基于RA8806控制器的溫濕度控制系統設計

摘要：使用RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示模塊具有顯示數據量大，顯示位置及大小易于控制，與控制器連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，非常適合使用在小型自動(dòng)化控制領(lǐng)域。本文以冷庫溫濕度控制系統設計為例，介紹RA8806控制器的功能，與單片機的接口以及該系統軟件的設計思想與流程，并且進(jìn)行現場(chǎng)測試。測試結果表明，使用RA8806控制器構成的顯示部分，硬件電路緊湊、顯示畫(huà)面豐富、軟件設計靈活，具有較高的應用價(jià)值。

目前以單片機為控制器的各類(lèi)控制系統中，顯示部分的設計是其中非常重要的一部分。常用的顯示元件有LED數碼管、1602、12864等，但這些元件顯示的信息量非常有限，1位LED數碼管只能顯示1位數字，而且不能是漢字，連續多位LED數碼管只能適用于很少量的數字顯示。1602是一款16×2的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，上下兩行，每行可以顯示16個(gè)字符，總共可以顯示32個(gè)字符。12864是一款帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，可以顯示8×4行 16×16點(diǎn)陣的漢字，最多顯示32個(gè)漢字，對于需要顯示較多信息量的控制系

統，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的設計。

該系統主要用于實(shí)現冷庫溫濕度的多點(diǎn)測量和控制，其主要功能為使用AM2301數字溫濕度一體傳感器測量冷庫4個(gè)點(diǎn)的溫濕度，測量數據進(jìn)入AT89S52 單片機，經(jīng)單片機進(jìn)行數據處理后，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定的溫濕度上下限，同時(shí)顯示通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302傳送過(guò)來(lái)的日期和時(shí)間。另外，在測量的溫濕度進(jìn)入單片機后，單片機還要將測量的溫濕度與所設定的溫濕度進(jìn)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(jìn)行聲光報警，并驅動(dòng)繼電器，控制相關(guān)的加熱、加濕設備工作，系統的溫濕度上下限和日期時(shí)間可以通過(guò)按鈕來(lái)設置。本系統的重點(diǎn)在于對使用RA8806控制器的JXD320240AF液晶顯示屏的控制和操作，使數據能夠正常的按照設定要求顯示。

1 RA8806控制器簡(jiǎn)介

RA8806是一個(gè)文字與繪圖模式相結合的點(diǎn)矩陣液晶顯示控制器，內建雙圖層顯示內存，一般模式最大支持320×240點(diǎn)雙圖層混和顯示，擴展模式支持 640×240點(diǎn)或320×480點(diǎn)單圖層顯示，支持4/8-bits的6800/8080 MPU接口和4/8-bitsLCD驅動(dòng)接口，內建聰穎的8×8或4×8可調節長(cháng)按鍵功能鍵盤(pán)掃瞄電路，支持水平和垂直區域卷動(dòng)，內建簡(jiǎn)體/繁體中文 (GB/BIG5)和ASCII字體的ROM，支持90度、180度、270度文字旋轉顯示功能，支持1倍到4倍字型放大(垂直和水平)，內建 512Byte字型創(chuàng )造內存(CGRAM)，其中半型字為8×16點(diǎn)，全型字為16×16點(diǎn)，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(wèn)距設定功能，內建脈波寬度調變(PWM)提供LCD對比或背光的調節。

2 系統硬件設計

2.1 系統總體框圖

本系統用于實(shí)現冷庫溫濕度的多點(diǎn)采集與控制，其相關(guān)溫濕度數據和日期時(shí)間數據通過(guò)RA8806控制的JXD320240AF液晶屏實(shí)時(shí)顯示，按照模塊劃分，可分為數據顯示單元、多路溫濕度檢測單元、時(shí)鐘單元、鍵盤(pán)輸入單元、電源單元、驅動(dòng)控制單元、超限報警單元。系統總體框圖如圖1所示。

2.2 單元設計

1)數據顯示單元

數據顯示單元選用RA8806控制的JXD320240AF帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示屏，主要用于顯示多路溫濕度，日期，時(shí)間以及所設定的溫濕度上下限等數據，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位數據線(xiàn)與P1口連接，其他控制信號與P2口的相應位連接，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(gè)AM2301數字溫濕度一體傳感器，該傳感器具有極高的可靠性和穩定性，響應速度快，抗干擾能力強，其采用單總線(xiàn)進(jìn)行溫濕度數據的傳輸，在開(kāi)發(fā)各類(lèi)溫濕度控制系統時(shí)，所需要占用的硬件資源較少，其4個(gè)傳感器分別接到單片機的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7端，系統依次將 4路數據讀入單片機，AM2301一般在距離小于20 m時(shí)需接5K左右的上拉電阻，Vcc和GND管腳連接高電平和地。

3)時(shí)鐘單元

時(shí)鐘單元部分選用DS1302時(shí)鐘芯片，其具有自動(dòng)計時(shí)、掉電保護、閏年補償等多種功能，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(pán)輸入單元主要實(shí)現溫濕度上下限和日期時(shí)間的設定，其采用4個(gè)獨立按鍵，分別接到單片機的P3.3，P0.1，P0.2，P0. 3端，其名稱(chēng)分別為設置、增加、減小、確認，功能分別為循環(huán)選擇設定值，設定值加1，設定值減1，退出設置功能。

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(gè)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，當某一項超限時(shí)，相應的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。

3 系統軟件設計

本系統在Keil4下，使用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，按照模塊化設計的思想進(jìn)行設計，主要包括數據顯示模塊、多路溫濕度檢測模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、超限報警與驅動(dòng)模塊。多路溫濕度檢測模塊主要實(shí)現讀取4路AM2301溫濕度傳感器傳送的溫濕度信號，將其轉換成RA8806控制的LCD便于顯示的格式，由于 AM2301是單總線(xiàn)數據傳送，其讀取時(shí)序時(shí)的控制是特別需要注意的問(wèn)題。時(shí)鐘模塊主要是從時(shí)鐘芯片DS1302讀取年、月、日、時(shí)、分、星期，并將其轉換成便于顯示的格式。鍵盤(pán)輸入模塊由4個(gè)獨立按鍵組成，用于設置溫濕度的上下線(xiàn)，設置日期和時(shí)間，并將設置后的日期和時(shí)間重新寫(xiě)入DS1302，該部分通過(guò)外部中斷的方式來(lái)實(shí)現，當按下確認按鈕后，觸發(fā)外部中斷1，進(jìn)入中斷處理程序。超限報警與驅動(dòng)模塊用于判斷溫濕度是否超過(guò)設定溫濕度的上下線(xiàn)，若超過(guò)，聲光報警并驅動(dòng)相應的繼電器。其中數據顯示模塊是選用RA8806控制的JXD320240AF屏，將需要顯示的溫濕度數據、溫濕度上下線(xiàn)數據，日期時(shí)間數據等采用適當的大小顯示在適當的地方，這里主要介紹數據顯示模塊的設計思想及組成部分，主程序和中斷程序的流程圖。數據顯示模塊主要由以下函數組成：

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

在系統設計完成后，對該系統從工作的穩定性、精度、響應速度等方面進(jìn)行了較長(cháng)時(shí)間的測試。在初始測試時(shí)，系統連續運行1個(gè)小時(shí)以后，出現數據反白顯示，顯示異常字符等情況，再連續運行2個(gè)小時(shí)，出現藍屏，數據不能顯示等情況，經(jīng)過(guò)對軟件和硬件電路板的測試，發(fā)現問(wèn)題出現在電路板的設計方面，電路板上的導線(xiàn)設計過(guò)細，焊點(diǎn)不夠牢靠。通過(guò)對電路板重新設計制作，以上問(wèn)題得到解決。

連續運行10天后，RA8806芯片發(fā)熱量非常大，以至于顯示屏部分區域泛紅，再連續運行，泛紅區域不斷擴大。通過(guò)分析，一方面當時(shí)的系統測試是在夏天，室內溫度就在30度左右，連續運行造成芯片發(fā)熱量巨大;另一方面，電路板與顯示屏之間的距離過(guò)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(jìn)行了重新設計，給芯片增加散熱裝置，再進(jìn)行測試。

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的運行，該系統沒(méi)有出現任何問(wèn)題，數據顯示正常，設置按鈕、增加按鈕、減少按鈕、確認按鈕都能夠正常工作。溫度測量值與實(shí)際溫濕度的誤差范圍在 -0.2～+0.2℃范圍內，相對濕度的最大誤差為±2%RH，能夠滿(mǎn)足控制系統的要求。報警正常，沒(méi)有誤報現象，溫濕度超過(guò)上下線(xiàn)的報警響應時(shí)間為 0.5 s，執行器工作正常，啟動(dòng)外部加熱、加濕等設備的工作時(shí)間不超過(guò)3 s。時(shí)間和日期能夠正常顯示，沒(méi)有誤差，顯示測試圖如圖6所示。

5 結束語(yǔ)

使用RA8806控制器的JXD320240AF帶中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶屏與同類(lèi)LCD比較，具有顯示數據量大、顯示范圍廣、字體大小可調、可顯示圖形等諸多特點(diǎn)，其與單片機的連接非常方便，軟件系統設計方便、靈活，特別適用于有較多數據顯示需要的各類(lèi)控制系統中，具有較高的工程應用價(jià)值。