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人機界面工業觸摸屏在環境監控系統中的應用

  人機界面工業觸摸屏在環境監控系統中的應用
  TFT觸摸屏在環境監控系統中的應用,隨著多媒體信息查詢的與日俱增,人們越來越多地談到觸摸屏,因為觸摸屏不僅適用于多媒體信息查詢,而且觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。傳統8位、16位單片機的主頻比較低,很難直接驅動TFT觸摸屏。ARM32位的Cortex-M3CPU的主頻較高,可直接驅動TFT顯示屏。將Cortex-M3內核和TFT觸摸屏應用到無線環境監控系統中,并對其進行了分析研究,驗證了第二代Cortex-M3內核MCU驅動TFT觸摸屏的可能性。
    隨著城市化的推進,人口聚集度不斷增加,城市的工業和生活污水處理壓力越來越大。舊的污水處理方法已經不能滿足需要,提高城市工業和生活污水處理能力和處理標準已經勢在必行。
    系統集成商在做污水處理的方案時,會根據現場的實際環境條件來選定主機系統。微嵌WLT104就是很多廠商的最終方案選擇。它符合國家環境保護標準《污染源在線自動監控(監測)數據采集傳輸儀技術要求》,這款工業平板電腦具有以下幾個特點:
  觸摸屏是一種新型的電子輸入設備,是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式,它賦予了多媒體以嶄新的面貌,是極富吸引力的全新多媒體交互設備。將ARMCortex-M3內核和TFT觸摸屏結合在一起,以環境監控系統為應用,對ARM公司的Cortex-M3內核進行了分析,并研究了Cortex-M3內核驅動TFT液晶屏幕的可行性。
  1、系統工作原理:

  無線環境監控系統總體的設計框圖如圖1所示。以基于第二代Cortex-M3內核的LPC1758為核心,以TFT觸摸屏為顯示和控制單元,以2.4GHz無線模塊為通信單元,合理移植μCOS-II系統,對環境參數進行監測和控制。
  2硬件電路設計與實現:
  2.1電源方案:

  硬件電路降壓穩壓電路采用降壓穩壓芯片SPXlll7-3.3V。電路在啟動過程中會產生較大的沖擊電流,會對其他電路造成電磁干擾,系統在電源中增加容值較大的電解電容以滿足系統中各項要求。
  硬件電路升壓穩壓電路是為TFT液晶屏提供直流12V電壓驅動而設計的。該電路選用PT4102芯片,PT4102是一款由單節鋰電池(持續電流)來驅動至多個串聯LED的升壓轉換器,采用固定頻率電流模式來調節LED電流,并通過一個外部電流監測電阻來測量此電流,95mV的低反饋電壓可降低功耗和提高效率,PT4102還含有電流限制以避免在輸出過載時對器件造成損害。
  2.2TFT觸摸屏方案:
  TFT液晶顯示方案包括觸摸控制和液晶顯示兩個部分。為了保證顯示的速度要求和系統的穩定性,觸摸屏控制器選用的是TI公司的TSC2046,該控制器為SPI接口,具有觸摸中斷功能,性價比很高。而液晶屏選用的是SPFD5408A,該屏幕為3.5英寸,具有高速8,9,16,18位并行接口??梢燥@示16位和18位的RGB色彩。
  觸摸屏控制電路主要是TSC2046的外圍電路。MISO,MOSI是TSC2046與MCU之間的信號線。SCK是時鐘線。X+/-,Y+/-是觸摸屏的信號,INT中觸摸中斷信號。VCC和VCCl是電路的供電信號。在輸入引腳為了保證電源的波形穩定性,避免高頻諧波對TSC2046的干擾,加入了1個0.1μF的濾波電容。觸摸屏控制電路如圖6所示。
  TFT液晶顯示電路包括模式選擇,16位接口,觸摸屏接口三個部分。SPFD5408A接口模式有7種模式,本設計中用的是16位并行接口模式。X+/-,Y+/-是四線電阻式觸摸屏的輸出線。
  3軟件設計與實現:
  為了提高系統的性能和滿足多任務處理的要求,系統中合理地移植了μCOS-Ⅱ操作系統。
  μCOS-Ⅱ可以簡單地看作是一個多任務的調度器,在這個任務調度器之上完善并添加了很多任務操作系統相關的一些系統服務。μCOS-Ⅱ90%的代碼用C語言編寫,具有可移植性。移植工作的絕大部分都集中在多任務切換的實現上,因為這部分代碼主要是用來保存和恢復處理器現場(即相關寄存器),因此不能用C語言,只能使用特定的處理器匯編語言完成。為了使適時內核μCOS-Ⅱ能在Cortex-M3處理器上運行,同時為了保證代碼不依賴于編譯器和良好的擴展性。采用了不依賴于編譯器的數據類型,使用軟中斷SWI作為底層接口。移植μCOS-Ⅱ到Cortex-M3內核需要3個文件:C語言頭文件(OS_CPU.H),C程序源文件(OS_CPU_C.C),匯編程序源文件(OS_CPU_A.ASM)。除此之外,還有一個文件定義的匯編宏也是移植的重點,它是μCOS-Ⅱ為Cortex-M3通用的中斷服務程序的匯編和C函數的接口代碼。
  利用LPC1758處理器成功驗證了采用ARM公司Cortex-M3內核的MCU驅動TFT觸摸屏的可能,包括以上硬件方案的提出和軟件系統移植的實現,TFT觸摸屏單元提供友好的人機界面,且具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。隨著多媒體查詢的與日遞增,在未來的電子產品中,觸摸屏無疑將成為輸入設備的主流。

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