有線還是無(wú)線HMI連接?

當(dāng)然，用戶(hù)界面需要連接到更大的系統(tǒng)才能發(fā)揮其用途。這可通過(guò)專(zhuān)用硬件連接、USB端口等標(biāo)準(zhǔn)硬件接口或無(wú)線連接等來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的選擇多取決于應(yīng)用、位置、用戶(hù)與界面的交互方式，以及成本和物理兼容性問(wèn)題等常見(jiàn)因素。

在很多情況下，無(wú)線連接都不僅是首選，也是必需的選擇。例如，智能家居控制面板/房屋入口處的用戶(hù)界面需與家庭范圍內(nèi)的無(wú)線系統(tǒng)進(jìn)行交互。其與系統(tǒng)控制器的連接本身也需要是無(wú)線形式的，這是因?yàn)樵趬?nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線不僅成本高昂，而且安裝起來(lái)也是一件頭疼的事。此外，控制面板可能還需要支持多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如藍(lán)牙、WiFi以及供應(yīng)商定義的專(zhuān)用協(xié)議。對(duì)于Wi-Fi接口，Murata Electronics推出的SN820X系列Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)控制器模塊(圖6)包含一系列小型(20mm × 30mm × 2.8mm)、低功耗、獨(dú)立完整的模塊，能夠?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)(2.4GHz IEEE 802.11b/g/n)提供簡(jiǎn)單的串行至網(wǎng)絡(luò)連接。

這些模塊采用Broadcom公司的“嵌入式設(shè)備無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)連接”( WICED)架構(gòu)，并具有Wi-Fi、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)棧、安全固件以及其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特性。在進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，模塊還支持Murata的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)接口連接(SNIC)軟件和EZ Web Wizzard軟件。

圖6：對(duì)于即插即用的串行至Wi-Fi連接，Murata的SN820X系列網(wǎng)絡(luò)控制器模塊在一個(gè)20mm × 30mm × 2.8mm的電路板可安裝模塊中集成了所有必需的功能和I/O。

某些用戶(hù)控制面板還需要為警報(bào)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)(比如門(mén)、窗和溫度傳感器)等專(zhuān)用外部點(diǎn)提供無(wú)線接口。這些無(wú)線連接可能會(huì)使用與Wi-Fi、Zigbee或 Bluetooth不相關(guān)的協(xié)議或頻率，來(lái)節(jié)省功率并降低成本，或者保持其專(zhuān)有市場(chǎng)地位。例如，很多用于家庭自動(dòng)化、智能樓宇或報(bào)警系統(tǒng)的傳感器都采用低于1 GHz的RF頻率。

對(duì)于這些情況，我們可以選擇使用Analog Devices的ADF7024低功耗sub-GHz收發(fā)器之類(lèi)的IC(圖7)。這款5mm × 5mm的收發(fā)器支持以431 MHz至 435 MHz及 862 MHz至 928 MHz的頻帶、兩級(jí)頻移鍵控(FSK)和高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制及9.6 kbps至300 kbps適中的數(shù)據(jù)速率工作。因?yàn)榇似骷饕糜谟呻姵鼗蚰芰渴占娫垂╇?、家庭或辦公場(chǎng)合下使用的遠(yuǎn)程傳感器，所以非常需要低功耗操作，尤其是在這些場(chǎng)合下經(jīng)常出現(xiàn)的長(zhǎng)期休眠期間。

圖7：工作頻率低于1GHz的Analog Devices ADF7024低功耗收發(fā)器為5 mm× 5 mm IC，用于431 MHz至435 MHz及862 MHz至 928 MHz的免許可(但仍受法規(guī)約束)ISM頻段，適合智能家居和樓宇中的各式各樣本地傳感器。

為了滿(mǎn)足這些需求，ADF7024提供了多種休眠模式，包括電流低至0.33μA的深度休眠模式，內(nèi)部32 kHz振蕩器工作且0.33μA稍高電流的休眠模式，以及自主接收器“監(jiān)聽(tīng)與智能喚醒”模式——在該模式下，ADF7024以高達(dá)300 kbps的速率檢測(cè)并接收數(shù)據(jù)包，且僅需11.75μA的電流。請(qǐng)注意，即使無(wú)線收發(fā)器不需要滿(mǎn)足Wi-Fi、ZigBee或 Bluetooth等標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的技術(shù)要求，它仍需滿(mǎn)足各種免許可運(yùn)營(yíng)的法規(guī)要求。ADF7024滿(mǎn)足美國(guó)FCC第15部分(15.231、15.247和15.249部分)以及歐洲ETSI EN 300 220的要求。

在無(wú)線連接與相關(guān)移動(dòng)技術(shù)進(jìn)步備受關(guān)注的同時(shí)，其固有屬性與本質(zhì)特征使其可能不太適合將用戶(hù)觸摸屏連接到設(shè)備等情況。其中一些原因包括成本、不必要的復(fù)雜度、EMI/RFI敏感性問(wèn)題(設(shè)備本身是主要噪聲源，尤其在具有電機(jī)和需要瞬時(shí)打開(kāi)/關(guān)閉時(shí))、附近同頻段無(wú)線設(shè)備可能的通道干擾，以及協(xié)議和設(shè)置問(wèn)題。

如果控制面板在物理上是洗碗機(jī)等裝置(即使裝置是智能/IoT裝置并具有互聯(lián)網(wǎng)連接)的基本組成部分，建立無(wú)線內(nèi)部鏈接也許是解決潛在的設(shè)計(jì)難題、高成本以及性能一致性問(wèn)題的解決方案。設(shè)計(jì)上可通過(guò)一小段電線或電纜實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛ミB介質(zhì)通常是實(shí)現(xiàn)高性能、低成本及可靠操作的最簡(jiǎn)單直接的方法。

將標(biāo)準(zhǔn)USB接口用作互連將提供某些產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。市面上提供了多種開(kāi)發(fā)工具，允許獨(dú)立于產(chǎn)品其他功能的開(kāi)發(fā)或與之同時(shí)進(jìn)行用戶(hù)面板的編程和調(diào)試。使用標(biāo)準(zhǔn)端口還能將產(chǎn)品系列模塊化，從而能輕松提供各種設(shè)備用戶(hù)界面。因此，一個(gè)用戶(hù)面板硬件便可滿(mǎn)足一個(gè)家庭中具有不同屏幕交互和軟鍵需求的各種設(shè)備。

此外，標(biāo)準(zhǔn)USB接口允許現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員斷開(kāi)工廠提供的用戶(hù)面板，然后與具有高級(jí)診斷功能的筆記本電腦相連。在發(fā)現(xiàn)原始操作固件發(fā)生問(wèn)題(又名bug)時(shí)，這個(gè)能力可簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備固件升級(jí)操作。這類(lèi)升級(jí)的潛在需求正日益成為一個(gè)擾人問(wèn)題，因?yàn)榫瓦B基本設(shè)備也具備基于軟件的復(fù)雜特性。即使設(shè)備在安裝時(shí)沒(méi)有可用的互聯(lián)網(wǎng)連接來(lái)下載更新固件，也必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù);因此可選擇通過(guò)USB端口和服務(wù)代表來(lái)訪建立物理連接。

然而，對(duì)于洗碗機(jī)和冰箱等設(shè)備，基本的USB連接器可能不夠堅(jiān)固耐用。即使在很多情況下家庭是一個(gè)相當(dāng)溫和的環(huán)境，但連接器仍可能處于振動(dòng)、潮濕、布滿(mǎn)灰塵或其他惡劣環(huán)境中。當(dāng)連接器處在排水和通風(fēng)不夠充足的地方時(shí)，這種情況經(jīng)常是免不了的。

這種情況可以使用TE Connectivity 推出的IP68防水型micro-USB 2.0連接器(見(jiàn)圖8)。采用金屬注射成型(MIM)外殼的母連接器可防止由于浸沒(méi)于水下和灰塵環(huán)境下而導(dǎo)致的損壞。通過(guò)在該設(shè)計(jì)中配備一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)插頭插銷(xiāo)相匹配的凹槽，此連接器便能夠如同常規(guī)Micro USB連接器始終保持與插頭匹配。此外，其金屬加強(qiáng)板可防止連接器內(nèi)部包含觸點(diǎn)的塑料片損壞，幫助避免電氣短路，而這通常表現(xiàn)為令人懊惱的間歇性故障。螺絲式安裝耳更容易將連接器整合并安裝在終端應(yīng)用中。這種安裝方式在機(jī)械完整性方面優(yōu)于依賴(lài)于引線與過(guò)孔電路板安裝方式或通過(guò)表面凸塊和PCB焊盤(pán)的連接方式。

圖8：連接器需求往往在設(shè)計(jì)后期才會(huì)考慮，但TE Connectivity的這種耐用型micro-USB 2.0母連接器提供了在意外惡劣設(shè)備安裝環(huán)境中所需的互聯(lián)與安裝完整性。

除了用戶(hù)接口，整合性與功能上的進(jìn)步也使得將觸摸顯示器、單獨(dú)的觸摸開(kāi)關(guān)(如果需要)與實(shí)際控制電子器件結(jié)合起來(lái)更加實(shí)際和方便。這簡(jiǎn)化了用戶(hù)能看到的設(shè)計(jì)部分與用戶(hù)無(wú)法看到的電路之間的封裝與連接問(wèn)題。用于顯示屏與前面板的接口電子器件以及系統(tǒng)用工作電子器件都可以是一個(gè)電路板，而非多個(gè)電路板或多個(gè)外殼，這樣對(duì)于應(yīng)用和安裝方才有用。

即使用戶(hù)接口面板與其他電子元器件在物理上是隔離的，這也是洗碗機(jī)或冰箱中的大功率電機(jī)控制和高壓電子元器件通常采用的方式，設(shè)計(jì)人員在配置和封裝時(shí)也有了更大的靈活性。當(dāng)然，這是一個(gè)不斷反復(fù)的情況，因?yàn)樗麄冞€想再添加一些其他功能和特性，這相應(yīng)也就需要有更新的靈活性。