Статья на тему: "Использование жидкокристаллического дисплея в проектной деятельности по физике".

Использование жидкокристаллического дисплея в проектной деятельности по физике.

Жидкокристаллический дисплей (Liquid Crystal Display) сокращенно LCD построен на технологии жидких кристаллов. При проектировании электронные устройства, нам нужно недорогое устройство для отображения информации и второй не менее важный фактор наличии готовых библиотек для Arduino. Из всех доступных LCD дисплеев на рынке, наиболее часто используемой является LCD 1602A, который может отображать ASCII символа в 2 строки (16 знаков в 1 строке) каждый символ в виде матрицы 5х7 пикселей. В этой статье рассмотрим основы подключения дисплея к Arduino. 

Подключение и монтаж жидкокристаллического дисплея.

Схема подключения представлена на рисунке 2.4.1

        

Рисунок 2.4.1- Подключение LCD 1602A

Внешний вид жидкокристаллического дисплея после монтажа можно видеть на рисунках 2.4.2 и 2.4.3.

Рисунок 2.4.2 - Монтаж LCD на задней панели

Рисунок 2.4.3-Монтаж LCD на передней панели

Создание меню.

Для понимания работы скетча введем следующие условные обозначения (см. схему 2.5.1):

- M (Кнопка навигации по меню);

-ОК (Кнопка входа в меню. Выбор режима. Фиксация переменной);

- P (Кнопка изменения переменной от min до max).

Схема 2.5.1 –Описание функционала кнопок меню

Работу кнопки “M” можно пояснить следующим примером:

     В скетче переменной M присваивается целое числовое значение 5(const int M=5). После нажатия на кнопку на цифровом входе D5 формируется сигнал высокого уровня. Создаем функцию bool fM (), в которой происходит проверка необходимого условия. Если текущее значение currentM = digitalRead(M) цифрового входа отличается от предыдущего lastM, то ждем 10мс, присваиваем currentM = digitalRead(M) текущему значению и возвращаем его значение функции bool fM (). Выше описанные действия приводят к устранению дребезга кнопки программным способом. Аналогичным образом работают кнопки “OK” и “P”.

     На схеме 2.5.2 можно видеть всю структуру  меню с подуровнями. Пусть есть  главное меню “OVEN MENU” (см. рисунок 2.5.1) и два подменю с названиями” Set timer “ и “Mode” (см. рисунок 2.5.2). Введем целочисленную переменную P1.  Эта переменная будет принимать значения 0 и 1, в зависимости от того, в какое подменю входим.

Рисунок 2.5.1- Внешний вид главного меню

Рисунок 2.5.2- Внешний вид подменю

                              Схема 2.5.2 –Структура меню.

Переменная Level отвечает за уровень подменю. По умолчанию на экране появляется надпись: “OVEN MENU”. Значение переменной Level=0.

Войдем в подменю нажатием на кнопку “OK”, значение переменной P1=0 и Level=1. Мы выбрали установку времени («*Set timer"). Нажмем на кнопку “M”, значение переменной увеличится на единицу(P1++) и станет P1=1 и Level=1. Мы выбрали общие настройки ("*Mode "). Если значение P1 становится больше единицы, то оно сбрасывается в ноль. Нажмем еще раз на кнопку “M” и в меню стала активной "*Set timer". 

     Выполним вход в меню «*Mode " нажатием кнопки “OK”. Перед нами появится экран, в котором необходимо установить t₁(первая достигаемая температура), t₂ (вторая достигаемая температура). Режимы работы муфельной печи можно видеть на графике 2.5.1. Нажатие кнопки “P” вызывает увеличение температуры от 0*С до 999*С с заданным шагом.  Фиксация значения и переход к следующему параметру осуществляется   нажмем кнопки “OK”.  После достижения температуры 999*С значение сбрасывается в 0*С.

    Аналогичным образом необходимо задать следующие параметры:

N1 – мощность в процентах от максимальной  для достижения температуры t₁.

N3 – мощность в процентах от максимальной  для достижения температуры t₂.

Рисунок 2.5.3-Меню для задания величины мощности

K1 – прямолинейный коэффициент пид-регулятора.

K2 – интегральный коэффициент пид-регулятора.

K3 – дифференциальный  коэффициент пид-регулятора.

DELTA разница между  температурой  t₁  и температурой включения пид-регулятора.

TIME  HOLD- время удержания  температуры t₁  в минутах(см. график 2.5.1).

В скетче программы установка основных параметров занимает уровни со второго по одиннадцатый (Level=2,11; P1=1). При переходе к новому экрану происходит его обновление. Увеличивать любой параметр можно с заданным шагом.

График 2.5.1-Режимы работы муфельной печи

При установке времени необходимо пользоваться следующим форматом ч: м: с (час, минута, секунда). После того как мы выбрали установку времени («*Set timer"), нажмем на кнопку “OK”, на экране появится надпись Timer 00:00:00. Увеличивать значения часа можно нажатием кнопки “P” (Timer 09:00:00). Фиксация значения часа и переход к заданию минуты происходит кнопкой “OK” (Timer 09:49:01). Значение минуты и секунды можно менять от 0 до 60, после чего значение сбрасывается в ноль. Значение часа можно менять от 0 до 24, после чего значение сбрасывается в ноль. После установки значения секунд на экране появляется надпись “Time setting is completed ", говорящая об окончании процесса установки времени. Последующее нажатие кнопки “OK” приведет к запуску процесса нагревания муфеля от t_k   до   t_1.

      В скетче программы установка времени занимает уровни со второго по пятый (Level=2,5; P1=0). При переходе к новому экрану происходит его обновление. Красная кнопка отвечает за сброс настроек меню.

 Для запуска муфельной печи сначала выставляются основные параметры, а затем устанавливается время.