基于RA8806控制器的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：使用RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示模塊具有顯示數(shù)據(jù)量大，顯示位置及大小易于控制，與控制器連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，非常適合使用在小型自動(dòng)化控制領(lǐng)域。本文以冷庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹RA8806控制器的功能，與單片機(jī)的接口以及該系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想與流程，并且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，使用RA8806控制器構(gòu)成的顯示部分，硬件電路緊湊、顯示畫面豐富、軟件設(shè)計(jì)靈活，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

目前以單片機(jī)為控制器的各類控制系統(tǒng)中，顯示部分的設(shè)計(jì)是其中非常重要的一部分。常用的顯示元件有LED數(shù)碼管、1602、12864等，但這些元件顯示的信息量非常有限，1位LED數(shù)碼管只能顯示1位數(shù)字，而且不能是漢字，連續(xù)多位LED數(shù)碼管只能適用于很少量的數(shù)字顯示。1602是一款16×2的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，上下兩行，每行可以顯示16個(gè)字符，總共可以顯示32個(gè)字符。12864是一款帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，可以顯示8×4行 16×16點(diǎn)陣的漢字，最多顯示32個(gè)漢字，對(duì)于需要顯示較多信息量的控制系

統(tǒng)，這些顯示元件就顯得不很適合。文中介紹一種基于RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示模塊的冷庫溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)冷庫溫濕度的多點(diǎn)測(cè)量和控制，其主要功能為使用AM2301數(shù)字溫濕度一體傳感器測(cè)量冷庫4個(gè)點(diǎn)的溫濕度，測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)入AT89S52 單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，使用RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示屏顯示測(cè)量的溫濕度以及所設(shè)定的溫濕度上下限，同時(shí)顯示通過時(shí)鐘芯片DS1302傳送過來的日期和時(shí)間。另外，在測(cè)量的溫濕度進(jìn)入單片機(jī)后，單片機(jī)還要將測(cè)量的溫濕度與所設(shè)定的溫濕度進(jìn)行比較，以確定溫濕度是否超限，如果超限，單片機(jī)將控制相關(guān)的元件進(jìn)行聲光報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)繼電器，控制相關(guān)的加熱、加濕設(shè)備工作，系統(tǒng)的溫濕度上下限和日期時(shí)間可以通過按鈕來設(shè)置。本系統(tǒng)的重點(diǎn)在于對(duì)使用RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示屏的控制和操作，使數(shù)據(jù)能夠正常的按照設(shè)定要求顯示。

1 RA8806控制器簡(jiǎn)介

RA8806是一個(gè)文字與繪圖模式相結(jié)合的點(diǎn)矩陣液晶顯示控制器，內(nèi)建雙圖層顯示內(nèi)存，一般模式最大支持320×240點(diǎn)雙圖層混和顯示，擴(kuò)展模式支持 640×240點(diǎn)或320×480點(diǎn)單圖層顯示，支持4/8-bits的6800/8080 MPU接口和4/8-bitsLCD驅(qū)動(dòng)接口，內(nèi)建聰穎的8×8或4×8可調(diào)節(jié)長(zhǎng)按鍵功能鍵盤掃瞄電路，支持水平和垂直區(qū)域卷動(dòng)，內(nèi)建簡(jiǎn)體/繁體中文 (GB/BIG5)和ASCII字體的ROM，支持90度、180度、270度文字旋轉(zhuǎn)顯示功能，支持1倍到4倍字型放大(垂直和水平)，內(nèi)建 512Byte字型創(chuàng)造內(nèi)存(CGRAM)，其中半型字為8×16點(diǎn)，全型字為16×16點(diǎn)，支持文字對(duì)齊功能，支持4灰階顯示(灰階模式)，支持粗體字和行與行問距設(shè)定功能，內(nèi)建脈波寬度調(diào)變(PWM)提供LCD對(duì)比或背光的調(diào)節(jié)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體框圖

本系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)冷庫溫濕度的多點(diǎn)采集與控制，其相關(guān)溫濕度數(shù)據(jù)和日期時(shí)間數(shù)據(jù)通過RA8806控制的JXD320240AF液晶屏實(shí)時(shí)顯示，按照模塊劃分，可分為數(shù)據(jù)顯示單元、多路溫濕度檢測(cè)單元、時(shí)鐘單元、鍵盤輸入單元、電源單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、超限報(bào)警單元。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2.2 單元設(shè)計(jì)

1)數(shù)據(jù)顯示單元

數(shù)據(jù)顯示單元選用RA8806控制的JXD320240AF帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示屏，主要用于顯示多路溫濕度，日期，時(shí)間以及所設(shè)定的溫濕度上下限等數(shù)據(jù)，其共有22根引腳，引腳功能如表1所示。

該顯示屏除去電源和地之外的其他引腳與單片機(jī)直接相連，其中8位數(shù)據(jù)線與P1口連接，其他控制信號(hào)與P2口的相應(yīng)位連接，接口電路如圖2所示。

2)多路溫濕度檢測(cè)單元

多路溫濕度檢測(cè)單元選用4個(gè)AM2301數(shù)字溫濕度一體傳感器，該傳感器具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，其采用單總線進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的傳輸，在開發(fā)各類溫濕度控制系統(tǒng)時(shí)，所需要占用的硬件資源較少，其4個(gè)傳感器分別接到單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7端，系統(tǒng)依次將 4路數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)，AM2301一般在距離小于20 m時(shí)需接5K左右的上拉電阻，Vcc和GND管腳連接高電平和地。

3)時(shí)鐘單元

時(shí)鐘單元部分選用DS1302時(shí)鐘芯片，其具有自動(dòng)計(jì)時(shí)、掉電保護(hù)、閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，采用串行通信方式與單片機(jī)連接，其SCLK端接到單片機(jī)的P3.0，I/O端接到P3.1，RST接到P3.2，電路如圖3所示。

4)其他單元

鍵盤輸入單元主要實(shí)現(xiàn)溫濕度上下限和日期時(shí)間的設(shè)定，其采用4個(gè)獨(dú)立按鍵，分別接到單片機(jī)的P3.3，P0.1，P0.2，P0. 3端，其名稱分別為設(shè)置、增加、減小、確認(rèn)，功能分別為循環(huán)選擇設(shè)定值，設(shè)定值加1，設(shè)定值減1，退出設(shè)置功能。

超限報(bào)警單元選擇聲光報(bào)警的形式，聲音選擇具有一定功率的蜂鳴器，亮燈選擇4個(gè)發(fā)光二極管，分別代表溫度低于下限，溫度高于上限，濕度低于下限，濕度高于上限，當(dāng)某一項(xiàng)超限時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在Keil4下，使用C語言開發(fā)，按照模塊化設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)顯示模塊、多路溫濕度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤輸入模塊、超限報(bào)警與驅(qū)動(dòng)模塊。多路溫濕度檢測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)讀取4路AM2301溫濕度傳感器傳送的溫濕度信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成RA8806控制的LCD便于顯示的格式，由于 AM2301是單總線數(shù)據(jù)傳送，其讀取時(shí)序時(shí)的控制是特別需要注意的問題。時(shí)鐘模塊主要是從時(shí)鐘芯片DS1302讀取年、月、日、時(shí)、分、星期，并將其轉(zhuǎn)換成便于顯示的格式。鍵盤輸入模塊由4個(gè)獨(dú)立按鍵組成，用于設(shè)置溫濕度的上下線，設(shè)置日期和時(shí)間，并將設(shè)置后的日期和時(shí)間重新寫入DS1302，該部分通過外部中斷的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按下確認(rèn)按鈕后，觸發(fā)外部中斷1，進(jìn)入中斷處理程序。超限報(bào)警與驅(qū)動(dòng)模塊用于判斷溫濕度是否超過設(shè)定溫濕度的上下線，若超過，聲光報(bào)警并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器。其中數(shù)據(jù)顯示模塊是選用RA8806控制的JXD320240AF屏，將需要顯示的溫濕度數(shù)據(jù)、溫濕度上下線數(shù)據(jù)，日期時(shí)間數(shù)據(jù)等采用適當(dāng)?shù)拇笮★@示在適當(dāng)?shù)牡胤剑@里主要介紹數(shù)據(jù)顯示模塊的設(shè)計(jì)思想及組成部分，主程序和中斷程序的流程圖。數(shù)據(jù)顯示模塊主要由以下函數(shù)組成：

主程序流程圖如圖4所示，中斷程序流程圖如圖5所示。

4 測(cè)試

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)該系統(tǒng)從工作的穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度等方面進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試。在初始測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行1個(gè)小時(shí)以后，出現(xiàn)數(shù)據(jù)反白顯示，顯示異常字符等情況，再連續(xù)運(yùn)行2個(gè)小時(shí)，出現(xiàn)藍(lán)屏，數(shù)據(jù)不能顯示等情況，經(jīng)過對(duì)軟件和硬件電路板的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在電路板的設(shè)計(jì)方面，電路板上的導(dǎo)線設(shè)計(jì)過細(xì)，焊點(diǎn)不夠牢靠。通過對(duì)電路板重新設(shè)計(jì)制作，以上問題得到解決。

連續(xù)運(yùn)行10天后，RA8806芯片發(fā)熱量非常大，以至于顯示屏部分區(qū)域泛紅，再連續(xù)運(yùn)行，泛紅區(qū)域不斷擴(kuò)大。通過分析，一方面當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)測(cè)試是在夏天，室內(nèi)溫度就在30度左右，連續(xù)運(yùn)行造成芯片發(fā)熱量巨大;另一方面，電路板與顯示屏之間的距離過小，使芯片產(chǎn)生的熱量不能快速散發(fā)出去。于是對(duì)硬件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，給芯片增加散熱裝置，再進(jìn)行測(cè)試。

經(jīng)過一個(gè)月的運(yùn)行，該系統(tǒng)沒有出現(xiàn)任何問題，數(shù)據(jù)顯示正常，設(shè)置按鈕、增加按鈕、減少按鈕、確認(rèn)按鈕都能夠正常工作。溫度測(cè)量值與實(shí)際溫濕度的誤差范圍在 -0.2～+0.2℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度的最大誤差為±2%RH，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。報(bào)警正常，沒有誤報(bào)現(xiàn)象，溫濕度超過上下線的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間為 0.5 s，執(zhí)行器工作正常，啟動(dòng)外部加熱、加濕等設(shè)備的工作時(shí)間不超過3 s。時(shí)間和日期能夠正常顯示，沒有誤差，顯示測(cè)試圖如圖6所示。

5 結(jié)束語

使用RA8806控制器的JXD320240AF帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶屏與同類LCD比較，具有顯示數(shù)據(jù)量大、顯示范圍廣、字體大小可調(diào)、可顯示圖形等諸多特點(diǎn)，其與單片機(jī)的連接非常方便，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、靈活，特別適用于有較多數(shù)據(jù)顯示需要的各類控制系統(tǒng)中，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。