基于单片机的水泵清洗设备设计(编辑修改稿)

基于单片机的水泵清洗设备设计(编辑修改稿)内容摘要：

TNLCD、 STNLCD 和 DSTNLCD 之间的显示原理基本相同 [15]，不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别。 下面以典型的 TNLCD 为例，向大家介绍其结构及工作原理。 在厚度不到 1 厘米的 TNLCD 液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板 ， 外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。 彩色 滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。 每一个像素是由三种颜色的单元 (或称为子像素 )所组成。 假如有一块面板的分辨率为 1280 1024，则它实际拥有 3840 1024 个晶体管及子像素。 每个子像素的左上角 (灰色矩形 )为不透光的薄膜晶体管，彩色滤光片能产生RGB 三原色。 每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液晶分子 (液晶空间不到 5 106m)。 在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴 9 取向都是平行于偏光板的。 另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平 行平面连续扭转 90 度。 其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。 在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。 最后再封装成一个液晶盒，并与驱动IC、控制 IC 与印刷电路板相连接。 在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。 而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹 层的沟槽排列相同。 当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。 因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态，结果在显示屏上出现黑色。 当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向扭转 90 度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白色。 为了达到在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光源。 （ 2） 主动矩阵式 LCD 工作原理 TFTLCD液晶显示器的结构与 TNLCD液晶显示器基本相同，只不过将 TNLCD上夹层的电极改为 FET 晶体管，而下夹层改为共通电极。 TFTLCD 液晶显示器的工作原理与 TNLCD 却有许多不同之处。 TFTLCD 液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。 当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。 由于上下夹层的电极改成 FET 电极和共通电极，在 FET 电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。 但不同的是，由于 FET 晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先 前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到 FET 电极下一次再加电改变其排列方式为止。 LCD 的主要技术参数及分类 （ 1） 对比度 LCD[13]制造时选用的控制 IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到 350:1 就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。 相对 CRT 显示器轻易达到 500： 1 甚至更高的对比度而言。 只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度，由于对比度很难通过仪器准确测量，所以挑的时候还是要自己亲自去看才行。 （ 2） 亮度 10 LCD 是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。 因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。 最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。 四灯管设计分为三种摆放形式：一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“ U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。 六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“ U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。 （ 3） 信号响应时间 响应时间指 的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间 ,通常是以毫秒（ ms）为单位。 要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。 人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。 动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。 人能够接受的画面显示速度一般为每秒 24 张，这也是电影每秒 24 帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。 按照这一指标计算，每张画面显示的时间 需要小于 40ms。 这样，对于液晶显示器来说，响应时间 40ms 就成了一道坎，低于 40ms 的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。 要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒 60 帧的速度。 （ 4） 可视角度 LCD 的可视角度是一个让人头疼的问题，当背光源通过偏极片、液晶和取向层之后，输出的光线便具有了方向性。 也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色，甚至只能看到全白或全黑。 为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术，到目前 为止有三种比较流行的技术，分别是： TN+FILM 、 IPS(INPLANE SWITCHING) 和MVA(MULTIDOMAIN VERTICAL alignMENT)。 TN＋ FILM 这项技术就是在原有的基础上，增加一层广视角补偿膜。 这层补偿膜可以将可视角度增加到 150 度左右，是一种简单易行的方法，在液晶显示器中大量的应用。 不过这种技术并不能改善对比度和响应时间等性能，也许对厂商而言，TN+FILM 并不是最佳的解决方案，但它的确是最廉价的解决方法，所以大多数台湾厂商都用这种方法打造 15 寸液晶显示 器。 IPS(INPLANE SWITCHING， 板内切换 )技术，号称可以让上下左右可视角度达到更大的 170 度。 IPS 技术虽然增大了可视角度，但采用两个电极驱动液晶分子，需要消耗更大的电量，这会让液晶显示器的功耗增大。 此外致命的是，这种方式驱动液 晶 显示器晶分子的响应时间会比较慢。 11 MVA(MULTIDOMAIN VERTICAL alignment[16]，多区域垂直排列 )技术，原理是增加突出物来形成多个可视区域。 液晶分子在静态的时候并不是完全垂直排列，在施加电压后液晶分子成水平排列，这 样光便可以通过各层。 MVA 技术将可视角度提高到 160 度以上，并且提供比 IPS 和 TN+FILM 更短的响应时间。 这项技术是富士通公司开发的，目前台湾奇美（在大陆奇丽是奇美的子公司）和台湾友达获得授权使用此技术。 优派的 VX2025WM 即是此类面板的代表作 ,水平 ,垂直可视角度均为 175 度 ,基本无视觉死角 ,并且还承诺无亮点。 可视角度分为平行和垂直可视角度，水平角度是以液晶的垂直中轴线为中心，向左和向右移动，可以清楚看到影像的角度范围。 垂直角度是以显示屏的平行中轴线为中心，向上和向下移动，可以清楚看到影像的角度范围。 可 视角度以“度”为单位，目前比较常用的标注形式是直接标出总水平、垂直范围，如： 150/120 度，目前最低的可视角度为 120/100 度（水平 /垂直），低于这个值则不能接受，最好能达到 150/120 度以上。 RT12864M LCD 的选用及主要性能与特性 通过以上我们对 LCD 的了解后我选择了 RT12864M 这款液晶显示器 ，并 简单介绍下这款显示器。 简单概述 RT12864M 汉字图形点阵液晶显示模块 【 11】 ，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（ 16X16 点阵）、 128 个字符（ 8X16 点阵）及 64X256 点阵显示 RAM（ GDRAM）。 主要技术参数和显示特性 : 电源： VDD ~+5V(内置升压电路，无需负压 )； 显示内容： 128 列 64 行 显示颜色：黄绿 显示角度： 6： 00 钟直视 LCD 类型： STN 与 MCU接口： 8 位或 4 位并行 /3 位串行 配置 LED 背光 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等 外形尺寸 外观尺寸： 9370 视域尺寸： 7339mm。 外形尺寸 ，如 图 33 所示： 12 图 33外形尺寸 模块引脚说明 如表 31 所示 ： 13 表 31 模块引脚 引脚号 引脚名称 方向 功能说明 1 VSS — 模块电源地 2 VDD — 模块的电源正端 3 VO — LCD驱动电压输入端 4 RS(CS) H/L 并行的指令 /数据选择信号；串行的片选信号 5 R/W(SID) H/L 并行的读写选择信号；串行的数据口 6 E(CLK) H/L 并行的使能信号；串行的同步时钟 7 DB0 H/L 数据 0 8 DB1 H/L 数据 1 9 DB2 H/L 数据 2 10 DB3 H/L 数据 3 11 DB4 H/L 数据 4 12 DB5 H/L 数据 5 13 DB6 H/L 数据 6 14 DB7 H/L 数据 7 15 PSB H/L 并 /串行接口选择： H并行； L串行 16 NC — 空脚 17 /RET H/L 复位 低电平有效 18 Vout 负压输出 19 LED_K — 背光源负极（ LED— 0V） 20 LED_A — 背光源正极（ LED— 5V） 逻辑工作电压 (VDD)： ～ 电源地 (GND)： 0V 工作温度 (Ta)： 0～ 60℃ (常温 ) / 20～ 75℃（宽温 ） 接口时序 模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）： 14 8 位并行连接时序图 ： MPU 写资料到模块 ， 如图 34 所示： 图 34 八 位并行连接时序图 MPU 从模块读出资料 ，如图 35 所示： 图 35 CPU从模块读出资料 串行连接时序图 ，如图 36 所示： 15 图 36 串 行连接时序图 串行数据传送 【 16】 共分三个字节完成： 第一字节：串口控制 — 格式 11111ABC A 为数据传送方向控制： H 表示数据从 LCD 到 MCU， L表示数据从 MCU 到 LCD B 为数据类型选择： H表示数据是显示数据， L表示数据是控制指令 C 固定为 0 第二字节： (并行 )8 位数据的高 4位 — 格式 DDDD0000 第三字节： (并行 )8 位数据的低 4位 — 格式 0000DDDD 液晶的部分电路控制 LCD RT12864 的电路控制连接图，如图 37 所示： 图 37 液 晶部分控制 RT12864E(CLK) RW VCCVDD/RET 120 16 电机模块的设计 直流电机的工作原理 直流电机的物理模型图解释 【 17】 ，如图 38 所示： 图 38 直 流电机物理模型 这是分析直流电机的物理模型图。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。 转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。 (其中 2 个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的 )。 上图表示一台 两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N 和 S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。 定子与转 子之间有一气隙。 在电枢铁心上放置了由 A和 X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。 换向片之间互相绝 缘，由换向片构成的整体称为换向器。 换向器固定在转轴上， 换向片与转轴之间亦互相绝缘。 在换向片上放置着一对固定不动的电刷 B1和 B2，当电枢旋转时，电 枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 H 桥驱动电路的设计 图 39 是 一个典型的直流电机控制电路。 电路得名于 “H桥驱动电路 ”是因为它的形状酷似字母 H【 19】。 4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，而电机就是 H 中的横杠（注意：图 39 两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图 39 所示， H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机。 要使电机运转，必须导通对角线上的一对 三极管。 根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至 17 右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 Q18050Q28050Q38550Q48550A+VCC 图 39 H桥。