陳高鋒,熊剛

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 楊凌 712100)

基于RA8806控制器的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳高鋒,熊剛

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 楊凌 712100)

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,與控制器連接簡單等特點(diǎn),非常適合使用在小型自動化控制領(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)場測試。測試結(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。

RA8806；LCD；單片機(jī)；溫濕度

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量冷庫4個(gè)點(diǎn)的溫濕度,測量數(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,在測量的溫濕度進(jìn)入單片機(jī)后,單片機(jī)還要將測量的溫濕度與所設(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-bits LCD驅(qū)動接口,內(nèi)建聰穎的8×8或4×8可調(diào)節(jié)長按鍵功能鍵盤掃瞄電路,支持水平和垂直區(qū)域卷動,內(nèi)建簡體/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),支持文字對齊功能,支持4灰階顯示（灰階模式）,支持粗體字和行與行間距設(shè)定功能,內(nèi)建脈波寬度調(diào)變（PWM）提供LCD對比或背光的調(diào)節(jié)［1］。

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、多路溫濕度檢測單元、時(shí)鐘單元、鍵盤輸入單元、電源單元、驅(qū)動控制單元、超限報(bào)警單元。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig.1 The overall framework of the system

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。

表1 RA8806控制器外部引腳功能表Tab.1 The RA8806 controller external pin function table

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,其他控制信號與P2口的相應(yīng)位連接,接口電路如圖2所示。

圖2 RA8806與單片機(jī)的接口電路Fig.2 The interface circuit of RA8806 and single chip microcomputer

2）多路溫濕度檢測單元

多路溫濕度檢測單元選用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。

圖3 時(shí)鐘單元電路圖Fig.3 The clock unit circuit diagram

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、多路溫濕度檢測模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤輸入模塊、超限報(bào)警與驅(qū)動模塊。多路溫濕度檢測模塊主要實(shí)現(xiàn)讀取4路AM2301溫濕度傳感器傳送的溫濕度信號,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?這里主要介紹數(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。

圖4 主程序流程圖Fig.4 The flow chart of the main program

4 測試

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,對該系統(tǒng)從工作的穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度等方面進(jìn)行了較長時(shí)間的測試。在初始測試時(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［8］,數(shù)據(jù)不能顯示等情況,經(jīng)過對軟件和硬件電路板的測試,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。通過對電路板重新設(shè)計(jì)制作,以上問題得到解決。

圖5 中斷程序流程圖Fig.5 Internet program flow chart

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,顯示測試圖如圖6所示。

圖6 顯示測試圖Fig.6 Display test pattern

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。

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The design of control system of temperature and humidity based on RA8806 controller

CHEN Gao-feng,XIONG Gang
（Yangling Vocational&Technical College,Yangling 712100，China）

In the field of small intelligent control，using a RA8806 controller JXD320240AF LCD module with a display of large amount of data，display the location and size of easy control，characteristics and the controller is connected with a simple.This paper takes the design of the temperature and humidity control system as an example，introduced the RA8806 controller of the pin function，and the interface circuit of the singlechip and the system software design thought and process，and the field test.The test results show that，the display part use RA8806 controller，compact hardware circuit，display picture rich，flexible software design，has higher application value.

RA8806；LCD；single chip microcomputer；temperature and humidity

TN873+.93

：A

：1674-6236（2015）18-0123-04

2014-11-22稿件編號：201411193

楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院2013年科學(xué)研究基金項(xiàng)目(A2013033）

陳高鋒（1976—）,男,陜西楊凌人,碩士,副教授。研究方向:程序設(shè)計(jì),自動化控制及嵌入式系統(tǒng)等方面的教學(xué)研究。