基于USART-HMI液晶觸摸屏的智能消毒柜設(shè)計

楊阿軍 萬在紅 熊文華 郭黎明

摘 ? 要：以消毒柜為控制系統(tǒng)研究對象，以USART-HMI液晶觸摸串口屏為上位機(jī)，以STC89C52RC單片機(jī)為接收執(zhí)行器，文章設(shè)計了一款帶觸屏顯示的智能消毒柜，旨在通過對消毒柜的全新智能設(shè)計，促進(jìn)串口屏的發(fā)展以及家居設(shè)備的變革更新。利用串口屏強大的圖形界面和STC89C52RC單片機(jī)之間的串口通信，完成人機(jī)交互以及設(shè)備控制，用戶可以根據(jù)喜好自由修改消毒的時長、溫度以及工作模式，更加的人性化、智能化。USART-HMI串口屏還有休眠功能，可以進(jìn)入待機(jī)模式以降低系統(tǒng)的總能耗。

關(guān)鍵詞：USART;串口屏;單片機(jī);觸屏;消毒

1 ? ?USART-HMI串口屏設(shè)計概述

本設(shè)計將串口觸摸屏應(yīng)用到家居設(shè)備中，使得家居設(shè)備智能化、人性化，具有科學(xué)先進(jìn)性，旨在更全面推廣USART-HMI串口屏和智能UI圖形用戶控制系統(tǒng)，將其引入智能家居生活，提高用戶的使用體驗及生活質(zhì)量。本設(shè)計實用新穎，使用USART-HMI串口屏作為該控制器的核心部分，不僅具有良好的界面設(shè)計和圖形布局，而且串口屏自身搭載的觸摸屏使得整個系統(tǒng)無需外部接入開關(guān)控制電路，只需要在圖形界面設(shè)計進(jìn)行修改即可完成，不僅極大地提高了人機(jī)交互的體驗，同時也使得系統(tǒng)更加簡潔化、通用化，可以在更多的家電設(shè)備及儀器儀表上使用。該系統(tǒng)通過PT100鉑熱電阻對消毒柜內(nèi)的溫度進(jìn)行收集采樣，并使用ADS1115對采樣的值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬量的溫度變成單片機(jī)能使用的數(shù)字量，通過程序控制，將消毒柜內(nèi)的溫度值通過串口發(fā)送給串口屏進(jìn)行顯示、控制。串口僅需要2根線進(jìn)行通信，在設(shè)備的檢修、替換和系統(tǒng)升級方面更加便捷?；赨SART-HMI串口屏的智能消毒柜的最大特點是可以實現(xiàn)觸屏控制，可以通過拖動滑塊來對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改，被修改的數(shù)據(jù)會實時顯示在屏幕上，用戶可以看到自己修改的參值，例如最高溫度、加熱時長、最低溫度等，在提升用戶體驗的同時，也讓家居設(shè)備更加人性化和智能化。另外，可以通過搭載不同的外部模塊，實現(xiàn)其他不同的功能，例如使用接入WiFi模塊實現(xiàn)氣溫狀況的顯示，接入藍(lán)牙模塊實現(xiàn)手機(jī)控制家電等[1-2]。

2 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計總體框架

系統(tǒng)硬件模塊包含：USART-HMI串口觸摸屏，用于人機(jī)交互以及工作狀態(tài)的控制;STC89C52接收控制器，用于接送來自串口屏的消息并對繼電器進(jìn)行控制;PT-100鉑熱電阻，利用其阻值與溫度呈線性關(guān)系來推算溫度值;傳感器模塊，ADS1115將輸入的電壓值模數(shù)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)使用的數(shù)字量;繼電器模塊，通過三極管驅(qū)動放大電路，將單片機(jī)輸出的電流放大進(jìn)而驅(qū)動繼電器工作，將電熱絲接通電源。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

2.2 ?USART-HMI串口屏 ?

USART-HMI是集觸摸、顯示為一體的串口屏，其搭載的STM32處理器可以實現(xiàn)顯示、觸摸、定時器、中斷等服務(wù)事項，內(nèi)部功能強大。本設(shè)計在軟件中進(jìn)行界面設(shè)計以及觸碰開關(guān)放置，以菜單的形式對其進(jìn)行層次劃分，實物如圖2所示。

串口屏之所以被稱為串口屏，關(guān)鍵在于其與外部主要依靠串口線進(jìn)行交互，例如可以通過串口發(fā)送當(dāng)前頁面ID、內(nèi)部動態(tài)數(shù)據(jù)、固定字符等，同時也可以通過串口寫入數(shù)據(jù)，完成相應(yīng)的事件，例如更新到指定頁面、更新文本框內(nèi)容、更改內(nèi)部數(shù)值等，且串口屏對數(shù)據(jù)接收是通過中斷實現(xiàn)的，不會因為界面的刷新或其他事件的影響而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包和卡頓，十分便捷與高效。

2.3 ?AD（ADS1115）模塊

ADS1115是兼容IIC的16位高精度低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog Digital Converter，ADC），采用超小型無引線X2QFN-10封裝和VSSOP-10封裝。ADS111x器件采用了低漂移電壓基準(zhǔn)和振蕩器。ADS1114和ADS1115還采用可編程增益放大器（Programmed Gain Amplifier，PGA）和數(shù)字比較器。這些特性加以較寬的工作電源電壓范圍使得ADS111xADS111x非常適合功率受限和空間受限的傳感器測量應(yīng)用中經(jīng)常遇到的特定頻率下OPAx189的EMIRR+IN值[3-4]。

ADS1115可在數(shù)據(jù)速率高達(dá)每秒860個樣本（SPS）的情況下執(zhí)行轉(zhuǎn)換。PGA可提供從±256 mV～±6.144 V的輸入范圍，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)的大小信號測量。ADS1115具有一個輸入多路復(fù)用器，可實現(xiàn)兩次差動輸入測量或4次單端輸入測量。在ADS1114和ADS1115中可使用數(shù)字比較器進(jìn)行欠壓和過壓檢測。ADS1115硬件引腳及連接如圖3所示。

2.4 ?繼電器模塊

繼電器的功能為使用電壓較低、較弱的電信號控制電壓更高的器件開關(guān)，借助通電線圈存在磁力的特性而制成。使用9012（PNP型）三極管作為繼電器線圈的驅(qū)動開關(guān)，用通電的線圈吸引鐵片，讓開關(guān)閉合達(dá)到控制的效果。其工作原理為三極管的集電極電流受基極電流的控制，并且基極電流很小的變化都會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍。如果將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致Ic發(fā)生很大的變化，從而控制開關(guān)的閉合[5-6]。繼電器驅(qū)動電路如圖4所示。

3 ? ?系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計分為兩個部分：一為USART-HMI觸摸屏組成的核心控制器，其程序控制流程如圖5所示;二為89c52單片機(jī)，作驅(qū)動AD模塊采樣以及串口數(shù)據(jù)處理，其程序流程如圖6—7所示。

4 ? ?結(jié)語

本系統(tǒng)將USART-HMI串口屏引入家居系統(tǒng)中，實現(xiàn)消毒柜的智能化、人性化，具有科學(xué)先進(jìn)性;且可移植性強，適用范圍廣，能夠向更為廣泛的領(lǐng)域延拓;安裝、使用簡單，便于推廣，能夠為大眾所接受，具有一定的現(xiàn)實意義和可開發(fā)價值。

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Abstract：Taking disinfection cabinet as the research object of control system， taking USART-HMI liquid crystal touch string screen as upper computer and STC89C52RC single chip microcomputer as receiving actuator， a kind of intelligent disinfection cabinet with touch screen display is designed in order to promote the development of serial screen and the reform and update of household equipment through the new intelligent design of disinfection cabinet in this paper. By using the powerful graphical interface of the serial screen and the serial communication between STC89C52RC single chip microcomputer， the human-computer interaction and equipment control can be completed. Users can freely modify the disinfection time， temperature and working model according to their preferences， so as to be more humanized and intelligent. USART-HMI serial screen also has dormancy function， can enter standby mode to reduce the total energy consumption of the system.

Key words：USART; serial screen; microcontroller; touch screen; disinfection