基于智能液晶显示模块的水质监测设备
什么是水质监测设备？
它是利用光学传感器、离子选择性传感器对水质进行检测，并将结果清晰展示在液晶屏幕上，可以通过触摸屏幕操作和控制。该设备被广泛的应用于地表水、工业污水、饮用水源水质监测、调查和筛选领域。其优点是操作简便，显示结果清晰直观，除了实时的显示，还可以形成记忆曲线，用于长期的跟踪和研究。
本项目是基于Topway的7寸智能液晶显示模块，型号HMT070ETD-1D
分辨率：1024x600
接口：RS232 RJ45
工作电压：11V~26V
工作温度：-20°C ~ 70°C
宽视角：是
外形尺寸：185.9mm x 109.5mm x 25.4mm
尺寸：7"
视窗 ：154.21mm x 85.92mm
触摸屏：CTP
一、项目需求分析：
1． 采集数据（定时采集水体的PH值和温度，以及环境的温湿度）
2． 显示在屏幕上（将采集的值实时显示在屏幕上）
3． 曲线展示（以曲线的形式将一段时间内的变量值显示在屏幕上）
二、项目流程
1、屏幕内容设计
1）一张背景图作为显示时间、日期和实时数据的主页
2）2个图标和2个坐标轴作为水质曲线页面
3）2个图标和2个坐标轴作为温度和湿度的显示页面
4）使用TOPWAY SGTools工具创建工程
导入图片和图标
5）选择字库，菜单栏中的工具-字体设置中可以选择合适的字库
6）创建所有页面
控件使用情况如下：
7）编辑图标
调整控件可以使用工具栏中的对齐工具，可以拯救强迫症患者
8）添加变量并绑定编辑
根据实际使用情况新建变量，这里只使用了16位数字变量和曲线变量
在对应的控件属性VP地址里绑定对应的变量的地址，同时也可以修改颜色大小等。
9）添加触摸键
10）使用TOPWAY的屏内RTC时钟功能, 并使用"RTC键盘(PIP)”替代，让开发设计更加便捷。
2、硬件设计
3、软件设计
1) 编写LCD 驱动程序
根据协议内容，编写16位数字变量的动
/**
brief LCD发送16位变量
param adr：变量地址
param dt：发送的变量
return 无
*/
voidlcd_send_pv16(uint32_tadr,uint16_tdt)
{
uint8_tsend_buf[32];
uint8_tidx = 0;
send_buf[idx++] = 0xaa;
send_buf[idx++] = 0x3d;
adr = ntohl(adr);//大小端转换
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&adr, sizeof(uint32_t));
idx += sizeof(uint32_t);
dt = ntohs(dt);//大小端转换
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&dt, 2);
idx += 2;
send_buf[idx++] = 0xcc;
send_buf[idx++] = 0x33;
send_buf[idx++] = 0xc3;
send_buf[idx++] = 0x3c;
send_data1(send_buf, idx);
}
LCD左推进写曲线数据
/**
brief LCD左推进写曲线数据
param adr：变量地址
param adr_curve：插入位置
param dt：发送的变量
return 无
*/
voidlcd_send_curve(uint32_tadr,uint16_tadr_curve,uint16_tdt)
{
uint8_tsend_buf[64];
uint8_tidx = 0;
send_buf[idx++] = 0xaa;
send_buf[idx++] = 0x4e;
adr = ntohl(adr);
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&adr, sizeof(uint32_t));
idx += sizeof(uint32_t);
adr_curve = ntohs(adr_curve);
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&adr_curve, sizeof(uint16_t));
idx += sizeof(uint16_t);
dt = ntohs(dt);
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&dt, sizeof(uint16_t));
idx += sizeof(uint16_t);
send_buf[idx++] = 0xcc;
send_buf[idx++] = 0x33;
send_buf[idx++] = 0xc3;
send_buf[idx++] = 0x3c;
send_data1(send_buf, idx);
}
跳转页面的驱动
/**
brief LCD跳转页面
param page：页面地址
return 无
*/
voidlcd_send_page(uint16_tpage)
{
uint8_tsend_buf[64];
uint8_tidx = 0;
send_buf[idx++] = 0xaa;
send_buf[idx++] = 0x70;
page = ntohs(page);
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&page, sizeof(uint16_t));
idx += sizeof(uint16_t);
send_buf[idx++] = 0xcc;
send_buf[idx++] = 0x33;
send_buf[idx++] = 0xc3;
send_buf[idx++] = 0x3c;
send_data1(send_buf, idx);
}
设置时间的驱动
/**
brief LCD设置时间
param page 无
return 无
*/
voidlcd_send_time(void)
{
uint8_tsend_buf[64];
uint8_tidx = 0;
send_buf[idx++] = 0xaa;
send_buf[idx++] = 0x9c;
memcpy((uint8_t*)&send_buf[idx], (uint8_t*)&my_rtc, sizeof(MYRTC));
idx += sizeof(MYRTC);
send_buf[idx++] = 0xcc;
send_buf[idx++] = 0x33;
send_buf[idx++] = 0xc3;
send_buf[idx++] = 0x3c;
send_data1(send_buf, idx);
}
读取时间的驱动
/**
brief LCD读取时间
param page 无
return 无
*/
voidlcd_read_time(void)
{
uint8_tsend_buf[64];
uint8_tidx = 0;
send_buf[idx++] = 0xaa;
send_buf[idx++] = 0x9b;
send_buf[idx++] = 0xcc;
send_buf[idx++] = 0x33;
send_buf[idx++] = 0xc3;
send_buf[idx++] = 0x3c;
send_data1(send_buf, idx);
}
接收LCD数据的程序
voidlcd_pro(void)
{
staticuint32_ttimer_lcd = 0;
if (timer6 - timer_lcd<9)
return;
timer_lcd = timer6;
if (lcd_rx.len<5)
return;
if (lcd_rx.rx_buff[0] != 0xaa)
{
memset((uint8_t*)&lcd_rx.rx_buff, 0, lcd_rx.len);
lcd_rx.len = 0;
return;
}
else
{
switch (lcd_rx.rx_buff[1])
{
case0x79://触摸
lcd.page = lcd_rx.rx_buff[3];
lcd.touch_id = lcd_rx.rx_buff[4];
break;
case0x77://下发数据
if(lcd_rx.rx_buff[3] == 0x08)
{
if(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x0A)//年
{
my_rtc.year = lcd_rx.rx_buff[7];
}
elseif(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x0C)//月
{
my_rtc.month = lcd_rx.rx_buff[7];
}
elseif(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x0E)//日
{
my_rtc.day = lcd_rx.rx_buff[7];
}
elseif(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x10)//时
{
my_rtc.hour = lcd_rx.rx_buff[7];
}
elseif(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x12)//分
{
my_rtc.min = lcd_rx.rx_buff[7];
}
elseif(lcd_rx.rx_buff[5] == 0x14)//秒
{
my_rtc.sec = lcd_rx.rx_buff[7];
}
lcd_send_time();
}
break;
case0x9B://读取时间
memcpy((uint8_t*)&my_rtc, (uint8_t*)&lcd_rx.rx_buff[2], sizeof(MYRTC));
break;
default:
break;
}
memset((uint8_t*)&lcd_rx.rx_buff, 0, lcd_rx.len);
lcd_rx.len = 0;
}
}
2) PH值采集
这里用的传感器是模拟信号，可以直接使用单片机的AD去采集值，转化为电压之后，根据拟合后的公式直接转换为PH值，程序如下
voidph_pro(void)
{
staticuint32_ttimer_ph = 0;
uint16_tadc_value = 0;
floatvol = 0.0;
if (timer6 - timer_ph>PH_COLLECT_TIME)
{
HAL_ADC_Start(&hadc1); //启动ADC单次转换
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50); //等待ADC转换完成
if(HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC))
{
adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //读取ADC转换数据
vol = ((double)adc_value/4096)*3.3*2;//转化为实际电压值
printf("sensor log:adc_value = %d, vol = %.2fV.\n", adc_value, vol);
ph_buf[FILTER_N] = (uint16_t)((5.9647*vol+22.255)*10);//转换为PH值
for (i = 0; i <FILTER_N; i++)
{
ph_buf[i] = ph_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
}
pv.ph = MedianFilter(ph_buf, FILTER_N); //中值平均滤波
printf("sensor log:ph %d\r\n", pv.ph);
}
lcd_send_pv16(0x080000,pv.ph);//给LCD发送数据
lcd_send_curve(0x060000,224,pv.ph);//给LCD左推进发送曲线
timer_ph += PH_COLLECT_TIME;
}
}
3) 水温数据采集
使用的是经典的DS18B20，单总线获取温度，程序如下
voidds18b20_pro(void)
{
uint16_ti = 0;
staticuint32_ttimer_ds18b20 = 0;
if (timer6 - timer_ds18b20>DS_COLLECT_TIME)
{
te_buf[FILTER_N] = DS18B20_Get_Temp();
for (i = 0; i<FILTER_N; i++)
{
te_buf[i] = te_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
}
pv.te = MedianFilter(te_buf, FILTER_N); //中值平均滤波
lcd_send_pv16(0x080002, pv.te);//给LCD发送数据
lcd_send_curve(0x0600e0,224,pv.te+100);//给LCD左推进发送曲线
printf("sensor log:te %d\r\n", pv.te);
timer_ds18b20 += DS_COLLECT_TIME;
}
4) 环境温度数据采集
使用的是国产的AHT10，IIC协议获取温湿度，程序如下
voidaht_pro(void)
{
uint16_ti = 0;
staticuint32_ttimer_aht = 0;
if (timer6 - timer_aht>AHT_COLLECT_TIME)
{
AHT10ReadData(&tem_buf[FILTER_N], &hum_buf[FILTER_N]);
for (i = 0; i<FILTER_N; i++)
{
hum_buf[i] = hum_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
tem_buf[i] = tem_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
}
pv.tem = MedianFilter(tem_buf, FILTER_N); //中值平均滤波
pv.hum = MedianFilter(hum_buf, FILTER_N); //中值平均滤波
printf("sensor log:tem %d\r\n", pv.tem);
printf("sensor log:hum %d\r\n", pv.hum);
lcd_send_curve(0x0602a0,224,pv.tem+100);//给LCD左推进发送曲线
lcd_send_curve(0x0601c0,224,pv.hum);//给LCD左推进发送曲线
lcd_send_pv16(0x080004,pv.hum);//给LCD发送数据
lcd_send_pv16(0x080006,pv.tem);//给LCD发送数据
timer_aht += AHT_COLLECT_TIME;
}
}
5) LCD操作流程图
4.测试
1) 主页
2) 水质曲线界面
3) 环境温湿度曲线界面
5、总结
本项目用到的硬件：NUCLEO-G070RB及硬件扩展板、PH温度采集传感器、Topway智能显示模块HMT070ETD-1D；
开发工具及版本：TOPWAY SGTools V9.35、STM32CuBeMx V6.4.0 、KEILMDK V5.25、PhotoShop。
其中TOPWAY智能显示屏HMT070ETD-1D让工程师摆脱繁琐的UI和触摸屏编程，主机只需要通过简单的串口命令把数据传输到智能显示屏，屏幕把显示、接收用户输入等工作全部接管过来。编程，它具有如下产品特点：
支持宽电压供电工作；
同时支持PC下载和U盘升级两种模式；
支持远程协议通信控制，远程显示工程升级；
支持电容屏支持多功能触摸按键；
支持Lua脚本多功能开发；
使用SGTools工具便捷使得开发过程十分简便。