基于RA8806控制器的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計

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，與控制器連接簡單等特點，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)計為例，介紹RA8806控制器的功能，與單片機的接口以及該系統(tǒng)軟件的設(shè)計思想與流程，并且進行現(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)計靈活，具有較高的應(yīng)用價值。

目前以單片機為控制器的各類控制系統(tǒng)中，顯示部分的設(shè)計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的點陣圖形液晶顯示模塊，上下兩行，每行可以顯示16個字符，總共可以顯示32個字符。12864是一款帶中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊，可以顯示8×4行 16×16點陣的漢字，最多顯示32個漢字，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。

該系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)冷庫溫濕度的多點測量和控制，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個點的溫濕度，測量數(shù)據(jù)進入AT89S52 單片機，經(jīng)單片機進行數(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，同時顯示通過時鐘芯片DS1302傳送過來的日期和時間。另外，在測量的溫濕度進入單片機后，單片機還要將測量的溫濕度與所設(shè)定的溫濕度進行比較，以確定溫濕度是否超限，如果超限，單片機將控制相關(guān)的元件進行聲光報警，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間可以通過按鈕來設(shè)置。本系統(tǒng)的重點在于對使用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是一個文字與繪圖模式相結(jié)合的點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點雙圖層混和顯示，擴展模式支持 640×240點或320×480點單圖層顯示，支持4/8-bits的6800/8080 MPU接口和4/8-bitsLCD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，全型字為16×16點，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問距設(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)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框圖

本系統(tǒng)用于實現(xiàn)冷庫溫濕度的多點采集與控制，其相關(guān)溫濕度數(shù)據(jù)和日期時間數(shù)據(jù)通過RA8806控制的JXD320240AF液晶屏實時顯示，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、時鐘單元、鍵盤輸入單元、電源單元、驅(qū)動控制單元、超限報警單元。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2.2 單元設(shè)計

1)數(shù)據(jù)顯示單元

數(shù)據(jù)顯示單元選用RA8806控制的JXD320240AF帶中文字庫的點陣圖形液晶顯示屏，主要用于顯示多路溫濕度，日期，時間以及所設(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。

2)多路溫濕度檢測單元

多路溫濕度檢測單元選用4個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，其采用單總線進行溫濕度數(shù)據(jù)的傳輸，在開發(fā)各類溫濕度控制系統(tǒng)時，所需要占用的硬件資源較少，其4個傳感器分別接到單片機的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，AM2301一般在距離小于20 m時需接5K左右的上拉電阻，Vcc和GND管腳連接高電平和地。

3)時鐘單元

時鐘單元部分選用DS1302時鐘芯片，其具有自動計時、掉電保護、閏年補償?shù)榷喾N功能，采用串行通信方式與單片機連接，其SCLK端接到單片機的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現(xiàn)溫濕度上下限和日期時間的設(shè)定，其采用4個獨立按鍵，分別接到單片機的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。

超限報警單元選擇聲光報警的形式，聲音選擇具有一定功率的蜂鳴器，亮燈選擇4個發(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)某一項超限時，相應(yīng)的發(fā)光二極管被點亮。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)在Keil4下，使用C語言開發(fā)，按照模塊化設(shè)計的思想進行設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)顯示模塊、多路溫濕度檢測模塊、時鐘模塊、鍵盤輸入模塊、超限報警與驅(qū)動模塊。多路溫濕度檢測模塊主要實現(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，其讀取時序時的控制是特別需要注意的問題。時鐘模塊主要是從時鐘芯片DS1302讀取年、月、日、時、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個獨立按鍵組成，用于設(shè)置溫濕度的上下線，設(shè)置日期和時間，并將設(shè)置后的日期和時間重新寫入DS1302，該部分通過外部中斷的方式來實現(xiàn)，當(dāng)按下確認(rèn)按鈕后，觸發(fā)外部中斷1，進入中斷處理程序。超限報警與驅(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 測試

在系統(tǒng)設(shè)計完成后，對該系統(tǒng)從工作的穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度等方面進行了較長時間的測試。在初始測試時，系統(tǒng)連續(xù)運行1個小時以后，出現(xiàn)數(shù)據(jù)反白顯示，顯示異常字符等情況，再連續(xù)運行2個小時，出現(xiàn)藍屏，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)計方面，電路板上的導(dǎo)線設(shè)計過細(xì)，焊點不夠牢靠。通過對電路板重新設(shè)計制作，以上問題得到解決。

連續(xù)運行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)運行，泛紅區(qū)域不斷擴大。通過分析，一方面當(dāng)時的系統(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。于是對硬件進行了重新設(shè)計，給芯片增加散熱裝置，再進行測試。

經(jīng)過一個月的運行，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。報警正常，沒有誤報現(xiàn)象，溫濕度超過上下線的報警響應(yīng)時間為 0.5 s，執(zhí)行器工作正常，啟動外部加熱、加濕等設(shè)備的工作時間不超過3 s。時間和日期能夠正常顯示，沒有誤差，顯示測試圖如圖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，其與單片機的連接非常方便，軟件系統(tǒng)設(shè)計方便、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)用價值。