綜合實(shí)踐-觸摸屏人機(jī)接口

1、觸摸屏、人機(jī)接口自動(dòng)化1303班：目錄n一、整體思路n二、各部分功能n三、構(gòu)架選型n四、人機(jī)接口及選型n五、電阻觸摸屏n六、電阻觸摸屏控制實(shí)現(xiàn)n七、組態(tài)軟件n八、分工一、整體思路：電源系統(tǒng)STM32F103ZET6芯片芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)按鍵顯示屏RS232通訊模塊無(wú)線模塊張力檢測(cè)通訊電路板的硬件硬件構(gòu)架：電路板的硬件硬件構(gòu)架：硬件電路分為4個(gè)模塊，分別是輸入輸出模塊、通訊模塊、芯片支持模塊、電源模塊二、各部分功能nSTM32F103ZET6芯片：聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同步通信處理nRS232通訊模塊：用于設(shè)備調(diào)試時(shí)電腦監(jiān)控n顯示屏：用于顯示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)及設(shè)置參數(shù)n無(wú)線模塊：用于接收傳輸通訊信號(hào)n張力信號(hào)：實(shí)時(shí)張力

2、數(shù)據(jù)采集n按鍵：用于設(shè)備參數(shù)設(shè)置及修改三、構(gòu)架選型芯片的選擇：芯片的選擇： STM32系列單片機(jī)幾乎集成了所有工控領(lǐng)域的所有功能模塊，包括USB、網(wǎng)絡(luò)、SD卡、A/D、D/A等等，主頻達(dá)72MHZ。 內(nèi)核內(nèi)核：32位Cortex-M3CPU,擁有高速的CPU 儲(chǔ)存器儲(chǔ)存器：片上集成512kb的flash存儲(chǔ)器。64kb的SRAM存儲(chǔ)器，足夠大的存儲(chǔ)容量，能滿足計(jì)算過程中對(duì)數(shù)據(jù)的保存，也可以保存足夠多的相應(yīng)的設(shè)置參數(shù) 2個(gè)個(gè)12位的位的US級(jí)的級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（16通道：測(cè)量范圍：0-3.6V。雙釆樣和保持能力。芯片自帶A/D的功能，給系統(tǒng)開發(fā)帶來很大的方便。RS232的結(jié)構(gòu)圖：RS-23

3、2C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)和國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)為串行通信設(shè)備制定的一種標(biāo)準(zhǔn)。異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平，-5V-+5V為邏輯1電平，+5V-+15V為0電平。這種信號(hào)電平與通常并行接口中使用的TTL電平不同，由TTL到RS-232C的轉(zhuǎn)換要借助于MC1488，而由RS-232C電平到TTL的轉(zhuǎn)換則要借助于MC1489。四、人機(jī)接口n 人機(jī)接口 (HMI) 包括指示和控制工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)所需的電子設(shè)備。這些人機(jī)接口產(chǎn)品可以從基本的 LED 狀態(tài)指示燈到 20 英寸帶有觸摸屏接口的 TFT 面板。 HMI 應(yīng)用產(chǎn)品要求機(jī)械抗干擾性強(qiáng)、防水、防塵

4、、防潮、適應(yīng)溫差變化，以及在某些環(huán)境下能夠保證通信的安全性。四、人機(jī)接口選用設(shè)備nHMI選用設(shè)備 nLED 指示燈和機(jī)械開關(guān)指示燈和機(jī)械開關(guān) ，是領(lǐng)先的工業(yè)應(yīng)用 HMI，并且 Atmel AVR微控制器具有多種優(yōu)勢(shì)。nHMI 觸摸技術(shù)觸摸技術(shù) ，可保護(hù)工業(yè)接口模塊，同時(shí)還提高了設(shè)計(jì)的靈活性，改善了外觀。n具有具有 LCD 顯示的工業(yè)控制面板顯示的工業(yè)控制面板 ，為方便操作員監(jiān)視和控制越來越復(fù)雜的自動(dòng)化處理過程提供了高效、靈活的方式。 左圖為顯示器電路原理圖，這里使用LCD1602作為顯示設(shè)備它是一種專門用于顯示數(shù)字,字母,字符等點(diǎn)陣式LDC；右圖為按鍵原理圖，共包括4個(gè)外部按鍵，對(duì)應(yīng)的功能分別

5、為增加、減少、確認(rèn)、停止。五、電阻觸摸屏n采用電阻觸摸屏結(jié)構(gòu)n 典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成：兩層透明的阻性導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。阻性導(dǎo)體層選用阻性材料，如銦錫氧化物(ITO)涂在襯底上構(gòu)成，上層襯底用塑料，下層襯底用玻璃。隔離層為粘性絕緣液體材料。n ITO是通過調(diào)整巧和錫的比例、沉積方法、氧化程度及晶粒的大小,可調(diào)整這種物質(zhì)的性能。薄的ITO材料透明性好，但是阻抗高；厚的ITO材料阻抗低，但是透明性會(huì)變差。電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)示意圖電阻式觸摸屏工作原理n當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，薄膜下層的ITO會(huì)和玻璃上層的有一個(gè)接觸點(diǎn)，在軸方向就其中一面導(dǎo)電層導(dǎo)通了5均勻電壓場(chǎng)，此時(shí)采樣得到的

6、電壓由零變?yōu)橐粋€(gè)正電壓值，感應(yīng)器檢測(cè)到電壓導(dǎo)通，傳出相應(yīng)的電信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將轉(zhuǎn)換后的電壓值與相比，即可計(jì)算出觸摸點(diǎn)的軸坐標(biāo)值。同理可計(jì)算出軸的坐標(biāo)值，這樣就完成了點(diǎn)選的動(dòng)作，并呈現(xiàn)在屏幕上。四線制電阻觸摸屏也是目前最常用的觸摸屏產(chǎn)品。本系統(tǒng)中選用AMT9502觸摸屏控制器n觸摸屏控制器芯片nADS7843是TI公司的觸摸屏控制器芯片 專門應(yīng)用于四線電阻式觸摸屏，最高達(dá)到125K的轉(zhuǎn)換率 8位或者12位可編程精度。外部參考電壓范圍從1V到VCC均可，VCC最高電壓為5V，高速低功耗使得ADS7843非常適合于使用電阻觸摸屏的手持設(shè)備。寬溫度設(shè)計(jì)使得它很適用于大量的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。觸摸屏的控制

7、等功能。該芯片可通過連接觸摸屏X+將觸摸信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)打開Y+和Y-驅(qū)動(dòng)，然后數(shù)字化X+的電壓，從而得到當(dāng)前位置Y的測(cè)量結(jié)果。同理也可得到X方向的坐標(biāo)n 以上所需要的加參考電壓斷開A/D轉(zhuǎn)換等工作都是ADS7843直接完成的，只需要將相應(yīng)的命令傳輸?shù)紸DS7843即可，等待轉(zhuǎn)換周期完成，檢測(cè)到BUSY信號(hào)不再忙，即可以獲得相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)。 觸摸屏是一個(gè)四線電阻屏幕，可以示意出兩個(gè)電阻，測(cè)量X方向的時(shí)候，將X+,X-之間加上參考電壓Vref，Y-斷開，Y+作為A/D輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換獲得X方向的電壓，同理測(cè)量Y方向的時(shí)候，將Y+，Y-之間加上參考電壓Vref，X-斷開，X+作為A

8、/D輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換獲得Y方向的電壓，之后再完成電壓與坐標(biāo)的換算。整個(gè)過程類似一個(gè)電位器，觸摸不同的位置分得不同的電壓。六、觸摸屏控制器n ADS7843的控制字及數(shù)據(jù)傳輸格式，S為數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志位，該位必為“1”。A2A0進(jìn)行通道選擇。MODE用來選擇A/D轉(zhuǎn)換的精度，“1”選擇8位，“0”選擇12位。SER/選擇參考電壓的輸入模式。PD1、PD0選擇省電模式：“00”省電模式允許，在兩次A/D轉(zhuǎn)換之間掉電，且中斷允許；“01”同“00”，只是不允許中斷為了完成一次電極電壓切換和A/D轉(zhuǎn)換，需要先通過串口往ADS7843發(fā)送控制字，轉(zhuǎn)換完成后再通過串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值。標(biāo)準(zhǔn)的一次轉(zhuǎn)換需要24個(gè)時(shí)鐘周期。由于串口支持雙向同時(shí)進(jìn)行傳送，并且在一次讀數(shù)與下一次發(fā)控制字之間可以重疊，所以轉(zhuǎn)換速率可以提高到每次16個(gè)時(shí)鐘周期。觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路通過單片機(jī)輸入指令控制三級(jí)管通斷形成對(duì)該驅(qū)動(dòng)電路的循環(huán)掃描。觸摸屏顯示模塊顯示模塊主要負(fù)責(zé)顯示各個(gè)通路紗線的張