Inżynierowie i programiści odpowiedzialni za projektowanie oraz doskonalenie nowych urządzeń znajdują się pod presją czasu, wynikającą z chęci jak najszybszego wprowadzenia nowych rozwiązań na rynek. Producenci nieustannie poszukują coraz to prostszych i bardziej elastycznych rozwiązań z zakresu przetwarzania obrazu, które sprawdzą się w ich sprzętach.
Rozwiązanie modułowe vs wyświetlacz zaprojektowany dla potrzeb konkretnego urządzenia
Istnieją dwa sposoby na zamontowanie wyświetlacza w Twoim nowym urządzeniu:
1. Poprzez wykonanie wskazanych poniżej czynności:
- zamontowanie wyświetlacza poprzez zaprojektowanie urządzenia z wbudowanym modułem LCM,
- wyposażenie wyświetlacza we wszelkie wymagane biblioteki,
- zainstalowanie oprogramowania do sterowania wyświetlaczem (wyświetlacz zaprojektowany indywidualnie dla potrzeb konkretnego urządzenia).
2. Z wykorzystaniem standardowego inteligentnego modułu wyświetlacza, opracowanego z myślą o natychmiastowej gotowości do użycia (rozwiązanie modułowe).
Biorąc pod uwagę koszty związane z procesem projektowania, elastyczność danego rozwiązania, skalowalność, poziom kontroli nad poszczególnymi komponentami, czas potrzebny na ukończenie projektu oraz poziom jego skomplikowania, oba rozwiązania mają swoje dobre i złe strony. Dostępne opcje należy dokładnie rozważyć już na pierwszym etapie planowania procesu projektowania danego urządzenia.
Jeżeli skupimy się wyłącznie na kosztach zakupu materiałów, wyświetlacz projektowany z myślą o konkretnym urządzeniu wydaje się być zdecydowanie bardziej atrakcyjnym rozwiązaniem w porównaniu do zakupu gotowego modułu wyświetlacza. Jeżeli jednak weźmiemy w rachubę także czas potrzebny na wykonanie projektu oraz koszty zakupu zasobów potrzebnych do jego ukończenia, wiele argumentów przemawia na korzyść wyświetlaczy modułowych, rekompensując wyższe koszty początkowe.
Zalety wyświetlaczy projektowanych z myślą o zastosowaniu w danym urządzeniu: krótko- i długoterminowa oszczędność kosztów Zalety wyświetlaczy modułowych: łatwość użytkowania oraz znaczne skrócenie czasu potrzebnego na wykonanie całego projektu
Przykładowe zastosowanie wyświetlaczy projektowanych indywidualnie dla konkretnego urządzenia
Przeanalizujmy przykład, gdzie istniejąca aplikacja lub urządzenie zostają zaktualizowane lub udoskonalone poprzez instalację graficznego interfejsu użytkownika z funkcją sterowania dotykowego. Oznacza to, iż manualne przyciski lub inne urządzenia wejściowe zostaną zastąpione przez panel dotykowy.
Istniejące urządzenie działa w oparciu o ośmiobitowy mikrokontroler (MCU); zostanie odpowiednio zmodyfikowane i wyposażone w kolorowy wyświetlacz graficzny z dotykowym interfejsem. Podczas gdy większość mikrokontrolerów może połączyć się z wyświetlaczem LCD za pomocą wbudowanego lub osobnego kontrolera, rozmiar oraz rozdzielczość wyświetlacza ograniczona będzie przez możliwości mikrokontrolera. Kontroler może być zintegrowany z mikrokontrolerem lub bezpośrednio z wyświetlaczem. Przykładowo: ośmiobitowy mikrokontroler będzie w stanie obsługiwać dwuwierszowy wyświetlacz z matrycą punktową, jednak prawdopodobnie jego moc obliczeniowa nie pozwoli na obsługę bardziej zaawansowanego wyświetlacza.
Aby stworzyć zaawansowane i bogate pod względem graficznym środowisko, osoba odpowiedzialna za projektowanie urządzenia będzie musiała zintegrować wyświetlacz z stosunkowo dużą liczbą rozwiązań z zakresu oprogramowania wbudowanego (biblioteki, pliki graficzne). Po dokonaniu powyższych rozważań dochodzimy do wniosku, że zaprojektowanie wyświetlacza w formie urządzenia wyjściowego to skomplikowany, wymagający proces. Sprawy komplikują się jeszcze bardziej, jeżeli chcemy, aby nasz wyświetlacz pełnił funkcję panelu dotykowego, a użytkownik korzystał z niego jak z urządzenia wejściowego.
Jak wynika z powyższej analizy, projektowanie sprzętu oraz oprogramowania wiąże się z wieloma godzinami badań oraz dużym nakładem pracy. Po zakończeniu procesu programowania aplikacji oraz rozpoczęciu produkcji, konieczne jest ciągłe kontrolowanie jakości wyświetlaczy, które staną się elementem produkowanego urządzenia. Istnieje ryzyko, iż pewne parametry wyświetlaczy ulegną zmianie, co nie zawsze będzie możliwe do przewidzenia. Tego rodzaju zmiany mogą skutkować pojawieniem się problemów w trakcie montażu, a w konsekwencji koniecznością modyfikacji projektu urządzenia lub wprowadzenia poprawek do kontrolerów wyświetlacza. Być może konieczne będzie nawet utworzenie specjalnego zespołu złożonego z inżynierów i programistów, odpowiedzialnego za wprowadzanie poprawek. Nie jest to jednak najistotniejszy problem – większe zagrożenie stanowi krótki czas produkcji większości współczesnych wyświetlaczy TFT. Znalezienie zamiennika tego rodzaju wyświetlacza nie stanowi co prawda większego problemu, jednak rzadko będzie to jego stuprocentowy odpowiednik, który spełni wszelkie wymagania w zakresie parametrów bez konieczności wcześniejszego wprowadzenia modyfikacji do sprzętu lub oprogramowania.
Mimo że stosowanie wyświetlaczy zaprojektowanych indywidualnie z myślą o konkretnym urządzeniu daje nam większą kontrolę nad procesem produkcji poszczególnych elementów projektu (w przypadku produkcji o niskim wolumenie) oraz jego kosztami, tego rodzaju rozwiązania niosą za sobą dodatkowe wydatki związane z większym nakładem pracy inżynierów i programistów. Należy wziąć pod uwagę także czas potrzebny na wykonanie wszystkich kroków opisanych powyżej.
W przypadku produkcji charakteryzującej się niskim wolumenem i wysokim poziomem złożoności, niektóre komponenty urządzenia mogą być w przyszłości trudno dostępne. Ponadto, jeżeli dany komponent ulegnie awarii, co uniemożliwi wykonywanie jednej z kluczowych funkcjonalności wyświetlacza, być może konieczne będzie wprowadzenie zmian do graficznego interfejsu użytkownika, co z kolei wiąże się z długimi i kosztownymi przestojami w produkcji wynikającymi z braku możliwości ukończenia nawet pojedynczego produktu.
Przykładowe zastosowanie wyświetlaczy o konstrukcji modułowej
Innym sposobem na zintegrowanie Twojego urządzenia z wyświetlaczem jest skorzystanie ze standardowego inteligentnego modułu wyświetlacza. Tego typu moduły wykorzystują zazwyczaj standardowy interfejs, jak na przykład I2C, SPI lub UART, przy pomocy którego komunikują się z urządzeniem głównym. Niektóre moduły zostały wyposażone również w wbudowany mikrokontroler, który odpowiada za kwestie związane z grafiką; mogą zawierać także różnego rodzaju urządzenia wejściowe i wyjściowe i inne układy peryferyjne, które potencjalnie mogą umożliwić modułowi obsługę aplikacji docelowej.Wiele modułów oferuje różne wbudowane funkcje, które pozwolą na stosunkowo łatwą komunikację wyświetlacza z mikrokontrolerem urządzenia głównego. Część modułów dostępna jest także z w pełni funkcjonalnym zintegrowanym środowiskiem programistycznym (IDE), które pozwala na projektowanie oraz konstrukcję graficznego interfejsu użytkownika w ramach procesu tworzenia systemów wbudowanych. Dzięki funkcjom oferowanym przez IDE oraz możliwości wykonywania działań z wykorzystaniem metody „przeciągnij i upuść” (oraz tzw. metod „WYSWIG” (ang. What You Get Is What You See)), opracowanie wersji próbnej interfejsu nie jest czasochłonne, a użytkownik może tworzyć aplikacje bez konieczności poświęcenia czasu na pisanie ich kodu.
Kolejną zaletą stosowania rozwiązań modułowych jest fakt, iż wszystkie sterowniki, podstawowe elementy oraz funkcje graficznego interfejsu użytkownika zostały już wcześniej zaprogramowane i przetestowane. Mikrokontroler urządzenia głównego może również przechowywać informacje na temat wszelkich zadań wykonywanych przez wyświetlacz bezpośrednio w pamięci modułu, dzięki czemu cała moc obliczeniowa urządzenia głównego może zostać wykorzystana przez najważniejszą aplikację.
W ten sposób inżynierowie nie muszą martwić się o kwestie związane z programowaniem niskopoziomowym i mogą skupić się przede wszystkim na opracowywaniu graficznego interfejsu użytkownika. Mówiąc prościej, rozwiązania modułowe pozwalają im poświęcić więcej uwagi na projektowanie interfejsu jako całości, eliminując konieczność dopracowywania podstawowych elementów.
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele inteligentnych rozwiązań modułowych
V současnosti jsou k dispozici různá řešení inteligentních modulů. W ofercie firmy 4D Systems znaleźć można wiele wyświetlaczy modułowych, dostępnych w kilku rozmiarach i z różnymi opcjami sterowania dotykowego. Wyświetlacze 4D Systems zostały zaprogramowane przy użyciu zintegrowanego środowiska programistycznego 4D Workshop4 IDE.
Seria modułów HMI gen4 została zaprojektowana z myślą o współpracy z dowolnym mikrokontrolerem lub procesorem urządzenia głównego. Moduły sprawdzą się również w przypadku małych urządzeń z niewielką liczbą pinów, ponieważ wszelka komunikacja między modułem wyświetlacza a urządzeniem głównym odbywa się za pośrednictwem prostego połączenia szeregowego, które jest obsługiwane przez większość mikrokontrolerów.
Jeżeli zdecydujesz się na skorzystanie z modułu wyświetlacza, eliminujesz konieczność wykonywania zadań z zakresu programowania niskopoziomowego, dzięki czemu programista może skupić się na tworzeniu niezawodnego graficznego interfejsu użytkownika oraz podstawowej aplikacji.
W ten sposób wersja próbna interfejsu może zostać ukończona w ciągu zaledwie kilku dni; ostateczna wersja powinna być gotowa po upływie kilku tygodni, dzięki czemu gotowy produkt znacznie szybciej trafi na rynek.
Analiza kosztów – wyświetlacze zaprojektowane dla konkretnego urządzenia vs wyświetlacze modułowe
Jak powszechnie wiadomo, liczby nie kłamią – przeanalizujmy zatem koszty zastosowania obu rodzajów wyświetlaczy.
Za przykład posłuży nam wyświetlacz LCD o przekątnej 4,3 cala, z pojemnościowym ekranem dotykowym i szkłem ochronnym, zaprojektowany z myślą o zastosowaniu w parze z istniejącym rozwiązaniem. Poniżej porównujemy koszty wykonania wyświetlacza z zastosowaniem obu metod będących przedmiotem niniejszego artykułu.
Przykład specyfikacji projektu
• Czas potrzebny na wykonanie projektu: 2 lata• Całkowity wymagany wolumen produkcyjny: 1200 sztuk
• Ilość dostarczanych sztuk: 50 sztuk na miesiąc
Wyświetlacz zaprojektowany indywidualnie z myślą o konkretnym urządzeniu
• Do wyprodukowania tego rodzaju wyświetlacza konieczne będzie zatrudnienie dwóch inżynierów zajmujących się projektowaniem sprzętu oraz oprogramowania
• Szacunkowa wysokość pensji dla jednego inżyniera: 36 000 EUR / rok
• Czas projektowania i programowania wyświetlacza wynosi 6 miesięcy.
• Koszty poniesione w trakcie 6-miesięcznego okresu projektowania wyświetlacza: 18 000 EUR x 2 inżynierów projektujących sprzęt/programistów • Szacunkowe koszty jednostkowe obliczone dla wyświetlacza LCD o przekątnej 4,3” i układów peryferyjnych: 30 EUR
Wyświetlacz modułowy:
• Do wyprodukowania tego rodzaju wyświetlacza konieczne będzie zatrudnienie jednego inżyniera programisty.
• Szacunkowe koszty wypłaty pensji inżyniera: 36 000 EUR / rok
• Czas projektowania i programowania wyświetlacza wynosi 1 miesiąc.
• Koszty poniesione w trakcie 1-miesięcznego okresu projektowania wyświetlacza: 3 000 EUR
• Szacunkowe koszty jednostkowe obliczone dla modułu inteligentnego wyświetlacza: 55 EUR
W przypadku wyświetlacza modułowego, koszty początkowe wynoszą 3 000 EUR.
W przypadku wyświetlacza projektowanego indywidualnie dla konkretnego urządzenia, koszty początkowe wynoszą 36 000 EUR.
Koszty poniesione na etapie produkcji:
3 000 EUR + 1,200*55 = całkowite koszty produkcji wyświetlacza modułowego
36 000 EUR + 1,200*30 = całkowite koszty produkcji wyświetlacza projektowanego indywidualnie dla konkretnego urządzenia
Koszty związane z projektowaniem wyświetlacza modułowego są znacznie niższe w porównaniu do kosztów zaprojektowania wyświetlacza dla konkretnego urządzenia.
Całkowity koszt jednostkowy produkcji pierwszej partii (50 szt.) jest również znacznie niższy w przypadku wyświetlaczy o konstrukcji modułowej – 115 EUR w porównaniu do 750 EUR dla wyświetlacza dla konkretnego urządzenia.
Przykładowo: przy założeniu, że jedna partia produkcyjna wynosi 200 szt., całkowity koszt jednostkowy produkcji pierwszej partii jest również znacznie niższy w przypadku wyświetlaczy o konstrukcji modułowej – 70 EUR w porównaniu do 210 EUR w przypadku wyświetlacza dla konkretnego urządzenia.
Natomiast jeżeli założymy, że jedna partia produkcyjna wynosi 1320 sztuk wyświetlaczy, koszty produkcji z wykorzystaniem obu metod projektowania i produkcji są wyrównane.
Warto jednak zauważyć, iż podczas gdy z biegiem czasu koszty produkowania wyświetlaczy projektowanych indywidualnie dla konkretnego urządzenia z czasem stają się coraz bardziej opłacalne, całkowity koszt jednostkowy maleje.
Wniosek jest następujący: jeżeli planujemy wyprodukować mniej niż 1320 urządzeń, korzystniej będzie zdecydować się na rozwiązanie modułowe. Jeżeli wszystkie zmienne z wyjątkiem wolumenu produkcji pozostałyby takie same, a popyt na produkcję uległby znacznemu zwiększeniu, wyświetlacze projektowane z myślą o konkretnym urządzeniu staną się bardziej opłacalną opcją. Trzeba jednak zaznaczyć, iż dostawca rozwiązań modułowych również byłby w stanie zaoferować lepszą cenę w przypadku zamówienia większej liczby wyświetlaczy. Uzyskana w ten sposób przewaga wyświetlaczy projektowanych indywidualnie zostanie znacznie zredukowana.
Analizując opisane powyżej przykłady, zmuszeni byliśmy dokonać kilku uogólnień; ponadto warto podkreślić, że rozpatrujemy wyłącznie koszty zastosowania dwóch metod projektowania wyświetlaczy. Mimo iż w procesie projektowania urządzeń cena stanowi bardzo istotną kwestię, trzeba wziąć pod uwagę również pozostałe zalety i wady poszczególnych rozwiązań. Dużą korzyścią płynącą z zastosowania inteligentnego modułu jest znaczne skrócenie czasu potrzebnego na projektowanie produktu, co skutkuje jego szybszym wprowadzeniem na rynek. Jak wiadomo, czas potrafi przesądzić o sukcesie.
Wnioski
Inżynierowie często stają przed wyzwaniem, jakim jest zintegrowanie nowego urządzenia z w pełni funkcjonalnym wyświetlaczem graficznym z ekranem dotykowym; udoskonalenie istniejącego urządzenia i wyposażenie go w nowoczesny wyświetlacz bywa równie trudne. Muszą wówczas dokonać wyboru między zaprojektowaniem zupełnie nowego wyświetlacza lub skorzystaniem z gotowego rozwiązania modułowego.
Bardzo prawdopodobnym jest, iż decydując się na opracowanie wyświetlacza „od zera”, uniemożliwią w ten sposób programistom i firmom produkującym urządzenia przebudowę i udoskonalenie swoich produktów. W przypadku projektowania nowych wyświetlaczy, brak odpowiednich zasobów finansowych, know-how oraz wiedzy na temat rozwiązań zastępczych stanowi istotną przeszkodę.
Na pierwszy rzut oka, cena rozwiązań modułowych może nieco odstraszać; być może nawet po dokładnej analizie kosztów dojdziesz do wniosku, że tego rodzaju wyświetlacze są dla Ciebie stanowczo za drogie. Nic bardziej mylnego! Koszty integracji rozwiązań modułowych są znacznie niższe niż opracowanie zupełnie nowego wyświetlacza, zwłaszcza w przypadku niskiego zapotrzebowania produkcyjnego.
Dlatego, zanim zdecydujesz się na jedno z dostępnych rozwiązań, zalecamy przeprowadzić dokładną analizę wszystkich dostępnych opcji. Cykle życia produktów stopniowo ulegają skróceniu, co skutkuje coraz częstszym zapotrzebowaniem na wprowadzenie modyfikacji do projektu urządzenia. W związku z tym, wszelkie rozwiązania, które nie tylko nie wydłużają, ale wręcz skracają proces projektowania i realizacji projektu są wyjątkowo pożądane. Dotyczy to nie tylko wyświetlaczy, ale wszystkich urządzeń wbudowanych.
Źródło: 4D Systems
Czy spodobały Ci się nasze artykuły? Nie przegap żadnego! Zajmiemy się wszystkim za Ciebie i chętnie sami Ci je dostarczymy.
