基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统设计

机械设备显示器不断更新发展, 其主要原理为利用单片机控制发光二极管实现屏幕显示[1]。随着机械设备显示器应用需求的不断提高, 触摸屏作为一种全新的显示设备, 相对于传统单片机显示器来说, 具有操作便捷、节省空间、反应速度较快、坚固耐用等各种优点。机械设备显示器触摸屏只需要用户触碰计算机显示屏上的对应文字或图表即可实现对主机操作, 从而使人机交互更为便捷。在机械设备中, 经常利用触控屏显示器进行操作与显示[2]。常规情况下, 机械设备触摸屏主要选择厂家指定的PLC相联, 但由于PLC成本较高, 且在实际应用过程中对系统运算能力也有着较高要求。因此对基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统设计进行研究。

在集成电路与激光器的生产与研究, 通常需要在较为净化的环境中进行。设计过程要求整个环境实现恒温与恒湿, 且空气尘埃粒子需要达到生产需求[3]。所设计系统需要满足操作简单, 反应速度, 以及能够对多台机械设备与数据及其进行同时控制与保护。机械设备显示器触摸屏控制系统在开机后, 县食品对整体系统部件进行显示, 同时进行开机动画显示。操作人员通过对屏幕上显示设备进行操作, 操作过程中若遇到判别需求, 系统显示正常操作规程。机械设备数据通过显示屏全部显示在相应位置, 且运行更加智能化, 在不同环境能够进行不同参数调整。

机械设备显示器触摸屏的主要工作原理为通过手指或其他物体对屏幕进行触碰, 触摸屏控制器对触摸反应进行检测, 将其坐标位置发送到PC口, 经由系统对坐标信息进行确定, 明确输入信息。触摸屏系统一般包括控制器与检测装置两部分。触控屏主要负责接收到触摸点检测装置上的触摸信息, 并将其转换成触电坐标, 并将其发送到CPU, 接收CPU返回命令并加以执行。触摸检测装置通常情况下安装于显示器前, 用于检测用户触摸位置, 将其传送给触摸屏控制器。触摸屏主要分为电容触摸屏、电阻触摸屏、红外触摸屏以及表面声波触摸屏等几种类型。通过对其性能进行对比, 电阻屏能够有效对任何接触物体作出反应, 并且具有成本低、系统稳定、使用寿命长以及反应灵敏等特点, 因此设计中选择电阻屏作为设计材料。当手指接触到显示器触摸屏后, 电脑对电流与电压进行检查, 从而计算出触摸位置。

根据触摸屏结构, 其硬件电路设计中, 主要由ADS7843触摸屏控制器、SED1335液晶显示控制器等组成。ADS7843作为电阻式触摸屏的专用接口芯片, 能够实现与单片机进行对接, 对转换信号进行处理。ADS7843作为具有可编程的逼近型转换器, 带有一个同步串行接口, 最高可支持125kHz转化速率, 支持2.7～5V工作电压, 其电压范围主要由电压数值所决定, 从而影响转换器输入电压范围。

其中, X+, Y+为触摸屏输入通道。在触摸屏完成A/D转换后, 监控器检测到低电平时, DCLK下降从而得到相应对应输出数据。设计中采用显示器模块为DGA-32240-27-SNCW-HCDTC, 具有体积小、反应灵敏、重量轻等特点。显示器触摸屏支持文本显示与图形显示两种形式。为方便用户操作, 对辅助功能模块进行集成化处理。而I/O接口采用与外部电路相连的方式。硬件电路如图1所示。

如图1所示, 硬件电路组成为供电电路、单片机、存储器以及显示模块接口等部分。单片机存储程序与资料显示采用E-PROM27512, LCD上D0～D7接到89C51外部数据总线, LCD对比度调节端VO接到电位器以实现对比度调节。触摸屏下反相器与单片机外部中断相连, 将触摸点数据传送到单片机中。

为实现系统显示器触摸屏控制需求, 需要减少传统显示器控制操作台空间, 因此显示屏选择Digital Electronics Corporation的GP-PRO显示器。显示器中带有二次开发软件包, 能满足大部分用户需求, 且能够与大多数PLC连接。考虑到系统检测设备需要连接串口, 而且内部运算较为复杂等, 涉及到模块较多, 开发费用较多, 协议制定也不方便, 因此选择单片机控制。单片机与GP通讯占用一串行口, 其余数据设备也采用串行通讯。其结构如图2所示。

机械设备显示器触摸屏控制系统主要以系统主控制模块为主, 主控制模块完成通讯功能、初始化功能以及主控制功能。通过采样计算后, 完成主系统专用地址, 主控制模块从本地内存中读取地址。在控制系统中, 系统通过一并一串完成通讯, 确保通讯能够实现中断控制。在实际使用中, 通过直接改写内存地址能够控制GP, 一旦通讯时没有对导入数据进行及时更新, 则无法实现控制。在设计过程中, 主控制模块通过内存影响实现两边对应内存数据一致。根据这一原理, 进行主程序循环通讯, 保证两边数据一致, 并将这一原理运用到通讯中, 让系统更加稳定。系统利用DS12887中存储的设置参数, 为系统提供GP状态, 利用输出提供V/F采样中断。在主控制模块中, 主要针对读取命令、相应命令、编写命令与中断输出四个部分进行反应。在系统发出一个指令后, 主控制模块给出一个相应命令后, 发出一个读取命令后, 给出一个响应命令。

在命令反应过程中, 中断输出则根据触摸屏设定按钮被按下后, 其数值被输入到控制模块地址中, 控制模块刷新产生一个新的中断信号输出, 并对上一个地址进行清零, 避免对下次响应产生影响, 由此完成整体主控制模块设计。

为对基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统的实用性进行验证, 对搭载单片机的机械显示器触摸屏控制系统与传统机械显示器触摸屏控制系统进行对比。将基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统作为实验组, 传统控制系统作为对照组, 分别对两组系统的控制精准度与控制反应时间进行对比。在实验过程中, 以控制单一变量为前提, 对两组实验数据设置相同条件, 保证实验公平性。

在实验过程中, 设定允许控制误差为燮0.1%。实验组与对照组对不同图文指令进行反应, 对200个控制指令进行反应, 并对两组实验系统的控制精准度进行统计。为保证实验结果有效, 将实验过程反复进行5次, 实验组与对照组控制精准度, 如图3所示。

分析图3可以看出, 当接收到控制指令较少时, 对照组控制精准度较高。而随着控制指令的不断增加, 对照组精准率逐渐下降, 实验组控制精准度逐渐增加。在控制指令逐渐增加过程中, 对照组对控制指令进行反应时, 对整体计量影响较小, 甚至发生遗漏现象。

根据实验步骤, 对实验组与对照组控制反应时间进行对比, 其结果如图4所示。

分析图4可以看出, 随着系统控制指令数量的不断增加, 实验组与对照组控制反应所需时间都呈现增加的趋势。随着控制质量总数的增加, 对照组控制反应时间最小为0.26, 反应时间最大为1.43;实验组控制反应时间最小为0.06s, 反应时间最大为0.58。因此, 可以证明, 基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统能够有效提升控制反应时间。

机械设备显示器想要满足目前实际应用需求, 需要在工业发展过程中, 降低生成成本的同时, 让显示器触摸屏在任何控制设备上都能使用。在大多数情况下, 通常会选择利用PLC相连, 其开发过程较为简单且开发周期短。但考虑到控制灵活性、开发成本以及运算能力等影响因素, 因此改PLC为单片机。提出基于单片机的机械设备显示器触摸屏控制系统设计, 通过仿真实验证明设计有效性。