触摸屏控制器范文
触摸屏控制器范文（精选11篇）
触摸屏控制器 第1篇
笔者介绍了一种硬件电路实现较为方便的RA8806控制器[2~4], 使用分辨率为320×240的5.1寸触摸屏技术。针对触摸屏与LCD屏的坐标原点和坐标方向不一致的情况, 介绍了触摸校准方法和软件实现方法, 并在STC89C52单片机系统平台上完成实验测试。
1 RA8806触摸屏系统①
RA8806是一种介于MCU和LCD驱动器之间的控制集成芯片, 内建双图层、中英文字库与绘图模式的智能型电阻式触控扫描控制器, 该控制器有效地减轻了MCU的负担, 硬件电路实现相对简单, 节省了使用者的软、硬件开发成本和时间。基于RA8806控制器的触摸屏属于四线电阻式触摸屏, 其本质是一套传感器系统, 这种触摸屏由两层导电层组成。当两层导电层在某点发生接触时, 电阻发生变化, 在行和列 (X和Y) 两个方向上产生电压信号, 然后由RA8806控制器采样, 经过其内置的10位A/D转换器转换成坐标信号送至CPU。RA8806控制器触摸系统如图1所示, RA8806接收MCU送来的指令, 然后将MCU所要显示的内容以数据形式传输到LCD驱动器 (包括行驱动和列驱动) , 再经过LCD驱动器连接至LCD屏上显示出所要显示的文字或图案。
2 触摸校准方法
使用触摸屏的首要问题是如何进行坐标定位, 即如何确定触摸点的坐标位置。由于加工工艺及安装等原因, 触摸屏与LCD屏尺寸存在差异, 不可能完全对准, 致使触摸屏与LCD屏之间存在微小偏移量, 且LCD屏的坐标是以像素为单位的, 而从触摸屏中读出的是触摸点的物理坐标, 即电压数字量的大小。因此在使用时必须进行坐标定位, 将触摸屏的物理坐标转换为LCD屏上的像素坐标。常用的触摸屏坐标定位方法有最值法、三点法和四点法[5~7]。其中, 四点定位法精度最高, 但编程实现起来相对复杂, 适用于触摸精度要求较高的产品, 如用于手写识别领域;最值法精度相对较低, 但对于一般的工业用屏, 其精度要求大多不是很高, 最值法可以满足要求。
如果触摸屏的坐标原点与LCD屏的坐标原点和坐标方向一致, 可直接采用最值法的触点坐标转换公式, 即:
式中H、W———LCD屏的行像素宽和列像素宽;
x、y———触点在触摸屏行、列方向上产生的电压数字量大小;
(XLCD, YLCD) ———触点在LCD屏上的坐标;
xmax, xmin———触摸屏上最大和最小坐标点在行方向上产生的电压数字量的实际测量值;
ymax, ymin———触摸屏上最大和最小坐标点在列方向上产生的电压数字量的实际测量值。
由于RA8806控制器内建了一组10位ADC, 电压数字量满量程为210, 而在其实际工作过程中, 该电压数字量通常达不到0或满量程, 因此需通过测试得到相对值。
通常在触摸屏的对角线上取两个对角顶点, 并将触摸得到的电压数字量转换为十六进制数显示。通过实际测试发现, 该5.1寸触摸屏与LCD屏的坐标原点与坐标方向均不同 (图2) , 因此不能直接套用式 (1) 。由于实际的坐标值和LCD的写入顺序是180°的关系, 所以在转换时公式做如下变换:
其中, (X'LCD, Y'LCD) 表示触点在LCD屏上的实际坐标。
3 软件设计
基于RA8806控制器的5.1寸触摸屏系统采用KEIL C语言编写程序, 完成软件设计。在使用触摸屏之前, 首先要对程序进行初始化操作, 包括软件重置、清屏和寄存器配置的初始化。在驱动程序设计中, 最重要的问题是基本读、写函数 (即读状态、读数据、写指令、写数据函数) 的时序配合问题, 应严格按照RA8806数据手册资料编写, 时序配合不好显示屏将无任何显示。在数据采样和处理程序中, 触摸屏和LCD屏的坐标转换是关键问题, 为了编程方便, 先通过测试得到触摸屏上的最小和最大坐标点在行、列方向上的像素坐标值, 并定义在程序开头, 即:
程序中的tpx_trans (x) , tpy_trans (y) 是触摸屏和LCD屏的坐标转换和定位函数, 可根据式 (2) 设计, 因屏幕分辨率为320×240, 故将程序中W设定为320, H设定为240。以行方向的坐标转换为例 (列方向的坐标转换类似) , 其坐标转换程序如下:
触控操作采用RA8806控制器提供的触控功能自动模式。当触摸屏被触碰时, 信号不够稳定, 为了避免错误动作, 采取连续读3次中断状态、读3次坐标值进行对比的方法, 最后判断坐标是不是在按键范围内。假设按键长为m个像素点, 宽为n个像素点, 那么这个范围对应了触摸屏上一个范围的坐标, 若按键在此范围内则实现相应功能。由于RA8806控制器中的A/D转换提供10位精度, 因此在程序中X1[3], Y1[3]用来保存触摸点X、Y坐标的高8位值, X2[3]、Y2[3]用来保存触摸点X、Y坐标的低两位值。需要注意当检测到触摸事件时, 要延时一段时间等待AD转换完成, 若延时控制不好, 将导致转换出错, 以致触摸不准确。
另外, 若要显示多个界面, 需设置页面标志变量Flag, 通过给页面标志变量Flag赋不同的值显示不同界面, 以防止发生坐标冲突事件。
4 实验测试
5.1寸触摸屏系统在STC89C52单片机系统平台上进行测试, 首先在硬件电路中将单片机的外部中断引脚接至RA8806的触摸中断信号脚, 当有触摸动作时, 单片机就会进入中断处理触摸坐标值。另外, 要注意通过可调电阻来调节显示屏的对比度, 否则即使有数据显示, 开发人员肉眼无法看到。通过实验测试得到:当显示模块的内部负压输出 (VOUT脚) 在-20V左右时, 显示效果达到最佳。实验测试表明该触摸屏反应灵敏, 工作可靠, 目前已用于自动阿贝折射仪。
5 结束语
介绍了一种智能型电阻式触控扫描控制器RA8806, 分析了基于RA8806控制器的触摸屏系统工作原理, 针对触摸屏与LCD屏的坐标原点和坐标方向不一致的情况, 介绍了触摸屏的校准方法和相关软件设计, 并在STC89C52单片机系统平台上完成测试。测试结果表明:该5.1寸触摸屏系统工作稳定, 触摸效果良好。该基于RA8806控制器的触摸屏系统开发方便, 成本低廉, 满足日常生活和一般工控领域的仪器仪表需求。
摘要：分析了基于RA8806控制器的触摸屏系统的工作原理, 针对触摸屏与LCD屏的坐标原点和坐标方向不一致的问题, 介绍了触摸屏的校准方法, 通过KEILC语言编程完成软件设计, 并在STC89C52单片机系统平台上完成实验测试, 测试结果表明该触摸屏工作稳定, 触摸效果良好。
关键词：触摸屏,RA8806控制器,LCD屏,校准
参考文献
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触摸屏材料总结和触摸屏发展趋势 第2篇
目前触摸屏的应用范围从以往的银行自动柜员机、工控计算机等小众商用市场，迅速扩展到手机、PDA、GPS(全球定位系统)、MP3，甚至平板电脑(UMPC)等大众消费电子领域。展望未来，触控操作简单、便捷，人性化的触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而迅速普及。
目前的触控技术尚存在屏幕所使用的材源透光较差影响显示画面的清晰度，或者长期使用后出现坐标漂移、影响使用精度等问题。而且，全球主要触摸屏生产大厂多集中在日、美、韩等国家以及我国台湾地区；主要技术、关键零组件和原材料更是基本掌握在日、美厂商手中，中国大陆的触摸屏/触控面板产业还基本处于起步阶段。但正因如此，整个触控行业未来的上升空间还非常大，它也有望成为我国电子企业今后创新发展、大有作为的重要领域。
触摸屏起源于20世纪70年代，早期多被装于工控计算机、POS机终端等工业或商用设备之中。2007年iPhone手机的推出，成为触控行业发展的一个里程碑。苹果公司把一部至少需要20个按键的移动电话，设计得仅需三四个键就能搞定，剩余操作则全部交由触控屏幕完成。除赋予了使用者更加直接、便捷的操作体验之外，还使手机的外形变得更加时尚轻薄，增加了人机直接互动的亲切感，引发消费者的热烈追捧，同时也开启了触摸屏向主流操控界面迈进的征程。
目前，触摸屏应用范围已变得越来越广泛，从工业用途的工厂设备的控制/操作系统、公共信息查询的电子查询设施、商业用途的提款机，到消费性电子的移动电话、PDA、数码相机等都可看到触控屏幕的身影。当然，这其中应用最为广泛的仍是手机。根据调研机构ABIResearch报告指出，2008年采用触控式屏幕的手机出货量将超过1亿部，预计2012年安装触控界面的手机出货量将超过5亿部。
而且有迹象表明，触摸屏在消费电子产品中的应用范围正从手机屏幕等小尺寸领域向具有更大屏幕尺寸的笔记本电脑拓展。目前，戴尔、惠普、富士通、华硕等一线笔记本电脑品牌厂商都计划推出具备触摸屏的笔记本电脑或UMPC。当然，目前关于配备触摸屏的笔记本电脑是否能从10英寸以下的低价笔记本电脑或UMPC，扩大到14英寸以上的主流笔记本电脑市场，业界仍存争论。因为对于主流笔记本电脑或台式机来说，消费者多已习惯了使用键盘及鼠标进行输入，不像小尺寸笔记本电脑，因可容纳的键盘数量有限，需触摸屏加以辅助，达到更直观的人机沟通目的。而且现在Windows系统尚不支持多点触控功能，如由PC厂商单独导入多点触控功能，在软件上的努力与投资又将极为可观，因此预计到2010年支持多点触控的新操作系统Windows7上市之前，配备触摸屏的笔记本电脑仍将局限于12.1英寸以下。但即便如此，触摸屏市场未来的发展前景也十分诱人。根据市场调研机构的预测，到2010年触摸屏产值将达到35亿美元。
依照感应方式的不同，触摸屏大致可以分为电阻式、电容式、红外线式、超音波式四类。其中电阻式与电容式目前的市场前景最被看好，其他技术短期内恐很难赶上。
就技术原理来看，电阻式触摸屏只能算是一种“类触控”技术。它采用两层镀有导电功能的ITO(铟锡氧化物)PET塑料膜，PET本身具有一定的透明度与耐用性，两片ITO设有微粒支点，使屏幕在未被压按时两层ITO间有一定的空隙，处于未导电的状态。当操作者以指尖或笔尖压按屏幕(外层PET膜)时，压力将使PET膜内凹，因变形而使铟锡氧化物导电层接触导电，再通过侦测X轴、Y轴电压变化换算出对应的压力点，完成整个屏幕的触按处理机制。由于此种技术成本低廉，现已大量应用于电子产品之上。目前电阻式触摸屏有4线、5线、6线与8线等多种类型，线数越多，代表可侦测的精密度越高，但成本也会相对提高。
不过，仔细考量电阻式触控技术的原理就会发现，通过触按屏幕触发ITO薄膜导电的侦测机制，在物理上有其局限性：电阻式技术想要增加侦测面积与分辨率，最直接的方法就是增加线数，但线数的提高也代表着处理运算信息量的增加，这对处理器将是一大负担，同时成本的提升也是问题。另外，PET膜再怎么强化，材质的耐压性、耐磨性、抗变形能力，毕竟有其极限，长时间运用一定会减低铟锡氧化物导电层接触导通效率，触按点也会因经常使用的就是那几处，造成特定区域过度使用磨损，而降低透明度。
电容式触摸屏与电阻式比较，架构相对简单。由于电容式触摸屏中的投射电容式(电容式触摸屏主要分为投射电容式与表面电容式两种)可支持当前流行的多点触控功能，并拥有更高的屏幕透光率、更低的整体功耗、更长的使用寿命等优点，正不断挑战电阻式触摸屏的市场地位。
据isuppli公司预测，2008年全球具备触控功能的手机，仍以电阻式触控技术为主，产值可达4900万美元，预计2012年将达6500万美元；而投射电容式触控技术2008年产值虽然只有1000万美元，占整个市场份额的17%，但估计2012年投射电容式产值将突破2000万美元，市场比重跃升至23%。
但是电容式触控也有许多值得关注的问题：比如液晶屏非常靠近铟锡氧化物模板，新的技术甚至直接将两者做在同一个真空堆栈中，形成一个模组。而为了达到触点侦测功效，铟锡氧化物模板又需不断地扫描像素，会持续散发干扰信号，影响整个模组的操作。另外，厂商虽然会对触摸屏的表面进行硬化处理，可是为了不隔绝掉ITO的表面电流，硬化镀层非常薄，当施加在触摸屏上的外力过大时，依然有伤到ITO的可能，对触摸屏造成损伤，降低使用寿命。因此，针对提高使用寿命问题，有厂商开发出了超声波式或红外线式触摸屏。特别是在导通线路精细度方面是制约电容屏发展的瓶颈问题，直接购买镀膜设备成本会增加很多，但是最近uninwell International最近推出的光刻银浆可以解决这方便的问题，此种材料可以将线细和线距控制在0.05mm以内，使得电容屏的投资成本大大降低。
红外线与超声波式触控技术的作用原理相仿。不过受限于传感器的尺寸，这两项技术目前多用于20英寸以上的屏幕，如医疗、ATM等装置上，同时产品的成本也会较高。
由于市场需求迅速增长，触控产业近年来也迅速蹿红，许多厂商纷纷投身其中。从触摸屏的产业状况来看，产业链大约可以分为上游零组件、原材料供应与材料加工，如玻璃基板制造、ITO薄膜制造、PET制造、化学材料供应、控制IC供应等；中游触摸屏/触控面板的制造；下游则大多是一些系统整合与终端厂商，如模组厂商、显示器厂商、家电厂商以及代理商等。
如果不算基本属于应用层面的下游厂商，目前中国大陆以及中国台湾地区的厂商主要致力于在产业链中游的触摸屏/触控面板制造领域拓展，且以电阻式产品为主，如大陆的富阳光电、华意电路、北泰显示、凰泽光电、深越光电、沃森电子、东莞冠智电子、广州恒利达等。深越光电除了提供电阻式触摸屏之外，还提供电容式与超声波式产品。同时有消息称，莱宝高科的触摸屏项目将切入ITO薄膜以及ITO导电玻璃的制造。我国台湾地区厂商切入时点较早，现在也已涌现出时纬科技、接口光电、洋华光电、奇菱科技、富晶通、嵩远光电、仕钦科技、远诺光电、宇宙光电、理义科技、胜华科技等一批触摸屏制造企业。
但触摸屏上游的零组件与材料供应基本上仍掌握在日本、美国供货商手中。比如玻璃基板的主要制造商有日商旭硝子、美商康宁；PET制造商为3M,住友、东丽；化学材料供货商为Uninwell，日矿、三井；胶材中的银胶有Uninwell，breakover-quick，Longtone，伊必艾科技、杜邦、3M，绝缘胶有藤仓、住友、杜邦、3M，双面胶有3M、日东电工，印刷胶有东洋纺等；ITOFilm制造为日东电工、尾池工业、帝人化成、东洋纺等。只有在控制IC领域，我国台湾地区的义隆电子与禾瑞亚还有较大的发言权。其次在ITO玻璃的制造中，台厂正太、冠华也有了较强的供应能力，但目前占该材料成本比重最多的ITOFilm供应几乎都是以日本厂商为主。
尽管触摸屏的实际应用越来越多，应用范围越来越广阔，可实际上该项技术仍然存在许多需要完善的地方，只有设计出更先进、智能、体贴的人机界面，使进行触控操作时更加直观、精准，同时又不影响系统的反应速度，才能有望成为人机交互的主流界面。最典型的例子就是触控操作中的回馈问题。在手机应用中，触摸屏很大程度上已经可以代替按键。可是从消费者的使用习惯角度出发，传统的按键仍然具有一个触摸屏所没有的特性——— 触感回馈。通过按键，很多使用者即使在不看键盘的情况下，也可以凭借触感判断拨打电话、发送短信，但目前通过触控屏幕却没有能力完成这项工作，使用者只有盯着屏幕，用手指瞄准，才能操作。未来，需要在虚拟按键上加入适当的按键回馈机制，例如声音或是震动装置，以更贴近消费者的使用习惯。
再者，触摸屏还有寿命和体积等问题。一般情况下，触摸屏的使用期限，肯定要远低于按键键盘，如果在屏幕上贴上保护膜，又会降低触摸屏操作的灵敏度和精确度。如果产品还有小型化的设计需求，那么过小的屏幕，会让触控操作更加困难，形成负面效果。
触摸屏控制器 第3篇
摘 要：文章介绍了一种基于PLC及触摸屏的GIS二次控制系统，分别从硬件组成和软件实现两个方面详细阐述了系统实现方法，在此基础上分析了系统功能性、可靠性、可扩展性等特点。该系统能有效地减少电气接线，简化电气调试及运行维护，实现控制系统的集约化，符合GIS小型化、智能化的发展需求。
关键词：GIS；PLC；触摸屏；控制；状态监视
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0067-01
气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated metal—enclo-
sed Switchgear，简称GIS）是一种重要的大型输变电设备，它把各组成元件按接线要求，依次连接组成一个整体，并封装在充有一定压力绝缘介质（SF6气体）的金属筒体内，用来实现输、变电线路的载流、开断及故障切除等。GIS的二次控制回路集中于二次汇控柜，实现GIS断路器及刀闸的就地控制、试验、远控/近控的切换，重要报警信号的就地显示，同时需要实现电流互感器、电压互感器二次信号，刀闸位置及其他报警及指示信号的中转。
目前，一次本体小型化和二次监控智能化是GIS发展的大趋势。为适应这种发展趋势，GIS控制系统经历了从传统继电器回路到智能化控制回路的漫长过程，对二次控制系统的安全性、可靠性、可扩展性、集约化水平、智能化水平等方面的要求也在不断提高。本文将介绍一种基于PLC及触摸屏的GIS二次控制系统。
1 基于PLC及触摸屏的GIS控制系统
针对GIS小型化、智能化的要求，控制系统采用“施耐德Quantum系列PLC+施耐德触摸屏”的方式进行设计。系统结构如图1所示。
1.1 系统的硬件组成
系统硬件设备包括PLC和触摸屏两大部分。其中，PLC元件包括能容纳10个插件的背板插槽（140XBP01000）、24 V的电源模块（140CPS21400）、Unity CPU 486处理器（140CPU31110）、开关量输入模块（140DDI35300）、开关量输出模块（140DDO3
5300）、模拟量输入模块（140ACI03000）、MB+通讯模块等（140
NOM21200）。除此之外，系统中还配置了用于GIS状态监视及人机交互的10.4英寸彩色触摸屏（XBTGT5330）。该控制系统的硬件实现如下。
1.1.1 电 源
通过开关电源将输入的工频AC220V转换为DC24V，供给PLC的电源模块，然后由PLC背板将电供给背板插槽上的其他模块，供电方式简单易行。
1.1.2 开关量输入
GIS运行过程中断路器及刀闸的位置状态、各种报警及指示信号等开关量信号需要通过PLC开关量输入模块采集至PLC，用于PLC编程及触摸屏状态监视。
1.1.3 开关量输出
PLC通过编程实现断路器、隔开开关、接地开关的分闸、合闸操作，信号复归等功能。
1.1.4 模拟量输入
GIS中的CT将一次线路中的电流转换为0～5 A（或0～1 A），VT则将一次线路中的电压转换为标准的100 V（或57 V），用作测量、计量或保护。这些电流及电压可以通过电流变送器或电压变送器转换为标准的4～20 mA或0～5 V信号，然后通过模拟量输入模块输入PLC。在PLC内部进行转换后，输出到就地彩色触摸屏用作实时监测或传送到中控室。
1.1.5 人机交互
10.4英寸彩色触摸屏安装在就地汇控柜内，每间隔配置一个。利用软件对触摸屏进行组态和程序编写，实现PLC与触摸屏之间的通讯。这样，本间隔内的开关及刀闸运行状态、各类告警及指示等信息便可以在触摸屏上清晰地现实出来。同时，可通过触摸屏向PLC发送分闸或合闸的操作命令，通过PLC的线圈输出实现相应的操作。对于带复归的信号还可以通过触摸屏实现信号复归。
1.1.6 通 讯
同一间隔内的PLC CPU模块与触摸屏之间采用编程电缆（施耐德，990NAA26350）通过RS232进行通讯。不同间隔之间的PLC通过MB+网络适配器、站电缆（施耐德，990NAD21110）、MB+TAP接头（施耐德990NAD23000）、干电缆（施耐德，490N
AA27102）等相连组网，采用MODBUS PLUS 的通讯方式。并且，在整个网络的中间加入具有双光口的光纤中继器（施耐德Modicon，490NRP25400），将电信号转换为光信号传送至中控室，保证了长距离（≤2 000 m）信号传输的可靠性。
1.2 系统的软件结构
1.2.1 GIS控制程序设计
利用Unity软件进行PLC软件的编写中，将整个程序依据不同的功能分成了若干子程序，对各个子程序的扫描顺序进行编排整合后加入主程序之中。在整个主程序中，初始化的子程序主要完成对开关量输入输出、中间变量、时间寄存器和计数寄存器等的复位功能。断路器、隔离开关及接地开关的子程序主要完成分合闸控制的逻辑联锁和操作保持及复归。报警信号扫描子程序则主要完成对各监测状态量发生跳变的报警功能。
1.2.2 触摸屏程序设计
在利用Vijeo Designer对触摸屏进行组态和程序编写时，为使人机界面直观明了，分别设置了主控制、GIS状态监视、操作记录、报警日志、版本信息、用户管理等画面。系统对不同的操作用户设置了不同的安全级别，用户对任何一个按钮的操作都必须首先通过用户密码和用户等级的确认，无授权密码或者等级不够的用户只能观看系统主画面，不得进行任何操作。对于重要的报警信息，一旦产生便会被记录到报警日志，这样可方便检修人员及早预防可能发生的设备故障。同样，任何获得了权限的用户只要对主回路中的断路器、隔离开关或接地开关进行了变动操作，不管操作是否成功，都会被系统以指定的模式记录和保存下来，方便追溯。
2 控制系统的特点及应用
该GIS控制系统采用“PLC+触摸屏”的结构形式，在湖北武汉220 kV GIS龙背湾水电站项目中得到应用，具有以下主要特点：
①通过逻辑程序的编写，PLC可替代传统控制回路中的部分中间继电器、硬接点联锁等。这样，优化了回路硬件配置，减少了电气接线施工的工作量，同时也减少了潜在的故障点，便于查线和调试。
②通过PLC的不同模块组合及其PLC编程，可方便实现对GIS的“遥控，遥信，遥测”的扩展。
③触摸屏与PLC相结合，实现了GIS控制及运行过程的就地可视化。灵活的组态方式可以实现友好的、多样化的人机界面。
④控制回路精简，汇控柜减小适应GIS小型化的发展要求。
3 结 语
基于PLC和触摸屏的GIS控制系统具有良好的功能性、可靠性、可扩展性。采用该控制系统，可有效实现复杂的GIS控制和多样化的状态就地监视。减少了电气接线施工量和潜在的故障点，简化了GIS的电气调试及运行维护，实现了控制系统的集约化，在工程应用中表现了良好的可靠性和出色的性价比，符合GIS的小型化、智能化发展的需求。
参考文献：
基于51单片机的触摸屏控制器制作 第4篇
现代社会随着信息及电子设备产品市场的迅速壮大，以及人们对电子产品智能化、人性化要求的不断提高，触摸屏作为一种便捷的输入接口，得到了广泛的应用。目前，触摸屏的需求动力主要来自于消费电子产品，如手机、PDA、便捷游戏机、便携导航设备等。但随着触摸屏技术的不断发展，它在其他电子产品中的应用也会得到不断延伸。现在市面上已有的触摸屏控制器普遍价格比较高且性能相对比较固定，一些场合下无法满足用户的实际需求。本文基于上述考虑，根据电阻式触摸屏的工作原理，选用51系列单片机作为控制核心，设计制作一种实用且低成本的触摸屏控制器。
一、电阻式触摸屏的工作原理
目前，在触摸屏领域主要有8种不同的技术：电阻式、表面电容式、投射电容式、表面声波式、红外线式、折射式、主动数字转换式和光学成像式。其中，电阻式触摸屏凭借低廉的价格以及对于手指及输入笔触摸的良好响应性，涵盖了100多家触摸屏元件制造商中的2/3，成为过去5年中销售量最高的触摸屏产品。在这里根据要设计应用的触摸屏控制器，重点介绍一下四线电阻式触摸屏。
电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸) 的透明隔离点把它们隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，这种接通状态被控制器侦测到后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得到触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是四线电阻式触摸屏基本原理。
二、触摸屏控制器硬件设计
由四线电阻式触摸屏的工作原理可以看出，在硬件设计上的主要工作就在于将触摸点所在的X轴及Y轴坐标通过控制驱动模块加以精确识别并显示出来。
1. 总体结构设计
本文采用AT89C2051作为驱动电路的控制核心，通过ADS7843模块接收触摸屏上得到的信号并控制驱动电路作出相应的反应，通过RS232串行通信发送到计算机上显示出来。其整体结构框图如图1所示。
2. 触摸屏控制系统原理电路设计
本电路以ADS7843触摸屏控制芯片为硬件驱动模块，ADS7843内部有一个由多个模拟开关组成的供电测量电路网络和12位的A/D转换。ADS7843根据微控制器发来的不同测量命令导通不同的模拟开关，以便向工作面电极对提供电压，并把相应测量电极上的触点坐标位置所对应的电压模拟量引入A/D转换器。系统以单片机AT89C2051为控制器件，它有较少的精简I/O端口，体积很小，非常适用做小型应用系统的处理器。在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的关系如图2所示等效电路，图中P为测量点。
参见图3的控制驱动电路，主控芯片为单片机AT89C2051，通过引脚3.5与3.7来接收与输出指令来控制ADS7843芯片。当触摸屏上有按压动作时，ADS7843芯片在单片机AT89C2051的作用下完成了触摸坐标X+、X-、Y+、Y-的信息采集及A/D转换，将数据信息返回到单片机，单片机根据得到的数字信息作出处理后通过MAX232芯片与计算机进行串行通信，将输入信息显示出来。
3. 触摸屏内部驱动原理电路
在本文的触摸屏驱动电路设计中，应用了ADS7843芯片作为其中的驱动模块，它在控制器的作用下完成了触摸坐标信息采集及A/D转换，并将处理后的信息送到控制器中，实现了信息交互功能。它的内部驱动电路原理如图5所示。
从图4中可以看出控制信号通过简单的电阻与三级管组合来驱动四线电阻式触摸屏。通过单片机输出指令控制三极管的通断，形成对该驱动电路的循环扫描以检测是否有按压动作以及读取XY的坐标。该驱动电路的主要工作时序为：
(1）检测是否有按压动作
(1) YCTR+=1, YCTR-=0此时三极管V2、V3都为关断状态。
(2) XCTR+=0, XCTR-=1此时三极管V1、V4都为开通状态。
(3) AD转换器读ADC的电压值，若大于门限值则说明有按压动作。
(2）读X坐标
(1) YCTR+=1, YCTR-=0此时三极管V2、V3都为关断状态。
(2) XCTR+=0, XCTR-=1此时三极管V1、V4都为开通状态。
(3) AD转换器读ADX的电压值。（3）读Y坐标
(1) XCTR+=1, XCTR-=0此时三极管V1、V4都为关断状态。
(2) YCTR+=0, YCTR-=1此时三极管V2、V3都为开通状态。
(3) AD转换器读ADY的电压值。
三、系统软件设计
根据硬件电路设计原理，控制驱动电路软件设计工作就是根据ADS7843芯片内部原理及时序关系控制其实现对XY坐标的采集，同时将信息通过RS232串行通信发送到计算机上。程序设计框图如图5所示。
四、结束语
触摸屏争霸 第5篇
如果能把一块手机或者平板电脑的触摸屏完整地解剖，你至少可以注意到以下几个部分：被称为“大猩猩玻璃”的表面保护玻璃、触控面板、液晶屏幕。只有装上了触控面板的液晶屏幕才能被称为触摸屏—它的作用最近几年你应该已经见识到了。
这个行业同样也有自己的隐形冠军。无论是苹果iPhone，还是其他触摸屏手机，超过八成的触控面板产品均来自台湾，其中宸鸿（TPK）占了50%，胜华科技（Wintek）占了30%，余下的则来自鸿海旗下的奇美电子。以宸鸿为例的话，眼下这家公司包括生产工人在内的员工总数超过了5万人。
接下来想象一下，如果智能手机不再需要触控面板，这个行业会发生什么。
这当然不是说手机会重新回到键盘时代。我们在说的其实是更薄、更轻、对比度更高的触摸屏。它将触控面板和液晶屏合二为一了，被称为“In-Cell”，即“内嵌式触控技术”。
目前的主流触摸屏中，触控面板和液晶显示面板是分离的，两者通过后续的贴合工艺合在一起，形成“触控显示屏”；而在In-Cell技术下，触控功能模组可以直接嵌入到显示面板的液晶像素中，实现触控和显示的二合一。
从技术本身带给屏幕的直接效果来看，In-Cell技术可以提升屏幕亮度、降低功耗和阳光反射。由于不用单独增加一层触控面板，手机还可以变得更轻、更薄。
手机生产企业也是受益的一方。它们今后可以直接采购带有触摸功能的显示屏，不需要再单独采购触控面板，省去了原材料、物流成本和贴合工序，简化了整个供应链。
最新使用这一技术的极有可能将是苹果的新手机iPhone 5。现在，“苹果将与显示面板厂商夏普、东芝合作，在iPhone 5中采用In-Cell技术”的消息正在产业链上流传，以至于那些触控面板生产商纷纷发表官方声明，以稳住股价。
关于苹果新产品的传闻人们一向百听不厌，这一次它似乎又要“改变世界”了。不过我们也可以换一种稍微委婉一点的说法：无论是从消费者的角度还是手机生产企业的角度看，触摸屏的“In-Cell”恐怕都已经是一个不可阻挡的潮流了。
北京集创北方科技有限公司总裁张晋芳的一个观点是，无论是三星、东芝还是索尼，这些或者已经掌握了“On-Cell”、或者准备向“In-Cell”发展的显示屏厂商将会变得更强大，而业务过于集中在传统触控面板的厂商将受到不小冲击。集创是一家芯片设计和解决方案公司，其芯片主要用于LED屏幕显示驱动、触摸屏传感控制等。
On-Cell是In-Cell技术的“前身”，最先是由三星实现的。
目前市场上绝大多数的智能手机、平板设备和笔记本电脑，采用的都是TFT-LCD显示屏，它技术成熟，在对比度、功耗、寿命等性能上表现均衡，同时材料成本低廉，因此适合大规模生产。但这一技术眼下已经发展到了极限，无法做得更薄，分辨率最多也只能达到720P的等级。
在这方面实现突破的是三星AMOLED显示屏。与TFT-LCD相比，由于省去了背部光源部分，AMOLED显示屏在屏幕轻薄、可视角度、对比度等方面都有了提升，更直接提升了20%的亮度。
更具变革性的是另一点。在基于TFT-LCD的触摸屏下，触控面板与液晶显示屏贴合，显示屏的玻璃也构成了触摸功能的一部分，这会给触控信号带来干扰，多少都会影响到触控效果；而在三星2010年正式推出的Super AMOLED屏幕上，触控模组可以直接“外挂”在显示屏上，显示屏的玻璃只起到保护作用，减少了对触控信号的干扰。在新的工艺下，新型触控面板也可以做得更薄。
如今On-Cell触摸屏的市场需求与日俱增。市场调研机构NPD DisplaySearch的数据显示，全球AMOLED面板今年第二季度出货量足足增长了93%，市场总额达到了14.6亿美元，占中小型显示面板市场的20.2%。而三星更是全球最大的AMOLED屏幕提供商，市场占有率高达97.5%。
三星逐渐显示出了它对产业链上下游的影响力和控制力，现在它已是全球最大的手机生产商。这或许也能解释苹果为什么要拉拢LG、夏普、东芝和索尼，希望在下一代iPhone中采用In-Cell技术。它开始将三星视为对手，并且希望逐步摆脱在屏幕工艺和技术上对三星的依赖，寻找新的合作伙伴。
几乎可以肯定的是，In-Cell技术的良品率一开始并不会太高。由于直接将触控模组嵌入到了液晶屏像素中，给触控信号带来的干扰将比以往的技术都要大。如何有效地降低干扰，提高触控准确性，将是各个厂商需要着力解决的一个大问题。
因此三星的On-Cell技术还有时间去提高自己的市场占有率，并且选择合适的时机，用自己的方法向In-Cell推进。最大的挑战将来自于Super AMOLED显示屏的产能限制。
由于三星的Super AMOLED面板在终端市场颇受欢迎，和鑫光电（HannsTouch）将在2012年第一季里开始生产新的5.5代触控传感器—它是可以“外挂”的触控面板，最大产能约为每月5万片；另外，住友化学（Sumitomo）也制定了类似计划，它们将一起帮助三星解决AMOLED触摸显示屏的产能问题。在新型触控模组上，三星开始摆脱过去单打独斗的局面。
那些过去专注于生产传统触控面板的厂商看起来已经有点被边缘化的危险，对还未掌握On-Cell技术的显示屏生产商来说，这个威胁也与日俱增。个人智能移动终端对显示屏越来越薄的要求，正在迫使终端设备的制造商们考虑放弃传统触控面板，采购那些集成了触控和显示功能的液晶屏。
单片式玻璃触控结构（Sensor-on-Cover），或许能帮助传统触控面板生产商暂时抵御来自新趋势的冲击。
这种工艺可以不再像过去那样在线路两侧都贴上玻璃。如果良品率达到可以量产的水准，那么不但可以减少触控面板的厚度与重量，还可以为终端厂商降低成本。
张晋芳说，采用这种结构可以使厚度减少0.3mm至0.6毫米，也改善了整个屏幕的透光率。这种工艺可以通过“大片制程”（Sheet Type）或“小片制程”（Piece Type）两种方法实现。
“大片制程”是一种先加工、再切割的方法，先将一大片玻璃基板强化、并以整片基板为单位进行触控线路的蚀刻，然后再切成所需要的面积大小。这一工艺的优点是效率高、触控线路的良品率也比较高。但强化后的玻璃经过多次切割，表面容易产生许多看不见的细微损伤，而这些细微损伤正是造成日后玻璃强度弱化、容易破裂的主要原因。
“小片制程”的工艺与此相反，首先确定屏幕大小，然后单独制作。虽然玻璃强度得到了提高，但对工艺的要求和成本也随之上升。
根据行业咨询机构NPD DisplaySearch发布的《2011年第四季度触控屏市场分析报告》，当年采用单片式玻璃触控结构的触控面板总计出货量约为1600万片，主要用于屏幕大小在3寸以上的智能手机，大部分产品都使用了“大片制程”。
当然，传统触控面板厂商也可以选择加入“触显二合一”的战局，引入In-Cell技术。但在这件事情上，它们还要同时得到TFT-LCD显示屏厂商的支持，后者必须提升自己的生产工艺。
眼下最先进的TFT-LCD工艺被称为低温多晶硅技术（LTPS），它的显示效果更精细。但这一工艺成本太高，良品率也没有很好的保证，因此大部分厂商都不敢贸然增加产量。
从良品率、生产成本等因素考虑，大部分触控面板与液晶屏厂商的合作短期内仍然会以大片制程+单片式玻璃触控结构的组合为主。NPD DisplaySearch的分析认为，在未来数年内，贴合工艺触摸屏、On-Cell触摸屏和In-Cell触摸屏仍会同时出现在市场上。
提升触摸屏的技术工艺很难一蹴而就。早在2005年，宸鸿创始人江朝瑞就曾前往芬兰，向诺基亚推销触摸屏技术，希望诺基亚将这一技术应用到手机上。此时的宸鸿已经快走上绝路，为研发触控面板，这家公司6年总计烧掉了12亿新台币。
好在后来的苹果iPhone大获成功，宸鸿开始收到源源不断的订单。从2007年6月起，宸鸿为iPhone定做的电容触摸屏正式量产。第一天试产时，它们成功生产了200片触摸屏，但是良品率只有8%。这是一条有90道工艺的精密生产线，中间出现一点差错都会导致生产的触摸屏报废。经过反复修改生产工艺，宸鸿在一个月之后将良品率提升到了80%。
现在，这些昔日的荣光开始暗淡。领先的智能手机和显示屏厂商们—苹果、三星、索尼、LG，正计划逐步“抛弃”传统触控面板，走向新技术之路；而后者并不打算坐以待毙，它们仍然希望以自己的方式，在产业链中占有一席之地。
在短期之内，这暂时还不会演变成为一场你死我活的战争。尽管新趋势的走向越来越明显，但其中无疑也会受到诸多商业和市场因素的制衡。毕竟如果一家几万人的工厂一夜之间倒闭了，这件事情可并不怎么好 玩。
触摸屏控制器 第6篇
触摸屏是电子产品中常用的一种输入设备,通常与液晶屏搭配使用,用来取代传统的键盘输入,广泛应用于电子产品与工业控制中。触摸屏通常附着在液晶显示屏表面,通过微处理器对触摸屏的控制,实现触摸屏对液晶屏图像界面的直接操作。电阻式触摸屏由于成本低,无专利技术的原因,是嵌入式设备应用最为广泛的一种触摸屏。本文提出一种电阻式触摸屏控制器的设计方法,为业界主流低端手机基带芯片MTK6223D提供触摸屏控制的功能扩展;同时针对电阻式触摸屏x,y方向总电阻测量的问题,提出一种自适应的触摸屏x,y向电阻测量方法,既提高压力电阻的计算精度,又可避免人工测量电阻式触摸屏的电阻参数,有效节约手机开发成本和生产时间。
1 电阻式触摸屏结构
电阻式触摸屏根据引出信号线的数量,可以划分为4线、5线、6线、7线、8线等类型,其中以4线电阻式触摸屏最为常见,结构最为典型。本文讨论的电阻式触摸屏,均指四线结构电阻式触摸屏。
1.1 基本结构
电阻式触摸屏在玻璃或丙烯酸基板上覆盖有两层透平、均匀导电的ITO层,分别作为X电极和Y电极,它们之间由均匀排列的透明格点分开绝缘。其中下层的ITO与玻璃基板附着,上层的ITO附着在PET薄膜上。X电极和Y电极的正负端由“导电条”分别从两端引出,且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直。引出端X-,X+,Y-,Y+一共4条线,这也是4线电阻式触摸屏名称的由来。当有物体接触触摸屏表面并施以一定的压力时,上层的ITO导电层发生形变与下层ITO发生接触,进而2个导电层间在该位置的电压和电阻发生变化。控制器检测电压变化后,在x和y 2个方向上产生信号,读取触点位置在x,y方向上的电压值后,同该x,y方向上的参考电压进行比较,计算出触点的坐标。这是电阻式触摸屏的基本工作原理。
1.2 坐标的估算
计算电阻式触摸屏触点的x,y坐标分为如下两步(见图1):
(1)计算y坐标,在Y+电极施加驱动电压Vref,Y-电极接地,X+作为引出端测量得到接触点的电压,由于ITO层均匀导电,触点电压与Vref电压之比等于触点y坐标与屏高度之比。
(2)计算x坐标,在X+电极施加驱动电压Vref,X-电极接地,Y+作为引出端测量得到接触点的电压,由于ITO层均匀导电,触点电压与Vref电压之比等于触点x坐标与屏宽度之比。测得的电压通常由ADC转化为数字信号,再进行简单处理就可以作为坐标值,判断触点的实际位置。
2 触摸屏控制器的设计
本文采用的触摸屏控制系统由基带芯片MTK6223D、触摸屏控制器和触摸屏3部分组成,如图2所示。MTK6223D是联发科技(MTK)的一款低端GPRS/GSM基带芯片,该芯片将ARM7控制模块、DSP模块、射频模块和电源管理等集成到一起,采用Nucleus Plus操作系统,是目前业界一款主流的低端手机基带芯片。但是MTK6223D没有提供对触摸屏的支持,为进一步强化手机的功能,MTK6223D需要搭配触摸屏控制器芯片,实现功能更为强大的手机设计。本文提出的触摸屏控制器主要实现对触摸屏信号的模/数转换,坐标值计算,压力电阻阻值计算和抬笔落笔中断判断4项功能,并通过AMBA总线向手机基带芯片上传数据。
2.1 触摸屏控制器
触摸屏控制器分为模拟信号处理和数字控制电路2个部分,如图3所示。模拟信号处理部分负责模/数转换、测量x,y方向坐标与量化等工作。数字控制电路负责控制测量流程和计算压力电阻阻值等功能,同时数字控制电路也要向基带芯片提供中断报告和总线访问机制。
2.1.1 模拟信号处理
模拟信号处理如图4所示。
模/数转换部分的主要工作是将触摸屏传来的模拟信号量化成数字信号,同时将向数字控制部分提供相应接口。SP5368触摸屏控制器使用逐次逼近模数信号转换器(SAR ADC),将模拟信号转化为8位的数字信号,共有256个量化级别,基本满足分辨率在320240以下触摸屏的测量精度。
模拟信号的测量分为差分测量和单端测量两种模式,如图5所示。差分模式的测量精度较高,但是功耗较高。单端模式的功耗较小,但是测量精度较低,同时存在部分码值多余的现象。在实际应用场合,应视需求的不同,选择合适的测量方式。
2.1.2 数字控制电路
数字控制电路主要的功能有2项,一个是控制驱动电路,完成对触摸屏触点坐标和压力电阻的采集,另一个是计算触点压力值,向上位机(上层系统)提供抬笔和落笔两种类型的中断。其数字电路的示意图如图6所示。
2.2 压力电阻阻值的计算与分析
触摸屏控制器除了向操作系统提供触点x,y方向坐标外,另一项功能是向系统报告抬笔中断和落笔中断。在电阻式触摸屏结构中,触摸屏的抬笔中断或落笔中断,是通过判断压力电阻阻值的变化产生的。
压力值反映了触摸屏2层导电薄膜之间电阻值RTouch的变化,压力越大,RTouch就越小,压力越小,RTouch就越大。计算压力值,实际上就是计算触点位置的RTouch。通过对触点压力的计算,系统可以判断挤压动作是抬笔动作还是落笔动作。电阻式触摸屏压力计算的基本原理分三步,如图7所示。
(1)X-接地,X+接电源,Y+接ADC得到触点的X坐标;
(2)X-接地,Y+接电源,X+接ADC得到Z1点的位置Z1;
(3)X-接地,Y+接电源,Y-接ADC得到Z2点的位置Z2。
然后,结合xy方向的总电阻值就可以求出:
计算出压力电阻RTouch后,需要同阈值电阻RTup,RTdown(RTdown
费力的感觉,同时过度用力挤压触摸屏也会减少触摸屏寿命,破坏触摸屏物理结构;如果RTup设的过大,会在画线过程中产生频繁抬笔动作,则会让使用者产生写字不连续,无法划出连续直线的现象。
2.3 自适应的电阻测量方法
由于市场上触摸屏品牌众多,各厂家的触摸屏参数存在差异,所以触摸屏x,y方向总电阻RREF会随着触摸屏型号的不同发生变动。对于同一型号触摸屏,由于制作工艺的问题,RREF也会出现上下浮动。在触摸屏的压力电阻计算中,RREF是一项主要的计算参数,因此在实际的电子产品开发中,针对不同触摸屏,测量并修正触摸屏x,y方向的总电阻RREF是一项十分重要的工作。但是在产品成型之前,如果对每一个触摸屏个体进行单独的RREF测量和记录是一项耗时并且浪费成本的工作。目前业界通用的做法是每种型号的触摸屏采用统一的参数,并不对每个触摸屏进行单独的测量。
针对上述问题,为了更加精确地计算压力电阻,笔者提出了一种计算电阻式触摸屏RREF的方法。该方法只需要对已封装在产品中的触摸屏进行简单的点击测试,然后结合软件算法,即可计算出触摸屏的RREF。另外,由于该方法和触摸屏校正采用的点击方式非常相似,因此该测量过程可以和触摸屏校正同步完成。所以,该方法可以在没有消耗时间和成本的前提下,完成对触摸屏个体的RREF计算与修正,同时具备较好的测量精度。为便于讨论,下面仅讨论x方向RREF的测算,y方向同理。其基本步骤如下:
(1)在差分模式下,点击触摸屏任意一条对角线方向的2个顶角A和B,获取触摸屏有效面积内x方向上电压量化值Xmin d,Xmax d(量化值为1~256的区间)。在差分模式下,触点电压量化值是触点处电阻同触摸屏总电阻的量化值比值,如图8所示可得到以下关系。
(2)点击触摸屏任意一条对角线方向的2个顶角A和B,获取单端模式下触摸屏有效面积内x方向上电压极值的量化值Xmin s、Xmax s(量化值为1~256的区间)。不同于差分模式,单端模式引入了A/D转换电路中MOS场效应管开关。对于芯片厂商而言,MOS场效应管参数和其电压参数都是已知的。故在这种情况下,触点电压量化值是触点处电阻同触摸屏总电阻与MOS管电阻之和的比值。如图9所示可得到以下关系。
(3)由式(6),式(7)可以得到NMOS场效应管RN与R3的关系,其中VDS是NMOS管的漏极电压。
在单端模式下,易得:
结合MOS场效应管的漏极电流公式,对于一个已知的数/模转换芯片,VSS,μN,COX,W,L,VGS和Vth均为已知参数;联立式(9)、式(10),可以推出通过MOS管的漏极电流为:
又因为IRs=VDD且,结合式(3),(4),进而最终求出x方向的总电阻Rref。
3 MTK驱动层
MTK为其开发的系列基带芯片提供定制的嵌入式操作系统,该嵌入式操作系统是基于Nucleus Plus抢占式多任务系统内核扩展而成,并通过宏定义开关对不同型号的基带芯片提供支持。MTK定制软件平台的触摸屏驱动以任务(Task)的形式存在,任务的函数入口是位于touch panel main.c中的tp task main函数,触摸屏任务通过轮询的方式监测触摸屏的状态信息,进而完成对不同状态的事件响应。
MTK6223D基带芯片自身并不支持触摸屏功能,所以基于MTK6223D的嵌入式平台通过宏定义开关封闭了平台对触摸屏相关功能的支持,但触摸屏的相关代码和架构仍然得到了保留。在MTK6223D搭配触摸屏的手机设计方案中,触摸屏功能通过外界触摸屏控制器得到实现,触摸屏的底层驱动是在MTK原有架构的基础上扩展而成。MTK嵌入式操作系统将触摸屏的状态信息保存在TouchPanelDataStruct结构体中。当嵌入式系统收到来自触摸屏控制器的中断时,中断函数完成对Touch Panel PenState enum中state变量的更新,然后tp task main函数通过对state变量的判断,确认触摸笔屏处于UP状态还是DOWN状态,同时读取触摸屏的当前坐标。
4 结语
该文研究了电阻式触摸屏的工作原理,提出一种和基带芯片MTK6223D搭配使用触摸屏控制器的设计与实现,并根据实际生产设计需求,提出一种自适应的测量触摸屏总电阻阻值的方法。该测量方法通过软件和触摸屏硬件控制器配合完成,并可与触摸屏校正同步实现。该方法具有较高的测量精度,不用在产品组装前,对触摸屏元器件进行单独测量,有效地节约了产品研发生产的时间和成本,对于嵌入式产品设计与开发具有较为实际的意义。
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触摸屏控制器 第7篇
凭借其巨大的出货量与其一年一次的变化, 移动市场大大拓展和发展了触摸屏控制技术。毫无疑问, 对于广大消费者而言, 触摸屏技术迈出的第一步是电阻式触摸技术。它的手写功能为文字输入带来了一种全新的方法。在今天的社会中, 手写输入已经和知道如何“正确”地在星巴克点单一样, 成为您社会地位的无言象征。如果您不知道这种技术, 那么您就过时了。电阻式触摸技术曾在移动市场占有“王座”的地位, 直到最近才被其新出现的“篡位者”打败:电容式触摸 (cap touch) 屏控制。最初使用时, 这种技术为一种专有技术, 但之后越来越多的公司看到了它的好处, 开始屈身致力于这种技术的开发工作。那么, 它有什么特别之处呢?让我们来深入研究电容式触摸技术及其成熟过程和各种版本情况。
第一次实现的电容式触摸一次只能识别一个触摸动作。毕竟, 这正是电阻式触摸屏所能实现的。那么, 为什么我们需要同时多点触摸呢?这种单一固有电容仅监控一个检测通道的接地电容值。当人们渴望拥有多点触摸时, 一种新的方法出现了。在这种情况下, 表面电容或者仅固有电容形成幻影效应 (请参见图1)
图1单触摸点固有电容单一传感器 (1a) 和导致幻影效应点 (白圈) 的双触摸点 (1b) 图像
为了解决这个问题, 我们使用互电容概念来监控每排和列之间组合的电容值。这种方法让系统拥有更高的精确度, 但是搜索数从算数搜索变为几何搜索。现在比较排数*列数和排数+列数 (参见图2) 。
这些基本的触摸检测系统, 演化出了手势识别、对象拒绝和其它功能。最初, 这些功能要求更多的功耗, 因此触摸设计人员使用现有微控制器, 并对必要模拟工具进行一些改进, 以应对开发工作。他们可能完成了工作, 但这是最为有效的方法吗?未必。经常有人告诉我, 您不必最优秀, 只需比竞争者好便可。
谈及人生安全时, 就会讲到从众心理。但在商界, 随大流并不总是能让您获得成功。新技术和新方法总是层出不穷。就电容式触摸屏而言, 使用集成微控制器可以实现您的目标, 但付出的代价是什么呢?集成FLASH和RAM会推高功耗和资金成本。另外, 使用触摸屏的系统通常都已经集成了某种嵌入式控制器, 用于满足完成触摸计算或者复杂触摸识别的要求。实际上, 研究今天的市场发展趋势就可以发现, 应用处理器正在塑造其自有专用触摸引擎。为什么会出现这种情况呢?
原因是系统优化。为什么要使用冗余元件呢, 因为这样可以:1) 节省资金;2) 减少对便携式设备充电的次数。换句话说, 你可以与朋友拥有更长的通话时间, 或者多看一部电影。因此, 触摸屏控制器公司们开始纷纷跟进。它们研究特殊需求, 开发出基于模拟前端 (AFE) 的投射电容式触摸屏控制器。
当开启使用嵌入式微控制器和使用数字状态机 (或基于AFE的设计) 的触摸IC时, 会出现什么情况呢?
图3使用应用处理器 (淡灰色) 的平均功耗, 对比使用嵌入式MCU (3a:深灰色) 的触摸IC以及使用数字状态机 (3b:红色) 基于触摸IC的AFE工作模式的功耗
图3表明, 应用处理器运行时两种方法都有噪声, 但是, 如果我们关闭应用处理器的结果如何呢?
这里是一个完全不同的情况。现在出现的是数量级的差异:<0.1m W vs<10m W。图4清楚地表明, 相比基于AFE的设计 (图4b) , 在更长一段时间内, 集成MCU触摸屏控制器 (图4a) 额外硬件的功耗更多。考虑到设备在90%时间里通常都处在上述状态下时, 这种情况便更具意义。这种AFE型设计的低功耗创新可给系统添加诸如双击唤醒等新功能。
我们从功耗的角度, 为您说明了只能使用基于AFE解决方案的合理性。您是否在想, 如果没有MCU, 你将更加依赖于应用处理器, 这样会不会让其负担过大呢?下面让我们来看看, 是否会出现这种情况。
应用处理器:
●ARM A9双核。
●1GHz。
图3使用应用处理器 (淡灰色) 的平均功耗, 对比使用嵌入式MCU (3a:深灰色) 的触摸IC以及使用数字状态机 (3b:红色) 基于触摸IC的AFE工作模式的功耗
●总MIPS/功耗:
1000 MHz* (2.5 DMIPS/MHz) *2=5000 DMIPS, 功耗~0.6W。
具有较强竞争力的MCU集成触摸屏控制器。
●规格:
Arm cortex M3。
60Mhz。
1.25DMIPS/MHz。
149µW/MHz。
●假设TSC CPU为100%负载
60MHz*1.25 DMIPs/MHz=75DMIPS。
60MHz*149µW/MHz=~9m W+Flash+M。
●在应用处理器运行所有触摸代码时所用资源
75 DMI PS/5000 DMI PS=1.5%。
0.6W*1.5%=9 m W。
在应用处理器上运行相同代码实际降低了Flash和M的功耗成本, 并且仅消耗1.5%的处理器可用DMIPS。这看似十分合理且功耗更低, 但我们假设100%的CPU负载在滤波和手势识别之间平等分配, 并且顺利协调。由于基于AFE设计已经内置了滤波硬件, 因此便不再需要这部分的CPU负载。现在, 您便可以把负载和功耗降低一半!
●运行手势识别/滤波时所用资源
32.5 DMIPS/5000 DMIPS=0.75%。
4.5 m W。
总结
触摸屏控制器 第8篇
关键词：TSC2046,触摸屏,LPC2132芯片,控制器
0 引 言
随着信息技术的不断发展,嵌入式系统正在越来越广泛地应用到消费类电子、通信设备等便携式电子类产品中。触摸屏由于其轻便、占用空间少、灵活等优点,已经逐渐取代键盘,成为嵌入式系统中最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸屏分为电阻、电容、表面声波、红外线扫描等类型,其中使用最多的是四线或五线电阻触摸屏。四线电阻触摸屏是由两个透明电阻膜构成的,在它的水平和垂直电阻网上施加电压,就可通过转换面板在触摸点测量出电压而对应出坐标值。TSC2046是典型的逐次逼近寄存器型A/D变换器,其结构以电容再分布为基础,包含了取样/保持功能,支持低电压的I/O接口。本文介绍了利用飞利浦公司的LPC2100系列ARM芯片LPC2132、TSC2046和液晶屏实现人机互动。
1 触摸屏的工作原理[1,2]
本文选用的触摸屏为四线电阻触摸屏,由一个4层的复合薄膜,附着在显示器表面与显示器配合使用。每一导电层为触摸屏的一个工作面,每个工作面的两端各涂一条银胶,称为该工作面的一对电极,分别称为X电极对和Y电极对。触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标。比如,在顶层的电极(X+,X-)上加上电压,则在顶层导体层上形成电压梯度,当有外力使得上下两层在某一点接触,在底层就可以测得接触点处的电压,再根据该电压与电极(X+)之间的距离关系,知道该处的X坐标。然后,将电压切换到底层电极(Y+,Y-)上,并在顶层测量接触点处的电压,便可得知触摸者的意图。测量触点坐标电原理图如图1所示。
2 TSC2046的工作方式和控制字
TSC2046的输入方式分差分输入和单端输入两种,可设置为8位或12位工作模式。本文以12位差分输入模式进行工作。TSC2046的控制字如表1所示。
表1中S为数据传输起止标志位,该位值恒为“1”。A2～A0用于对TSC2046输入通道的选择,确定触摸屏体输出模拟电压从哪个引脚输入。MODE用于确定A/D转换的精度,为0时选择12位,为1时选择8位。
3 典型应用
LPC2132是飞利浦公司的一款基于支持实时仿真的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器芯片,并带有16 KB SRAM和64 kB嵌入的高速FLASH存储器,内置了宽范围的串行通信接口(范围从多个UART,SPI和SSP到两条I2C总线)、多个32位和16位定时器、1个改良的10位ADC、所有定时器上输出匹配的PWM特性、以及具有多达13个边沿或电平触发的外部中断管脚的32条高速GPIO线等硬件资源[5,6]。
LPC2132的最小系统设计如图2所示。
LPC2132芯片操作电压为3.0～3.6 V,本系统采用3.3 V供电,便于供电电压统一。晶振采用常规直插晶振11.059 2 MHz。由于LPC2132芯片的高速度、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性、电源监控等诸多方面的要求较高。本系统的复位电路采用微处理器专用的电源监控芯片STM811,如图2所示。该芯片在初次上电和系统电压小于3 V时会输出复位信号,同时此芯片不需要任何外围电路,且带有手动复位功能。本系统外设只有一个就是TSC2046。LPC2132和触摸屏控制器连接如图3所示,SCK0引脚为SPI时钟,MOSI引脚为SPI主机输出从机输入, MISO引脚为SPI主机输入从机输出,这三根线为SPI总线。2046_CS为TSC2046的片选引脚,PENIRQ为笔中断信号,CZ6为触摸屏连接口。
4 程序设计
本文的驱动程序以上面所设计的硬件为基础。TSC2046的驱动程序通过标准SPI(Serial Peripheral Interface)协议和LPC2132通信。当触摸屏被按下(即有触摸事件发生)时,则TSC2046通过PENIRQ中断引脚向LPC2132发中断请求。LPC2132接到请求后,应延时一下再响应其请求,目的是为了消除抖动使得采样更准确。也可以尝试3次采样取最后一次结果为准,目的也是为了消除抖动。LPC2132驱动触摸屏工作的程序流程如图4所示。
采用中断方式处理来自TSC2046的PENIRQ中断引脚的中断申请,在主程序中要设置相应的中断源。在实际应用中,采用查询PENIRQ中断引脚电平的方式,比较节省系统资源。
根据TSC2046的Datasheet[7],TSC2046的控制字及数据传输格式见表1。选择控制字如下:0x94,即从触摸屏的“X+”引脚得到Y坐标的AD值;0xe4,从触摸屏的“Y+”引脚得到X 坐标的AD值。
触摸屏的相关驱动程序如下:
5 结 语
本文以ARM处理器的LPC2132芯片和TSC2046触摸屏控制器为硬件平台,设计了嵌入式系统触摸屏交互功能模块,此方法已经在实际项目中应用,触摸响应效果良好。
参考文献
[1]张雪峰.触摸屏技术浅谈[J].现代物理知识,2004(3):45-47.
[2]杨帮朝,张治安.触摸屏技术及应用[J].电子世界,2003(2):80-81.
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[4]朱品伟,韩晓新.基于C8051F020的触摸屏驱动控制[J].国外电子元器件,2008(4):26-28.
[5]刘和平,余银辉,高尚勇.触摸屏液晶控制器与DSP的接口设计和应用[J].电子测量技术,2008(4):150-153.
[6]周立功,张华.深入浅出ARM7-LPC213x/214x[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[7]Texas Instruments.TSC2046low voltage I/O touch screencontroller datasheet[DB/OL].[2008-07-16].http://fo-cus.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tsc2046.pdf,2008.
触摸屏控制器 第9篇
关键词：PLC,触摸屏,X62W铣床,电气控制
前言
铣床可用来加工平面、斜面、沟槽, 装上分度头可铣切直齿轮和螺旋面, 装上圆工作台可铣切凸轮和弧形槽, 所以铣床在机械行业的机床设备中占有相当大的比重[1]。铣床的种类繁多, 但一般都采用继电器接触器控制方式, 这种方式存在着控制失效、控制不良、动作速度较慢等缺陷[2]。一旦发生故障, 排故检修耗时长, 严重时会极大地影响生产效率。
当前, PLC广泛地应用于自动生产线的工业生产过程中。其抗干扰能力强、可靠性高、编程简单方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、价格适中[3]。基于PLC优异的性能及广泛的工业应用, 将其运用到X62W铣床的控制线路中, 可使控制线路简化, 故障率降低, 再配以触摸屏的控制, 可使操作控制过程简单化。并且, 这种改造也可应用在教学中, 将《电机拖动》与《PLC应用技术》两门课程的知识相结合, 提高学生的综合技能。
1. X62W铣床电力拖动及控制要求
铣床的主轴旋转运动与工作台的进给运动之间不存在速度比例协调的要求, 故由主轴电动机和进给电动机单独拖动, 同时为冷却铣刀设有冷却泵电动机。
1.1 主轴拖动对电气控制的要求
铣床加工方式有顺铣和逆铣两种, 要求主轴能正、反转运行, 但旋转方向不需要经常变换, 在加工前由转向开关选定方向即可。
为保证安全及减轻负载波动带来的影响, 主轴电动机停车时、主轴在上刀时都设有制动环节。X62W铣床是采用电磁离合器来控制主轴停车、主轴上刀制动。
为减小齿轮端面的冲击, 使主轴变速时齿轮顺利啮合, 主轴变速时应有主轴变速冲动环节。
主轴电动机的起动、停止等控制能够两地操作, 使操作者在铣床正面或侧面都可进行操作。
1.2 进给拖动对电气控制的要求
工作台的进给运动有左右、前后、上下六个方向, 他们都是由进给电动机拖动, 因此进给电动机能够正反转运行。并且在同一时间只允许一个方向的运动, 即六个方向的运动必须互锁。此外六个方向的移动应设有限位保护。
进给变速时, 为使变速后齿轮顺利啮合, 减小齿轮端面的撞击, 进给电动机能够做瞬时点动运动。
为使铣床安全可靠地工作, 铣床工作时, 要求先起动主轴电动机, 才能起动进给电动机。停车时, 主轴电动机与进给电动机同时停止, 或先停进给电动机, 后停主轴电动机。
2. X62W铣床电气控制线路改造原则
依据铣床的控制要求, 在进行电气控制线路改造的过程中, 主电路结构不变, 将控制电路的继电器接触器控制方式改造为PLC控制。改造前后须保证铣床加工工艺不变。一些简单直接的控制可单独使用, 不加入到PLC的控制中。控制线路中热继电器的常闭触点换成常开触点接到PLC的输入端。增加触摸屏控制, 使部分控制操作简单、清晰。
3. X62W铣床电气控制系统改造
3.1 PLC和触摸屏的选型
根据X62W铣床的拖动及控制要求, 选择了三菱公司FX2N系列的FX2N-48MR-001型PLC。该PLC共计48个输入输出点, 完全满足X62W铣床控制线路的要求, 并可留用部分端口, 用做日后扩展。
触摸屏选取了三菱公司的GT1155型, 该触摸屏大小为320*240, 可用于X62W铣床的显示控制。
3.2 I/O分配及其硬件设计
通过分析铣床的电气原理图, 设计了15个输入量, 6个输出量。其中, 保护主轴电动机、冷却泵电动机和进给电动机的热继电器的常闭触点分别作为输入信号, 在PLC程序中实现其保护作用。冷却泵电动机未利用PLC控制, 仍使用QS2直接控制。照明电路也未加入到PLC控制中, 保持原来的SA4直接控制。铣床的换刀动作使用PLC控制。系统的I/O分配图如表1所示。
控制电路的电压是110V交流电, 经变压器TC变压获得。照明电路的电压是24V交流电, 经变压器T1变压获得。而制动电路的电压是经T2和VC整流变压获得的直流电。结合输入输出的分配情况, 控制系统的硬件设计线路如图1所示。
3.3 梯形图和程序设计
根据I/O分配和硬件设计, PLC的梯形图程序如图2所示。
对于主轴电动机的控制, 起动前应先选好主轴的转速, 再把换向开关搬到所需要的转向, 接下来按起动按钮SB1 (SB2) , 电机就可运行。停止按钮为SB5 (SB6) , 铣床采用的是电磁离合制动, 当x0有输入信号时, 输出端Y6就会接通YC1, 实现电磁制动。
主轴换刀时, 铣床必须处于制动状态, 故拨动SA1, 即X7获得输入信号时, 仍接通Y6电磁离合器YC1处于工作状态。
主轴变速后, 可利用冲动位置开关SQ1, 使主轴电动机点动, 以便齿轮顺利啮合, 即X10获得输入信号, 输出端Y0驱动KM1带动主轴电动机点动运行。
SQ3、SQ4、SQ5、SQ64表示6个方向的运动要连锁, 并且旋转运动与6个方向的进给运动也是连锁的。
6个方向的快速移动是通过按钮SB3 (SB4) 控制的, 对应的是PLC的输入端X2。
进给变速之后, 也可利用冲动位置开关SQ2使进给电动机点动, 即PLC的X11端获得输入信号, 使输出端Y1驱动KM2带动进给电动机正向点动运行。
3.4 触摸屏程序设计
设计的触摸屏控制面板如图3所示。控制面板分为上下两部分, 上部分是控制单元, 对于PLC的15个输入量, 除三个热继电器常闭触点的输入端外, 其余的输入量均可通过触摸屏控制;下半部分为显示单元, 显示的内容为主轴电动机和进给电动机的工作情况。
4. 结语
利于PLC技术对X62W万能铣床的电气控制系统的改造, 现已形成了很多改造方法, 在此文中, 笔者根据对铣床电路原理图的深入分析, 在保持了铣床的原有运行规律的基础上设计了改造过程。创新点在于不仅仅是利用PLC的控制方式改造, 同时加入了触摸屏的控制, 使改造后的系统操作过程更加清晰。该方法对于同类设备的改造具有一定的参考价值, 同时为笔者的教学工作带来很大的促进作用。
参考文献
[1]曾方.电机拖动与控制[M].北京:高等教育出版社.2009.
[2]李建荣.PLC在X62W万能铣床电气控制系统改造中的应用[J].安徽职业技术学院学报, 2011, (6) :28-29.
疯狂的“触摸屏” 第10篇
华宝证券认为，智能手机和平板电脑的热销是引起触摸屏需求增加的原因之一，国内手机厂商采购逐渐由台湾转向大陆也是一个动力，这是“引爆”国产触摸屏需求的两大因素，并在资本市场得以表现。
电子业迎来了超级订单
为了取得主动，通讯公司纷纷发起“圈屏”运动，抢夺上游供应链资源。2月4日，宇顺电子发布了一则超级订单公告，此后其股价出现连续6个涨停。公告称，宇顺电子近期中标中兴康讯“2012年度液晶显示屏及电容式触摸屏招标项目”，中标总金额达23亿元。而宇顺电子2010年营业收入才有7.4亿元，而且，此次中标额相当于宇顺电子2011年总资产的两倍，全年营收的三倍，净利润的十倍。
宇顺电子2009年的净利润为3512万元，2010年降至2838万元，2011年则为2051万元。2008年至2011年四年间，其与中兴康讯双方的交易金额分别为1.31亿元、1.37亿元、1.3亿元和3亿元，分别占当年营业收入比重的17.57%、25.84%、17.5%、35.59%，虽然基本是逐年渐增的过程，不过交易金额都是在1亿到3亿元的区间，只是本次大单的八分之一甚至只是二十分之一。
而宇顺电子则表示，这只是中兴通讯根据年初经营计划制订的总体采购方案，在协议的具体执行过程中将以实际订单为准，目前公司相关后续合同的签订、执行日期、付款方式及其他重要合同条款尚未确定。
获得超级订单的不仅仅是宇顺电子。在宇顺电子公布大合同之前的1月20日，另一家老牌触摸屏概念超声电子也发布了中标公告，称与中兴康讯签订7亿元的供货合同。
在上述订单中，超声电子在中兴通讯的中标产品为液晶显示模组和电容式触摸屏，总量为1931万套，总金额约达7.79亿。这一金额估计相当于超声电子2011年营业收入的1/4。
另外相关消息显示，欧菲光也中标了中兴触摸屏项目数百万套，同时还与华为签订了触摸屏供应“大单”。不过，欧菲光并未公开相关信息。
触摸屏概念促股价飙升
超级大单让宇顺电子的股价一路飙涨。且宇顺电子并不是一枝独秀，触摸屏概念股已呈现集体大涨的趋势。
对于触摸屏板块的上涨，海通证券报告认为，电子元器件行业已进入景气底部，部分新兴产业个股在经过了前期的“挤泡沫”之后，又再度具有了投资的价值，未来行情还会不断有表现机会。从产业链上相关上市公司披露的业绩预告中发现，电子元器件行业103家上市公司中预增的有56家，其中预增幅度最高的是手机电脑连接器厂商立讯精密，预增120%～150%。生产手机用电声器件的歌尔声学预增80%～100%，预增50%以上的公司共有10余家。
深圳太和投资总监王亮则表示，触摸屏概念个股的上涨主要还是因为苹果概念。苹果产品大受欢迎，近年股价一路狂飙，创下历史新高。其公司市值也首次突破5000亿美元，成为美国历史上第六家市值超过5000亿美元的公司。在A股市场，逐渐形成新的概念，即苹果概念股。众多券商对此表示认同，中投顾问就表示，苹果公司市值超过5000亿美元，加上iPad3上市的利好将极大地推动A股市场苹果概念股的上涨。
千元智能手机的二次浪潮
苹果概念余波未平，千元智能手机“大订单”又开始“发酵”。由于去年对低端智能手机的出货量估计不足，中兴通讯后期在供应链环节相当被动，原材料采购优势尽失。华为内部人士对笔者表示，今年国产中低端智能手机会增加投放量，中兴通讯千元智能手机的出货量将达到2500万部。
王亮称，除了苹果的带动作用，助力触摸屏概念股疯狂大涨的背后推力其实是中兴和华为年初给这些触摸屏生产企业的大额“订单”，这些“大订单”导演了龙年一季度触摸屏项目的“上涨”大戏。
事实上，中兴通讯已成为苹果之后增速最快的智能手机厂商。2011年第四季度按出货量计已上升为全球第四大手机厂商，跟随其后的华为和HTC则位于全球手机销售榜的第6和第8位。中兴通讯执行副总裁何士友此前表示，为了提升市场占有率，中兴通讯一定程度上牺牲了盈利，但未来手机业的排序将通过智能手机来较量，中兴通讯正在改变过去以中低价产品为主的生产营销结构。
而作为国产智能手机的另一个重要力量，华为2012年的出货量估计在6000万部，远超中兴。东北证券认为2012年智能手机需求依旧强劲，国内市场仍以千元智能手机为主，随着营运商各项举措的推出和制造厂商出货量快速提升的配合，国内智能手机市场规模将保持快速增长。
赛诺市场研究机构认为，2012年我国智能手机将迎来第二波普及浪潮，预计今年国内市场总销量将跃升至1.64亿部，在2011年的基础上继续翻番。
PLC和触摸屏组合控制系统应用 第11篇
1 PLC与触摸屏概述
PLC是以数字运算操作进行相关控制的电子系统, 中文名称为可编程逻辑控制器, 在PLC中有一种十分重要的设备, 即可编程存储器, 其能够实现相关内部程序的存储, 同时能够执行面向用户的相关指令, 例如算术操作指令、顺序控制指令、定时指令、逻辑运算指令等。PLC能够通过对输入和输出模拟的形式来实现对相关机械以及生产过程的有效控制, 随着科技的发展, PLC的控制范围不再仅仅局限于逻辑控制, 其在工业自动化控制以及计算机集成制造系统中都有着重要的应用[1]。
触摸屏指的是可编程终端, 其主要功能是对机械及生产过程中的相关参数进行设置, 并显示相关数据, 能够以动画的形式来模拟描绘机械及生产过程的自动化控制。触摸屏一改传统控制中的键盘操作, 替代了传统控制的显示器以及控制台。
将PLC与触摸屏相互结合能够实现PLC功能的扩展, 提升了PLC的可视化和灵活性, 此外, 二者的结合能够减少开关、按钮的使用, 整个控制方便、简单、灵活。
2 PLC和触摸屏组合控制系统的构成
本文所研究的PLC和触摸屏组合控制系统的构成主要为迪文触摸屏和S7-200可编程控制器, 能够对现场的电磁阀、温度控制器、电动阀、电动机等进行控制。具体来说, S7-200PLC通过传感器来采集相关信号, 例如温度传感器采集现场温度信号, 压力传感器采集现场压力信号, 采集的信号在S7-200PLC上进行数值变换以及A/D转换后传输到迪文触摸屏上, 此时触摸屏会根据收到的信号来显示具体的现场的温度数值、压力数值, 通过信号的不断传输和命令的执行, 还能够形成压力、温度等的曲线以及PID曲线。触摸屏能够对PID参数进行设置, 并发送相关指令给PLC, PLC通过自身的存储器执行命令, 从而实现对现场温度控制器、电磁阀、电动阀等执行机构的控制。
3 PLC和触摸屏的通信研究
3.1 触摸屏的数据传输研究
首先要了解触摸屏的数据模块, 对于迪文触摸屏来说, 其串口数据帧结构共有4个数据模块:帧头数据模块、指令数据模块、数据模块、帧尾结束符数据模块。帧头是固定的, 为OXAA, 指令为迪文触摸屏所设计的指令集合, 数据小于等于249B。OXCC, OX33, OXC3, OX3C是帧尾固定的结束符 (OX表示的是十六进制数) 。触摸屏中所传输的数据以及指令都采用十六进制数和两字节字形数据, 在传输字节的过程中, 首先要传送高字节, 传送方向分为下行和上行两种, 当数据下行传送时, PLC将数据传送给触摸屏, 当数据上行传送时, 触摸屏将相关指令数据发送给PLC[2]。
3.2 PLC的自由口通信研究
PLC自由口通信的数据传输协议由用户程序来决定, 用户要通过编程来完成所有的相关通信任务。在自由口通信方式下, PLC能够与条码阅读器、触摸屏等进行通信, 其波特率是可调整的, 一般范围在1200-115200bit/s之间。PLC自由口通信的核心是发送指令和接受指令, 以及两个指令所对应的寄存器控制。对于本系统所采用的S7-200PLC来说, 采用自由口0的工作模式来进行通信, 同时采用的特殊寄存器来设置字符数据位、协议选择以及自由口波特率等。PLC的CPU上的通信口属于一种半双工的通信口, 因此不能同时激活指令的发送和指令的接收。具体来说, PLC自由口通信过程中, 可以通过特殊寄存器来对接受指令和发送指令进行控制, 若PLC在指定时间没有发送出数据信息或接收到数据信息的时候, 特殊寄存器会对接受指令和发送指令进行控制, 从而停止对数据信息的发送和接收。
4 PLC程序
4.1 收集、发送模拟量
模拟量采集之后要通过PLC内部的相关转换, 从而转换为实际值, 下面以压力为例, 来研究模拟量采集之后的转换过程, 首先, 压力传感器会采集压力的模拟量信号, 模拟量信号在PLC模拟量输入模块的转换下会由模拟量信号转换为数字信号, 之后将转换后的数字信号传送到PLC的存储器中, 结合压力传感器的具体量程, 存储器将压力数字信号转换成实际的现场压力数值, 在转换过程中的比例换算中, 要遵循PLC存储器内部的A/D和D/A的转换对应关系, 即模拟量与具体数值量之间对应的数学换算关系。
模拟量通过模拟量模块中的相关通道进行输入, 模拟量输入的过程很可能导致输入的不稳定, 因此通常采用求出多次采样的平均值来进行模拟量的采集, 以此来提升输入模拟量的稳定性。PLC的CPU在扫描模拟量的过程中会耗费一定的时间, 为了减少扫描时间, 在可以采用移位除法, 用2的次方来表示采样的次数, 例如采样次数为64次, 则可以表示为采样次数为26。
4.2 触摸控制
触摸控制是触摸屏的重要功能, 对于整个PLC和触摸屏控制系统的控制的灵活性至关重要。当按下触摸屏中的相关控制按钮后, 触摸屏会将按钮的具体位置坐标数据传送给PLC, PLC在接收到控制按钮位置坐标数据之后, 首先会对控制按钮位置坐标数据的准确性进行判断, 如果位置坐标数据正确, 则PLC会执行相关命令, 例如相关参数曲线的显示、相关参数实时数据的显示、电磁阀、电动阀等执行机构的控制等命令。
4.3 通信程序
PLC编程受到多种因素的影响, 例如程序设计人员的思维方式、技术能力、软硬件的运行方式等都会导致PLC编程方法出现差异。一般来说, 语言编程和梯形图编程是2种主要的PLC编程方法, 语言编程与计算机的语言表达形式类似, 而梯形图编程则与继电器控制的表达形式类似, 但可以看出的是, 两种编程方法都在一定程度上体现了继电器控制表达的思想。本系统所采用的PLC编程方法为语言编程, 对于PLC与触摸屏之间的通信以及触摸屏的触摸控制功能进行程序编写, 触摸控制功能程序编写主要指对PLC接收触摸屏发来的指令并执行相关命令控制执行机构程序的语言编程。
5 用户界面的设计和制作
用户界面的实现主要分为触摸屏显示界面的设计和触摸屏按钮的制作2个步骤, 下面对这两个步骤进行具体分析。
5.1 显示界面的设计
首先, 可以选取一款画图软件触摸屏的用户界面进行绘制, 而在绘制界面之前, 要对用户界面进行设计, 在用户界面设计的过程中要保证触摸屏HMI物理分配率与用户界面的HMI物理分配率相同, 之后将其下载到HMI终端上。
5.2 按钮的制作
触摸屏用户界面按钮应当根据工艺要求进行制作, 按钮可能很多, 要保证不同按钮能够实现不同的功能, 这就需要对按钮的坐标进行设置, 通过将按钮的坐标数据传输给PLC, 再由PLC来判断按钮坐标格式的准确性来实现对执行机构的相关控制。以“温度曲线”按钮为例, 左下角和右上角两个点坐标的组合是“温度曲线按钮的有效区域, 其中左下角坐标为X1Y1, 而右上角坐标为X0Y0, 当按下“温度曲线”按钮之后, 触摸屏会将“温度曲线”按钮的坐标信息以坐标指令 (X, Y) 的是形式发送到PLC, PLC则要对坐标信息的准确性进行判断, 如果X大于等于X0, 而小于等于X1, 且Y大于等于Y0, 而小于等于Y1, 则表示“温度曲线”按钮坐标 (X, Y) 是准确的, PLC就会执行温度曲线显示的命令, 则在触摸屏上会显示出现场温度的实时曲线, 而如果PLC接收到的“温度曲线”按钮坐标 (X, Y) 不在上述范围之内, 则PLC不会执行指令, 触摸屏上也不会显示出现场实时的温度曲线[3]。
6 PLC和触摸屏组合控制系统设计和应用中出现的问题
在PLC和触摸屏组合控制系统设计的过程中会出现以下几种问题: (1) PLC和触摸屏通信接口不匹配:指的是PLC的CPU通信接口与触摸屏的接口不匹配, 这就影响了二者之间的通信, 影响了相关数据的传输, 针对这个问题可以购买一个接口转换器或设计一个转换电路来解决; (2) PLC发送指令和接收指令不能同时激活:这会影响到PLC数据接收和发送效果, 可以通过软件设计的方法来调节接收信息或发送信息的控制字, 如果在规定时间内PLC没有接收到信息或发送出信息, 则停止进行接收或发送; (3) PLC和触摸屏组合控制系统中, PLC与触摸屏的通信波特率要一致。
7 结语
综上所述, PLC的控制功能十分强大, 而触摸屏能够提供友好的人机交互界面, 将二者组合形成的控制系统不仅能够拓展PLC的性能, 还能够减少开关数量, 增加控制的可靠性和灵活性。本文简要研究了PLC和触摸屏组合控制系统的应用, 旨在通过PLC和触摸屏的组合控制来促进工控领域的发展。
参考文献
[1]吕品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表, 2010 (8) :45-47+51.
[2]吴卫荣, 丁慎平, 邓玲黎.PLC和触摸屏在AGV控制系统中的应用[J].现代制造工程, 2012 (12) :115-119.
触摸屏控制器范文
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