基于觸摸屏的太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計

李香宇，任建存

（海軍航空工程學(xué)院控制工程系，山東煙臺264001）

觸摸屏作為智能儀器、儀表的輸入設(shè)備，是具有簡單、方便、自然的人機(jī)交互方式。而電阻式觸摸屏對外完全隔離，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)用到太陽能熱水器的顯示界面，同時起到控制執(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，并通過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，它由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，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檢測裝置接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)送給觸摸屏控制器，它同時能接收觸摸屏控制器發(fā)來的命令并加以執(zhí)行[1]。

本設(shè)計選用的是四線制電阻式觸摸屏，是在強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，兩層導(dǎo)電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化。在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后傳送到觸摸屏控制器RA8806。控制器偵測到這一接觸并計算出（X，Y）的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式動作[2]。

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

圖1 四線電阻式觸摸屏測量原理Fig.1Measuring principle of four-wire resistive touch panel

2 液晶顯示觸摸屏的硬件設(shè)計

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實現(xiàn)軟硬件接口，通過檢測用戶在觸摸屏上的觸摸位置，實現(xiàn)顯示與控制功能。

2.1 RA8806控制器

對觸摸屏的控制需要選用專門的觸摸屏控制芯片，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)計選用了四線電阻式觸摸屏控制器RA8806。

RA8806是一個文字與繪圖模式的點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，而對于LCD驅(qū)動接口，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可以用來調(diào)節(jié)LCD面板的對比或背光。RA8806也提供一個強大且聰穎的4×8（32鍵）或8×8（64鍵）的鍵盤掃瞄接口，其中更包含了長按鍵的功能，同時透過適當(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

本設(shè)計中采用的液晶顯示模塊是一種分辨率為320×240點陣的液晶顯示器DV320240GB，是一款內(nèi)含硬件字庫的圖形點陣液晶顯示器，具有體積小、重量輕、顯示靈活等優(yōu)點。它主要采用動態(tài)驅(qū)動原理，由行驅(qū)動控制器和列驅(qū)動器兩部分組成了320×240的全點陣液晶顯示，編程模式簡潔方便。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Fig.2The wiring diagram of LCD DV320240GB and controller RA8806

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

由下位機(jī)采集溫度和水位信息，經(jīng)過通信傳輸給上位機(jī)，之后通過液晶顯示模塊將其顯示在液晶屏上，同時顯示日歷時鐘DS1302的實時時間。同時四線電阻式觸摸屏通過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，另一方面主動發(fā)送給下位機(jī)進(jìn)行處理，由此來控制電磁閥、加熱器、水泵的工作[6]?？刂葡到y(tǒng)的總體框圖如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)總體框圖Fig.3The overall block diagram of control system

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 觸摸屏畫面設(shè)計

單片機(jī)開始運行，首先進(jìn)入主界面顯示，顯示采集的溫度、水位信息和北京時間，同時在主界面通過觸摸相應(yīng)位置又可以進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面和手動控制界面，以及故障檢測界面。主界面示意圖如圖4所示。

圖4 參數(shù)顯示的主界面Fig.4The main interface of showing parameters

4.2 觸摸屏控制程序設(shè)計

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

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

圖5 RA8806測量子程序流程圖Fig.5Flow chart of RA8806 measurement subroutine

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實現(xiàn)觸摸屏控制，可以方便實現(xiàn)與單片機(jī)之間的連接，與點陣式液晶顯示屏DV320240GB相配合使用，通過單片機(jī)與觸摸屏之間的接口設(shè)計，可以便捷地實現(xiàn)控制功能。

[1]王富東.電阻式觸摸屏與單片機(jī)的接口技術(shù)[J].蘇州大學(xué)學(xué)報，2006，12（6）:50－55.WANG Fu-dong.Interfacing resistance touch screen with MCU/MPU[J].Journal of Soochow Uniwersity，2006，12（6）:50－55.

[2]石楊，閔子建.基于觸摸屏控制器的在線動態(tài)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理[J].微計算機(jī)信息，2008，24（10）:154－156.SHIYang，MINZi-jian.Onlinedatacollectionand pretreatmentbasedonthetouchscreencontroller[J].Microcomputer Information，2008，24（10）:154－156.

[3]劉彬，韓進(jìn).基于單片機(jī)的液晶顯示觸摸屏控制設(shè)計[J].液晶與顯示，2010，4（2）:240－244.LIU Bin，HAN Jin.LCD touch panel controller design based on MCU[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2010，4（2）:240－244.

[4]劉升.基于RA8806控制器的LCD和51單片機(jī)接口技術(shù)[J]，電子設(shè)計工程，2009，17（8）:125－127.LIU Sheng.LCD and interface technique of 51 MCU based on RA8806 controller[J].Electronic Design Engineering，2009，17（8）:125－127.

[5]黎安軍，藍(lán)飄先.51單片機(jī)的觸摸屏系統(tǒng)的應(yīng)用[J].計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，2008，26（4）:42－46.LI An-jun，LAN Piao-xian.Application of the HMI touch panel system base on MCS－51 MCU[J].Computer Science and Technology，2008，26（4）:42－46.

[6]王選民，李明利，等.基于ADS7846的電阻式觸摸屏接口設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（11）:88－90.WANGXuan-min，LIMing-li，etal.Interfacedesignof resistivetouchscreenbasedonADS7846[J].Modern Electronics Technique，2010（11）:88－90.