讓傳感器數(shù)據(jù)更直觀之LCD曲線顯示
前陣子公司有一個(gè)基于毒品檢測的項(xiàng)目需要做一個(gè)曲線顯示的功能,由于這塊是我的技能短板,因?yàn)槲抑案丬浖膽?yīng)用,邏輯,框架,架構(gòu)設(shè)計(jì)這塊比較多,而我?guī)煹茉诘讓臃矫娣浅>?,所以把這一塊核心的功能交給了我?guī)煹?,讓他幫忙來?shí)現(xiàn)基本的庫,然后我基于他的庫完成產(chǎn)品所需要的功能。
又恰好在項(xiàng)目之前,RT-Thread發(fā)起了一個(gè)基于RT-Thread Nano的Mini示波器
DIY的活動(dòng),作為RT-Thread社區(qū)工作小組一員的我,有幸能看到這個(gè)項(xiàng)目從頭到尾的制作過程,也從中學(xué)習(xí)了LCD曲線數(shù)據(jù)處理和顯示的一些思想。
活動(dòng)鏈接如下:
【DIY活動(dòng)】一起來做一個(gè)基于RT-Thread Nano的Mini示波器吧!
完成曲線顯示大致需要以下三個(gè)步驟:
-
1、數(shù)據(jù)采集 -
2、數(shù)據(jù)處理 -
3、數(shù)據(jù)顯示
廢話不多說,咱們先看下顯示效果:
嚴(yán)格意義上來說,小熊派這種SPI屏其實(shí)不太適合用來刷曲線,首先分辨率太低了,還有就是SPI的速率也不高,如果曲線顯示條件苛刻一點(diǎn),很容易導(dǎo)致LCD顯示閃屏現(xiàn)象,體驗(yàn)感非常不好,但是針對(duì)傳感器數(shù)據(jù)顯示我們還是有能力實(shí)現(xiàn)的。
于是,我們需要對(duì)屏驅(qū)動(dòng)做一些最基本的優(yōu)化:
1、優(yōu)化LCD驅(qū)動(dòng)
1、提升刷屏速度
由于要刷曲線,所以只能想辦法盡量提升屏的刷新速度,于是在LCD手冊(cè)里有這么一個(gè)寄存器,可以提升屏的刷新速度:
在LCD驅(qū)動(dòng)初始化代碼里,這個(gè)寄存器默認(rèn)配置的是60Hz,也就是0x0F這個(gè)值
/*?Frame?Rate?Control?in?Normal?Mode?*/
LCD_Write_Cmd(0xC6);
//?LCD_Write_Data(0x0F);?//60HZ
LCD_Write_Data(0x01);??//111Hz?提升屏的刷新速度
本來設(shè)置為0x00為119Hz,但是設(shè)置完LCD就黑屏了,改為0x01就不會(huì),目前沒找到具體原因,可能這是屏固件的BUG,暫時(shí)將就著用吧;或者有朋友知道的,感謝在留言區(qū)分享給我。
2、改用寄存器發(fā)送
/**
?*?@brief?LCD底層SPI發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)
?*
?*?@param???data?數(shù)據(jù)的起始地址
?*?@param???size?發(fā)送數(shù)據(jù)大小
?*
?*?@return??void
?*/
static?void?LCD_SPI_Send(uint8_t?*data,?uint16_t?size)
{
????for(int?i?=?0?;?i?????{
????????*((uint8_t*)&hspi2.Instance->DR)?=?data[i];
????????while(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2,?SPI_FLAG_TXE)?!=?1)?{}
????}
}
HAL庫的HAL_SPI_Transmit
函數(shù)發(fā)送會(huì)慢一些,改用寄存器發(fā)送會(huì)更快。
2、曲線顯示邏輯
要在LCD上顯示曲線,大家可能就會(huì)有這樣的疑問:
我的數(shù)據(jù)可能上千,幾萬這樣,如何轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)屏分辨率的顯示?到底從哪里開始顯示?怎么顯示?
有一種比較好的思路,就是定義一個(gè)固定長度的數(shù)組,每次往數(shù)組尾部不斷的更新數(shù)據(jù),然后該數(shù)據(jù)會(huì)不斷的往前推,這其實(shí)就是我們說的fifo(環(huán)形緩沖)隊(duì)列,然后定義一個(gè)新的備份緩沖區(qū),在這個(gè)備份緩沖區(qū)里找到數(shù)據(jù)的最大值以及最小值,求出針對(duì)LCD分辨率的縮放系數(shù),根據(jù)計(jì)算結(jié)果將備份緩沖區(qū)用于LCD顯示,這就是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行的縮放,也叫做局部縮放。以下是這個(gè)例程的曲線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
#define?DATA_SIZE???240
/*曲線顯示區(qū)域,即相對(duì)于LCD的寬度,X軸*/
#define?PLOT_DISPLAY_AREA_X??51
/*曲線顯示區(qū)域,即相對(duì)于LCD的高度,Y軸*/
#define?PLOT_DISPLAY_AREA_Y??210
#define?LCD_X?240
#define?LCD_Y?240
/*曲線處理*/
typedef?struct
{
??/*實(shí)時(shí)曲線數(shù)據(jù)*/
????uint16_t?rel_data_data[DATA_SIZE];
??/*舊的曲線數(shù)據(jù)*/
????uint16_t?old_plot_data[DATA_SIZE];
??/*新的曲線數(shù)據(jù)*/
????uint16_t?new_plot_data[DATA_SIZE];
}?plot_data_handler?;
extern?plot_data_handler?plot_handler?;
由于要做到一次性更新避免閃屏,這里定義了三個(gè)緩沖區(qū),rel_data_data
用于更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),old_plot_data
為舊的已經(jīng)處理的顯示數(shù)據(jù),new_plot_data
為剛剛處理的顯示數(shù)據(jù),相當(dāng)于雙緩沖效果。
3、曲線顯示實(shí)現(xiàn)
3.1 數(shù)據(jù)采樣部分
由于剛開始顯示,曲線的數(shù)據(jù)緩存是空的,所以我們要做一下初始化,保證曲線能夠直接顯示出來:
smoke_value?=?mq2_sensor_interface.get_smoke_value(&mq2_sensor_interface);
for(int?i?=?0?;?i????plot_handler.rel_data_data[i]?=?smoke_value?;
memcpy(plot_handler.new_plot_data,?plot_handler.rel_data_data,?sizeof(plot_handler.new_plot_data));
memcpy(plot_handler.old_plot_data,?plot_handler.new_plot_data,?sizeof(plot_handler.new_plot_data));
接下來就是顯示邏輯上提到的,我們需要有一個(gè)環(huán)形緩沖,不斷的追加數(shù)據(jù):
smoke_value?=?mq2_sensor_interface.get_smoke_value(&mq2_sensor_interface)?;
/*更新數(shù)據(jù)到隊(duì)列*/
for(i?=?0?;?i?<=?DATA_SIZE?-?2?;?i++)
???plot_handler.rel_data_data[i]?=?plot_handler.rel_data_data[i?+?1];
plot_handler.rel_data_data[DATA_SIZE?-?1]?=?smoke_value?;
這樣我們就完成了最基本的數(shù)據(jù)采樣部分。
3.2 數(shù)據(jù)處理部分
數(shù)據(jù)處理我定義了以下函數(shù)來實(shí)現(xiàn):
void?LCD_Plot_Remap(uint16_t?*cur_data,?uint16_t?*backup_data,?uint16_t?cur_data_size)
cur_data表示當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包
backup_data表示備份數(shù)據(jù)包
cur_data_size表示數(shù)據(jù)包的長度
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包就是沒有經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)包,備份數(shù)據(jù)包就是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)包。
在這個(gè)函數(shù)中主要完成了找實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包的最大、最小值、計(jì)算縮放系數(shù):
最大值查找:
value?=?0?;
for(i?=?0;?i???if(cur_data[i]?>?value)
????value?=?cur_data[i];
max?=?value?;
最小值查找:
value?=?cur_data[0];
for(i?=?0;?i??if(cur_data[i]????value?=?cur_data[i];
min?=?value?;
縮放系數(shù)的計(jì)算:
max_min_diff?=?(float)(max?-?min);
scale?=?(float)(max_min_diff?/?height);
將處理的結(jié)果拷貝到備份數(shù)據(jù)包中。
完整實(shí)現(xiàn)如下:
/*
cur_data:當(dāng)前要顯示的曲線數(shù)據(jù)包
cur_data_size:當(dāng)前要顯示的曲線數(shù)據(jù)包的大小
*/
void?LCD_Plot_Remap(uint16_t?*cur_data,?uint16_t?*backup_data,?uint16_t?cur_data_size)
{
??uint32_t?i?=?0?;
??float?temp?=?0;
??/*數(shù)據(jù)包最大值*/
????uint16_t?max?=?0;
??/*數(shù)據(jù)包最小值*/
????uint16_t?min?=?0;
??float?scale?=?0.0;
??uint16_t?value?=?0;
??float?max_min_diff?=?0.0;
??/*曲線顯示的高度*/
??float?height?=?PLOT_DISPLAY_AREA_Y;
??char?display_rel_buf[20]?=?{0};
????char?display_max_buf[20]?=?{0};
??char?display_min_buf[20]?=?{0};
??char?display_sub_buf[20]?=?{0};
??/*顯示X坐標(biāo)軸*/
??for(uint8_t?i?=?PLOT_DISPLAY_AREA_X-1?;?i?240?;?i++)
????????LCD_Draw_ColorPoint(i,?239,?RED);
??/*顯示Y坐標(biāo)軸*/
????for(uint8_t?i?=?LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y?;?i?240?;?i++)
????????LCD_Draw_ColorPoint(PLOT_DISPLAY_AREA_X-1,?i,?RED);
??value?=?0?;
??for(i?=?0;?i?????????if(cur_data[i]?>?value)
????????????value?=?cur_data[i];
??max?=?value?;
??value?=?cur_data[0];
??for(i?=?0;?i?????????if(cur_data[i]?????????????value?=?cur_data[i];
??min?=?value?;
??
??sprintf(display_rel_buf,"%04d",cur_data[DATA_SIZE-1]);
??sprintf(display_max_buf,"%04d",max);
??sprintf(display_min_buf,"%04d",min);
??sprintf(display_sub_buf,"%04d",max-min);
??
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+10,LCD_X,16,16,"rel:");
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+20+10,LCD_X,?16,?16,?display_rel_buf);
??
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+50+10,LCD_X,16,16,"max:");
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+70+10,LCD_X,?16,?16,?display_max_buf);
??
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+100+10,LCD_X,16,16,"min:");
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+120+10,LCD_X,?16,?16,?display_min_buf);
??
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+150+10,LCD_X,16,16,"sub:");
??LCD_ShowString(5,LCD_Y-PLOT_DISPLAY_AREA_Y+170+10,LCD_X,?16,?16,?display_sub_buf);
??
????if(min?>?max)?
???return?;
????max_min_diff?=?(float)(max?-?min);
????scale?=?(float)(max_min_diff?/?height);
????if(cur_data_size????return;
????for(i?=?0;?i?????{
????????temp?=?cur_data[i]?-?min;
????????backup_data[i]?=??DATA_SIZE?-?(uint16_t)(temp?/?scale)?-?1;
????}
}
3.3 數(shù)據(jù)顯示部分
這部分應(yīng)該是最激動(dòng)人心的,但是它的實(shí)現(xiàn)卻是最簡單的,就是將數(shù)據(jù)處理部分得到的備份數(shù)據(jù)包里的每一個(gè)數(shù)據(jù)依次用線段連接起來即可,為了讓驅(qū)動(dòng)更快一些,以下的處理采用寄存器發(fā)送:
/*顯示曲線*/
void?LCD_Plot_Display(uint16_t?*pData,?uint32_t?size,?uint16_t?color)
{
????uint32_t?i,?j;
????uint8_t?color_L?=?(uint8_t)?color;
????uint8_t?color_H?=?(uint8_t)?(color?>>?8);
????if(size?return?;
????for?(i?=?PLOT_DISPLAY_AREA_X;?i?????{
????????if?(pData[i?+?1]?>=?pData[i])
????????{
????????????LCD_Address_Set(i,?pData[i],?i,?pData[i?+?1]);
????????????LCD_DC(1);
????????????for?(j?=?pData[i];?j?<=?pData[i?+?1];?j++)
????????????{
????????????????*((uint8_t*)?&hspi2.Instance->DR)?=?color_H;
????????????????while?(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2,?SPI_FLAG_TXE)?!=?1);
????????????????*((uint8_t*)?&hspi2.Instance->DR)?=?color_L;
????????????????while?(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2,?SPI_FLAG_TXE)?!=?1);
????????????}
????????}
????????else
????????{
????????????LCD_Address_Set(i,?pData[i?+?1],?i,?pData[i]);
????????????LCD_DC(1);
????????????for?(j?=?pData[i?+?1];?j?<=?pData[i];?j++)
????????????{
????????????????*((uint8_t*)?&hspi2.Instance->DR)?=?color_H;
????????????????while?(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2,?SPI_FLAG_TXE)?!=?1);
????????????????*((uint8_t*)?&hspi2.Instance->DR)?=?color_L;
????????????????while?(__HAL_SPI_GET_FLAG(&hspi2,?SPI_FLAG_TXE)?!=?1);
????????????}
????????}
????}
}
4、傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)曲線顯示
實(shí)現(xiàn)邏輯如下:
while?(1)
{
??smoke_value?=?mq2_sensor_interface.get_smoke_value(&mq2_sensor_interface)?;
??/*更新數(shù)據(jù)到隊(duì)列*/
??for(i?=?0?;?i?<=?DATA_SIZE?-?2?;?i++)
????plot_handler.rel_data_data[i]?=?plot_handler.rel_data_data[i?+?1];
??plot_handler.rel_data_data[DATA_SIZE?-?1]?=?smoke_value?;
? /*先將背景刷黑*/
??LCD_Plot_Display(plot_handler.old_plot_data,?DATA_SIZE,?BLACK);
? /*傳感器數(shù)據(jù)處理*/
? LCD_Plot_Remap(plot_handler.rel_data_data,plot_handler.new_plot_data,?DATA_SIZE);
? /*傳感器數(shù)據(jù)曲線顯示*/
? LCD_Plot_Display(plot_handler.new_plot_data,?DATA_SIZE,?GREEN);
? /*將處理完成的備份數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)拷貝到舊的備份數(shù)據(jù)區(qū)*/
??memcpy(plot_handler.old_plot_data,?plot_handler.new_plot_data,?sizeof(plot_handler.new_plot_data));
??HAL_Delay(10);
}
本節(jié)代碼已同步到碼云的代碼倉庫中,獲取方法如下:
1、新建一個(gè)文件夾
2、使用git clone遠(yuǎn)程獲取該項(xiàng)目
項(xiàng)目開源倉庫:
https://gitee.com/morixinguan/bear-pi
我還將之前做的一些項(xiàng)目以及練習(xí)例程在近期內(nèi)全部上傳完畢,與大家一起分享交流:
公眾號(hào)粉絲福利時(shí)刻
這里我給大家申請(qǐng)到了福利,本公眾號(hào)讀者購買小熊派開發(fā)板可享受9折優(yōu)惠,有需要購買小熊派以及騰訊物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板的朋友,淘寶搜索即可,跟客服說你是公眾號(hào):嵌入式云IOT技術(shù)圈?的粉絲,立享9折優(yōu)惠!
往期精彩
自己動(dòng)手?jǐn)]個(gè)簡單的LCD驅(qū)動(dòng)框架吧!
嵌入式軟件解決ADC電量顯示問題經(jīng)驗(yàn)分享
有關(guān)版本等信息的重要性(以STM32產(chǎn)品開發(fā)為例)
TencentOS tiny危險(xiǎn)氣體探測儀產(chǎn)品級(jí)開發(fā)重磅高質(zhì)量更新
覺得本次分享的文章對(duì)您有幫助,隨手點(diǎn)[在看]
并轉(zhuǎn)發(fā)分享,也是對(duì)我的支持。
免責(zé)聲明:本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布,版權(quán)歸原作者所有,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表本平臺(tái)立場,如有問題,請(qǐng)聯(lián)系我們,謝謝!