzeitverfügbarkeit, Anschlußmöglichkeiten etc., geklärt werden bevor eine erste Entscheidung getroffen werden kann.

Statusleuchten punktuell, flächig und umlaufend

Für die visuelle Rückmeldung kann neben dem Display auch mit verschiedenen Arten von Statusleuchten gearbeitet werden. Die Arten unterscheiden sich dabei hauptsächlich nach Ihrer Geometrie, können aber alle dimmbar und farblich über das gesamte RGB-Spektrum ausgeführt werden:

  • Punktuelle Ausleuchtung: Die klassische LED hinter der Folie oder Glas kann als kleinste Geometrie mit transparenter oder transluzenter Bedruckung („Verschwindeeffekt“) ausgeführt werden.
  • Ambientlight bzw. umlaufende Statusleuchte: Nur bei EP können wir auch eine umlaufende Statusleuchte („Ambientlight“) anbieten. Bei entsprechender Konstruktion können alle RGB-Farben dimmbar undbis zur Schutzklasse IP69 realisiert werden.
  • Flächige Ausleuchtung: Statusleisten in unterschiedlichen Geometrien erfordern einen Lichtleiter, können aber hinter der Front integriert werden so dass die IP-Schutzklasse ebenfalls erhalten wird.
Eingabesysteme HMI
Eingabesysteme HMI

Neben diesen Ein- und Ausgabemöglichkeiten integrieren wir standardmäßig noch weitere Funktionen bzw. Komponenten in unsere HMI-Eingabesysteme:

Front- bzw. Trägerplatten, Gehäuse und Display-Halterungen:

Die mechanischen Komponenten welche dem HMI bzw. Eingabesystem seine mechanische und strukturelle Festigkeit geben, können aus Metall oder Kunststoff sein:

  • Frontseitige Front- oder Trägerplatten genauso wie Gehäuse oder rückseitige Deckel sind eine unserer Kernkompetenzen.
  • Gehäuse oder Trägerplatten aus Kunststoff können wir auf Anfrage bereitstellen.
  • Strukturelle Teile im Inneren des HMI-Eingabesystems können wir ebenfalls aus Metall oder Kunststoff fertigen. Für kleinere und mittlere Serien verwenden hierbei gerne den hauseigenen 3D-Druck um passgenau, platzsparend und preiswert strukturelle Komponenten zu erstellen.
HMI Eingabesysteme
Eingabesysteme HMI
Eingabesysteme HMI

Display-Controllerboards

Das Display muss mit den passenden Datensignalen und Energie versorgt werden. Hierzu wird ein Display-Controllerboard benötigt welches die Eingangssignale HDMI, DVI, DP etc. (meist) in LVDS wandelt und gleichzeitig das Backlight mit der passenden Spannung versorgt.

Sensoren

Ein HMI reagiert heutzutage nicht mehr nur auf die physische Betätigung durch Nutzer sondern nimmt Ereignisse und Daten aus seiner Umwelt über verschiedenste Sensoren war. Am häufigsten wird hierbei auf folgende Sensoren zurückgegriffen welche fast unsichtbar in das Eingabesystem integriert sind (also mindestens noch IP65 haben) :

RFID-Leser

(ermöglichen z.B. eine voll automatische und berührungslose Identifikation)

Eingabesysteme HMI

Helligkeitssensoren

(ermöglichen z.B. die automatische Anpassung der Tastenhelligkeit je nach Umgebungsbedingung)

Eingabesysteme HMI

IR-Sensoren

(ermöglichen z.B. Bewegungserkennung oder Fernsteuerung)

Kabel

Am Ende müssen die internen Komponenten alle miteinander verbunden werden um miteinander kommunizieren zu können. Je nach verwendeten Komponenten können wir Sie hier mit Standard- oder kundenspezifischen Kabeln aller Ausführungsvarianten (FFC, FPC, Litzenleitung etc.) unterstützen.

Wir unterstützen Sie gerne bei Ihrem Eingabesystem- oder HMI-Projekt. Bei Interesse können Sie uns direkt über das Kontaktformular am Ende der Seite mit uns in Verbindung treten.

Unser Unternehmen

Seit 30 Jahren entwickelt und fertigt EP kundenspezifische Eingabesysteme auf Basis verschiedenster Technologien.

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EP Electronic Print GmbH
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