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HMI auf Basis von BeagleBone black und 7″ Touch TFT inkl. kundenspezifischem Cape

25.03.2015, Filderstadt

Im Rahmen einer aktuellen kundenspezifischen HMI-Entwicklung, hat die Glück-Engineering GmbH einen neuen inovativen Ansatz auf Basis eines BeagleBone black (BBB) inkl. 7″-LCD Cape und kundenspezifischem Cape gewählt.

Entwicklungen von kundenspezifischen Human-Machine-Interfaces (HMI) gehören seit jeher zum Kerngeschäft der Glück-Engineering GmbH. Viele Maschinensteuerungen (z.B. SPS) werden über standardisierte Touch-TFT-Systeme auf Basis von entweder proprietärer oder standardisierter Betriebssysteme wie Windows, Windows-Embedded-Compact, Android oder Linux bedient.
Trotzdem gibt es nach wie vor vielerlei Gründe für kundenspezifische Eingabesysteme. Für Anwendungen mit höherem Volumen, für spezielle Formfaktoren (kleines oder Designgehäuse), für kompakte integrierte Systeme – um nur einige Beispiele aufzuführen – werden von unseren Kunden regelmäßig kundenspezifische Lösungen notwendig. Von einfachsten LED- über Text-LCD- (z.B. Mit Kurzhub-Tastern) bis hin zu 10″-Touch-TFT-Lösungen findet sich im Entwicklungsportofolio von Glück-Engineering GmbH die ganze Palette kundenspezifischer HMIs.

In den meisten Anwendungen kamen bisher kundenspezifische Flachbaugruppen mit Mikrocontrollern (z.B. PIC, dsPIC, ARM, MSP430, etc..) und einer kundenspezifischen Firmware zum Einsatz. In deRegel führte der Mikrocontroller primär die Kernanwendung (z.B. Steuerung von Motoren, Ein und Ausgänge) aus und als Nebenfunktion  die HMI Anwendung inkl. Ansteuern der LCD samt Tasten. Der Nachteil dieses Ansatzes ist das die oft komplexe User Interaktion (mehrere Menüebenen, Grafik, Text, Ablauf) mit der Kernfunktion in einem uC abgespeichert und verarbeitet werden muß. Wiederverwendbarkeit von Code und Bibliotheken ist ebenfalls nicht immer gegeben.

Im Rahmen einer aktuellen HMI-Entwicklung, hat die Glück-Engineering GmbH einen neuen inovativen Ansatz gewählt. Wir verwendeten als Basis einen BeagleBone black (BBB) inkl. 7″-LCD Cape und kundenspezifischem Cape.
Das BeagleBone black ist ein preiswerter Einplatinen-Computer (ca. €40/Stk), der auf dem AM3558-SoC von Texas Instruments basiert. Es handelt sich dabei um OpenSource Hardware, wodurch es möglich ist das Board selbst herzustellen und g.g.f. zu modifizieren. Das BBB wird von verschiedenen Herstellern in Großserie, unter streng kontrolliertem Qualitätsprozess hergestellt, so dass dieses auch für Industrieapplikationen geeignet ist.
Mit Cape wird eine Flachbaugruppe bezeichnet welches auf die Erweiterungsleisten des BBB aufgesteckt werden kann. Mit den Capes können kundenspezifische Erweiterungen realisiert werden.

Im aktuellen Fall verwendeten wir zwei Capes. Ein 7″-Touch-TFT (resisitive) und ein kundenspezifisches Cape zur Erzeugung der Spannungsversorgung (48VDC Eingang), CAN-Interface sowie digitalen und analogen I/Os. Auf dem BBB läuft ein aktuelles Debian Linux OS (optional sind auch diverse andere Distributionen möglich: z.B. Angstrom, Ubuntu oder Android). In der erwähnten Anwendung ist das BBB-HMI ein eigenständiges Gerät, das aber über den CAN-Bus, Ethernet und USB noch mit anderen elektronischen Devices kommuniziert. Das Herzstück der Firmware ist ein von der Glück-Engineering GmbH entwickelter daemon der im Hintergrund die Kommunikation auf Basis von sockets steuert. Zusätzlich wurde in diesem Zusammenhang die Tool-Chain zur Entwicklung von GUIs unter Verwendung von GTK3 und Glade evaluiert sowie eine Bibliothek, eine Konfiguration und ein Image entwickelt.

Das erarbeitete Template steht uns für künftige Kundenapplikationen zur Verfügung und erhöht die Effizienz bei der Entwicklung komplexer HMI Entwicklungen mit GUI erheblich. Dank Glade und GTK3 können GUIs effizient graphisch auf dem PC erstellt und via Ethernet, socket und daemon schnell auf der Target-HW getestet werden, bevor diese dann auf dem Touch-TFT final ablaufen.