基于觸摸屏的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
李香宇， 任建存
（海軍航空工程學(xué)院控制工程系， 山東煙臺(tái)264001）

摘要： 在分析液晶觸摸屏的工作原理基礎(chǔ)上，分析觸摸屏專(zhuān)用控制器RA8806 的工作原理與控制方式。通過(guò)RA8806與單片機(jī)PIC16F877 的接口設(shè)計(jì)，給出系統(tǒng)中觸摸屏的顯示畫(huà)，以及觸摸控制的程序流程圖，同時(shí)寫(xiě)出了具體程序。實(shí)踐證明該設(shè)計(jì)方法完全能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

關(guān)鍵詞： 觸摸屏； 控制器RA8806； 太陽(yáng)能熱水器； PIC16F877

中圖分類(lèi)號(hào)： TN873+.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1674－6236（2011）10-0089-03

    觸摸屏作為智能儀器、儀表的輸入設(shè)備，是具有簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式。而電阻式觸摸屏對(duì)外完全隔離，不怕油污、灰塵、水，經(jīng)濟(jì)性很好，適應(yīng)于各種惡劣的環(huán)境，因此應(yīng)用到太陽(yáng)能熱水器的顯示界面，同時(shí)起到控制執(zhí)行器工作的作用。

1 觸摸屏的結(jié)構(gòu)和原理

    觸摸屏的基本原理是，用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置（以坐標(biāo)形式）由觸摸屏控制器檢測(cè)，并通過(guò)I/O 口送到CPU，從而確定輸入的信息。觸摸屏的本質(zhì)是傳感器，它由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)送給觸摸屏控制器，它同時(shí)能接收觸摸屏控制器發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行[1]。

    本設(shè)計(jì)選用的是四線制電阻式觸摸屏，是在強(qiáng)化玻璃表面分別涂上兩層透明氧化金屬導(dǎo)電層，利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接
觸，電阻發(fā)生變化。在X 和Y 兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后傳送到觸摸屏控制器RA8806。控制器偵測(cè)到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式動(dòng)作[2]。

    電阻式觸摸屏將矩形區(qū)域中觸摸點(diǎn)的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X 方向和Y 方向的電壓。上下兩個(gè)導(dǎo)電層一個(gè)是水平方向，一個(gè)是豎直方向，分別用來(lái)測(cè)量X 和Y 的坐標(biāo)位置，在水平面上的電極稱(chēng)為X+電極和X-電極，在豎直平面的電極稱(chēng)為Y+電極和Y-電極，如圖1 所示。測(cè)量X 方向的時(shí)候，將X+、X-之間加上參考電壓VCC，Y-斷開(kāi)， 用Y+電極作為測(cè)量點(diǎn)，獲得X 方向的電壓，得到的電壓值經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換，就可對(duì)應(yīng)的判斷出接觸點(diǎn)的X 坐標(biāo)；同理測(cè)量Y 方向的電壓，之后再完成電壓與坐標(biāo)的換算[3]。觸摸點(diǎn)M 處測(cè)量結(jié)果計(jì)算如下：

 

2 液晶顯示觸摸屏的硬件設(shè)計(jì)

   液晶觸摸屏包含圖形液晶顯示模塊和附著在顯示屏上的觸摸屏兩部分， 借助于觸摸屏控制器RA8806 與微處理器PIC16F877 實(shí)現(xiàn)軟硬件接口， 通過(guò)檢測(cè)用戶在觸摸屏上的觸
摸位置，實(shí)現(xiàn)顯示與控制功能。

2.1 RA8806 控制器

    對(duì)觸摸屏的控制需要選用專(zhuān)門(mén)的觸摸屏控制芯片，觸摸屏控制芯片不僅能夠完成A/D 轉(zhuǎn)換而且能夠?qū)崿F(xiàn)電極電壓的切換，本設(shè)計(jì)選用了四線電阻式觸摸屏控制器RA8806。RA8806 是一個(gè)文字與繪圖模式的點(diǎn)矩陣液晶顯示控制器，其內(nèi)建了雙圖層（Two Page）顯示內(nèi)存，及512 kB ROM 的字型碼，可以顯示全型（16×16 pixels）的繁體中文字型或是簡(jiǎn)體中文字型。RA8806 支持可轉(zhuǎn)換8-bit 數(shù)據(jù)總線的8080/6800 系列之MPU 接口，而對(duì)于LCD 驅(qū)動(dòng)接口，RA8806 亦可以被設(shè)定為4-bit 或8-bit 的數(shù)據(jù)總線。在一般模式下，RA8806 可支持最大到320×240 點(diǎn)分辨率的LCD 面板。RA8806 也內(nèi)建了智能型觸控掃瞄控制器， 支持了4 線電阻式觸控掃瞄接口，而可程序化的PWM 可以用來(lái)調(diào)節(jié)LCD 面板的對(duì)比或背光。RA8806 也提供一個(gè)強(qiáng)大且聰穎的4×8（32鍵）或8×8（64 鍵）的鍵盤(pán)掃瞄接口，其中更包含了長(zhǎng)按鍵的功能，同時(shí)透過(guò)適當(dāng)?shù)闹袛嗪洼喸儥C(jī)制讓使用者可以輕易的操作觸控掃瞄、鍵盤(pán)掃瞄和電源管理等功能，因此可以有效的減輕MPU 的負(fù)擔(dān)[4]。

2.2 液晶顯示模塊接口設(shè)計(jì)

    本設(shè)計(jì)中采用的液晶顯示模塊是一種分辨率為320×240點(diǎn)陣的液晶顯示器DV320240GB， 是一款內(nèi)含硬件字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，具有體積小、重量輕、顯示靈活等優(yōu)點(diǎn)。它主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理，由行驅(qū)動(dòng)控制器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分組成了320×240 的全點(diǎn)陣液晶顯示， 編程模式簡(jiǎn)潔方便。具有兩種顯示方式：文本顯示和圖形顯示[5]。觸摸屏液晶顯示DV320240GB 和控制器RA8806 之間的連接如圖2 所示。

圖2 液晶顯示屏DV320240GB 與控制器RA8806 接線圖
 

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    由下位機(jī)采集溫度和水位信息， 經(jīng)過(guò)通信傳輸給上位機(jī)，之后通過(guò)液晶顯示模塊將其顯示在液晶屏上，同時(shí)顯示日歷時(shí)鐘DS1302 的實(shí)時(shí)時(shí)間。同時(shí)四線電阻式觸摸屏通過(guò)觸摸送給觸摸屏控制器RA8806， 將觸摸的信息送給上位機(jī)進(jìn)行處理之后，一方面改變了液晶屏上的顯示信息，另一方面主動(dòng)發(fā)送給下位機(jī)進(jìn)行處理，由此來(lái)控制電磁閥、加熱器、水泵的工作[6]。控制系統(tǒng)的總體框圖如圖3 所示。

 

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)

    單片機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，首先進(jìn)入主界面顯示，顯示采集的溫度、水位信息和北京時(shí)間，同時(shí)在主界面通過(guò)觸摸相應(yīng)位置又可以進(jìn)入?yún)��?shù)設(shè)置界面和手動(dòng)控制界面，以及故障檢測(cè)界面。主界面示意圖如圖4 所示。

4.2 觸摸屏控制程序設(shè)計(jì)

    觸摸屏控制器RA8806 連接到微控制器PIC16F877 上。當(dāng)發(fā)生觸摸時(shí)， 由RA8806 向PIC16F877 提出中斷請(qǐng)求， 接著PIC16F877 就會(huì)響應(yīng)該中斷請(qǐng)求， 通過(guò)RA8806 的轉(zhuǎn)換結(jié)果，得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。圖5 為RA8806 測(cè)量子程序流程圖。

圖5 RA8806 測(cè)量子程序流程圖
 

    觸摸屏控制器RA8806 進(jìn)入中斷程序后，采集X、Y 坐標(biāo)值的命令程序如下：

LCD_CmdWrite （ INTR）； //Check INT status
INT_Sta=LCD_DataRead （ ）；
if （INT_Sta＆0x01 ） //Check if TP interrupt
{
LCD_CmdWrite （ TPXR）；
X1=LCD_DataRead （ ）； //MSB of X
LCD_CmdWrite （ TPYR）；
Y1=LCD_DataRead （ ）； //MSB of Y
LCD_CmdWrite （ TPZR）；
X2= LCD_DataRead （ ） ＆0x03； //LSB two Bits of X
LCD_CmdWrite （ TPZR）；
Y2= LCD_DataRead （ ） ＆0x0C； //LSB two Bits of Y
… …
LCD_CmdWrite （ INTR）； //Clear Touch Panel
Status
temp=LCD_DataRead （ ） ＆0xfe；
LCD_CmdWrite（INTR）；
LCD_DataWrite （ temp）；
}

5 結(jié)論

    觸摸屏作為一種新型的輸入設(shè)備正在得到日益廣泛的應(yīng)用。而利用RA8806 實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制，可以方便實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的連接，與點(diǎn)陣式液晶顯示屏DV320240GB 相配合使用，通過(guò)單片機(jī)與觸摸屏之間的接口設(shè)計(jì)，可以便捷地實(shí)現(xiàn)控制功能。

參考文獻(xiàn)：

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2010，4（2）:240-244.
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[6] 王選民， 李明利，等.基于ADS7846 的電阻式觸摸屏接口設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（11）