2.7. Написание интерфейса на дисплее и управление с кнопок
2.7.1. История
LCD (жидкокристаллический дисплей) - это технология отображения, которая использует свойства жидких кристаллов для управления прохождением света через материал. Теория LCD была разработана в середине 1960-х гг., а первые использования были применены к переносным калькуляторам в 1970-х гг.
Устройство LCD состоит из двух слоев стекла, между которыми находится слой жидких кристаллов, способных изменять свою поляризацию при воздействии электрического поля. Эти свойства жидких кристаллов используются для управления прохождением света через материал и создания изображения.
Каждый элемент пикселя на экране состоит из трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Элементы пикселей управляются транзисторами, которые открываются и закрываются в зависимости от введенного сигнала, что позволяет изменять поляризацию кристаллов и управлять прохождением света через каждый пиксель.
В результате создается изображение на экране, которое может быть установлено на множество устройств, включая компьютерные мониторы, телевизоры, мобильные телефоны и другие устройства. LCD дисплеи имеют множество преимуществ, включая низкое потребление энергии, легкость и тонкость, высокую яркость и контрастность, а также широкие углы обзора.
2.7.2. Описание
Снабжён отключаемой светодиодной подсветкой. Существует несколько вариантов, например синий фон белые буквы, зелёный фон чёрные буквы, чёрный фон белые буквы и проч. В наборе идёт с зелёным фоном и чёрными буквами.
Сам по себе требует для подключения 6 цифровых пинов, но выпускают переходник на шину I2C на базе PCF8574, что сильно упрощает подключение и экономит пины. В наборе идёт дисплей с припаянным переходником.
На переходнике также распаян потенциометр настройки контрастности (синий параллелепипед с под крестовую отвёртку). В зависимости от напряжения питания нужно вручную подстроить контрастность. Например при питании платы от USB на пин 5V приходит ~4.7V, а при внешнем питании от адаптера – 5.0V. Контрастность символов на дисплее будет разной.
Переходник может иметь разный адрес для указания в программе: 0х26, 0x27 или 0x3F.
В данном блоке используется четырёхсегментный LED-дисплей
2.7.3. Подключение
Подключение дисплея продемонстрировано в ниже.
Кнопки соединяются последовательно по протоколу DXL. У каждой имеется свой айди, который можно определить через библиотеку DynamixelDevice со встроенным примером Console.
2.7.4. Программирование интерфейса
Интерфейс агролаба, выводимый на жидкокристаллический дисплей будет представлять собой меню, каждая строка в котором описывает либо название операции, либо название подменю. Переход между пунктами меню и выбор определенного пункта меню будет осуществляться с помощью кнопок dxl. Для начала реализуем функции инициализации кнопок и чтения нажатия с них. Функция init_buttons инициализирует dxl кнопки из массива ids и проверяет возможность получения данных с них. Если копка не была инициализирована – функция вернет id кнопки, к которой не удалось подключиться, если все кнопки были проверены успешно –вернется -1. Функция read_buttons считывает нажатие со всех кнопок и возвращает id кнопки, которая была нажата или -1, если ни одна из кнопок не нажата. В функции реализован программный антидребезг контактов. Далее создадим функцию инициализации дисплея. Функция проверяет, подключен ли дисплей и если она его находит – происходит инициализация дисплея, включение подсветки и вывод на 500 мс первоначальной заставки – слова Агролаб.
Далее требуется создать класс menu, который будет описывать содержимое и поведение меню или подменю. Каждое подменю также будет являться объектом класса menu.
Приватными членами класса будут:
Массив строк
menu_items, содержащий все пункты данного меню или подменю.selected_item– номер выбранного пользователем пункта меню.num_items– количество пунктов в меню.Массив
actions– массив указателей на функции, каждая из которых будет вызываться при нажатии на определенный пункт меню.Булева переменная
active– показывающая следует ли выводить это меню на экран в данный момент времени (активно ли оно).
Публичными методами класса будут:
Конструктор класса – он задает стартовые параметры приватным членам.
Метод
bind_action– он привязывает функцию, написанную пользователем к пункту меню, при нажатии на который она должна вызываться. Такой механизм позволяет любому пункту меню задать любое действие, которое запрограммировал пользователь.Методы
menu_upиmenu_down, отвечающие за перемещение на один пункт вверх или вниз, при нажатии соответствующей кнопки.Метод
menu_push, позволяющий при нажатии кнопки вызвать требуемую функцию, которая раньше была привязана к пункту меню методом bind_action.Метод
draw_menu– он выводит все пункты меню на экран.Методы
set_actveиunset_activeпереключают меню из активного состояния в неактивное и наоборот, исходя из этого состояния меню, оно или выводится на экран функцией draw_menu, или нет.Метод
get_activeвозвращает состояние меню.
Для создания объекта класса menu требуется создать массив, содержащий названия пунктов меню и вызвать конструктор класса с этим массивом и количеством пунктов меню в качестве аргументов. Таким же образом можно создать и подменю. Далее создаются пользовательские функции, которые будут вызываться при нажатии на каждый пункт меню. Для реализации перехода из главного меню в подменю и обратно нужны функции, которые будут задавать главному меню статус неактивно и активировать подменю при переходе в него. При обратном переходе требуется деактивировать подменю по нажатию кнопки и активировать основное меню.
Далее идет функция setup в теле которой вызываются функции инициализации всех компонентов и привязка написанных выше пользовательских функций к конкретным пунктам меню.
В функции loop вызывается отрисовка всех созданных ранее меню и подменю, но на экране будет выведено только активное. Затем происходит проверка, какая кнопка была нажата и при нажатии одной из кнопок происходит проверка, какое меню или подменю активно в данный момент и вызывается соответствующая функция для данного меню. Функция loop повторяется циклично, пока на контроллере есть питание.
#include <JsAr.h> // Подключение библиотеки для работы с платой ESP. #include <DxlMaster2.h> // Подключение библиотеки для работы с DXL-устройствами. #include <Wire.h> // Подключение библиотеки для работы с I2C устройствами. #include <LiquidCrystal_I2C.h> // Подключение библиотеки для работы с LCD-дисплеем. #define NUM_BTNS 5 uint8_t ids[NUM_BTNS] = {0x01,0x02,0x03,0x04,0x05}; DynamixelDevice* btnDxl = (DynamixelDevice*)malloc(sizeof(DynamixelDevice) * NUM_BTNS); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 4); int init_buttons() { for(int i=0;i<NUM_BTNS;i++) { btnDxl[i] = DynamixelDevice(ids[i]); btnDxl[i].init(); if (btnDxl[i].ping() != DYN_STATUS_OK) return ids[i]; } return -1; } int read_buttons() { uint8_t btn; // Переменные, необходимые для работы с кнопкой. for(int i=0;i<NUM_BTNS;i++) { btnDxl[i].read((uint8_t)27, (uint8_t)1, &btn); // Считывание регистра "нажатия" с кнопки. if (btn == 1) { delay(10); btnDxl[i].read((uint8_t)27, (uint8_t)1, &btn); // Считывание регистра "нажатия" с кнопки. if (btn ==1) return i; } } return -1; } int init_lcd() { byte count = 0; Wire.begin(); for (byte i = 1; i < 120; i++) { Wire.beginTransmission (i); if (Wire.endTransmission () == 0) { if(i == 0x27) { count++; Serial.println("DISPLAY FOUND!"); break; } delay (1); } } if (count == 0) return 1; lcd.init(); // Инициализируем дисплей. lcd.backlight(); // Включаем подсветку lcd.setCursor(4.5, 1); // Устанавливаем курсор в середину 2 строки lcd.print("AGROLAB"); // Выводим текст delay(500); lcd.clear(); return -1; } typedef void(*Action)(); class menu{ private: String * menu_items; int selected_item; uint8_t num_items; Action *actions; bool active; public: menu(uint8_t n, String * items) { num_items = n - 1; menu_items = new String[n]; actions = new Action[n]; selected_item = 0; for(int i = 0; i<n;i++) { menu_items[i] = items[i]; actions[i] = NULL; } active = false; } void bind_action(uint8_t n, Action act) { actions[n] = act; } void menu_down() { selected_item++; if (selected_item> num_items) selected_item = 0; } void menu_up() { selected_item--; if (selected_item < 0 ) selected_item = num_items; } void menu_push() { if(actions[selected_item] == NULL) Serial.println("ACTION IS NOT BINDED TO THIS MENU ITEM"); else actions[selected_item](); } void draw_menu() { if (active) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, selected_item % 4); lcd.print(char(126)); int page_end = (selected_item / 4)*4 + 4 > num_items ? num_items % 4+1: 4; for(int i = 0; i<page_end; i++) { lcd.setCursor(1, i); lcd.print(menu_items[(selected_item / 4)*4+i]); } } } void set_active() { active = true; } void unset_active() { active = false; } bool get_active() { return active; } }; #define MENU_MAIN_ITEMS 3 String main_items[MENU_MAIN_ITEMS] = { "Controls", "Settings", "Calibration" }; menu menu_main(MENU_MAIN_ITEMS, main_items); #define MENU_SUB_CONTROLS 5 String controls_items[MENU_SUB_CONTROLS] = { "Web Set", "Airing Set", "LED Set", "Watering", "Back" }; menu menu_controls(MENU_SUB_CONTROLS, controls_items); #define MENU_SUB_AIRING 4 String airing_items[MENU_SUB_AIRING] = { "Time", "Humidity", "Button", "Back" }; menu menu_airing(MENU_SUB_AIRING, airing_items); void enter_controls() { menu_main.unset_active(); menu_controls.set_active(); } void enter_settings() { Serial.println("Settings unavailable"); } void enter_calibration() { Serial.println("Calibration unavailable"); } void enter_airing() { menu_controls.unset_active(); menu_airing.set_active(); } void enter_web() { Serial.println("Web settings unavailable"); } void enter_led() { Serial.println("LED settings unavailable"); } void enter_watering() { Serial.println("Watering settings unavailable"); } void back_main() { menu_main.set_active(); menu_controls.unset_active(); } void airing_time() { Serial.println("Airing is set to on time"); } void airing_hum() { Serial.println("Airing is set to on humidity"); } void airing_but() { Serial.println("Airing is set to on button"); } void airing_back() { menu_controls.set_active(); menu_airing.unset_active(); } void setup() { JsAr.begin(); // Начинаем работу с платой ESP. Без этой строчки ничего работать не будет! DxlMaster.begin(57600); // Начинаем работу с DXL-устройствами. Serial.begin(115200); Serial.println(String("ONBOARD VOLTAGE:") + JsAr.readVoltage()); int status = init_buttons(); if (status != -1) { Serial.println("BTN WITH ID " + String(ids[status]) + " NOT INITIALISED! Aborting."); ESP.restart(); } status = init_lcd(); if (status != -1) { Serial.println("LCD NOT INITIALISED! Aborting."); ESP.restart(); } menu_main.bind_action(0, enter_controls); menu_main.bind_action(1, enter_settings); menu_main.bind_action(2, enter_calibration); menu_main.set_active(); menu_controls.bind_action(0, enter_web); menu_controls.bind_action(1, enter_airing); menu_controls.bind_action(2, enter_led); menu_controls.bind_action(3, enter_watering); menu_controls.bind_action(4, back_main); menu_airing.bind_action(0, airing_time); menu_airing.bind_action(1, airing_hum); menu_airing.bind_action(2, airing_but); menu_airing.bind_action(3, airing_back); } void loop() { delay(100); Serial.println(menu_main.get_active()); Serial.println(menu_controls.get_active()); Serial.println(menu_airing.get_active()); Serial.println("---------------------------"); menu_main.draw_menu(); menu_controls.draw_menu(); menu_airing.draw_menu(); switch (read_buttons()) { case 0: if(menu_main.get_active()) { menu_main.menu_down(); }else if(menu_controls.get_active()) { menu_controls.menu_down(); }else if(menu_airing.get_active()) { menu_airing.menu_down(); } break; case 1: if(menu_main.get_active()) { menu_main.menu_up(); }else if(menu_controls.get_active()) { menu_controls.menu_up(); }else if(menu_airing.get_active()) { menu_airing.menu_up(); } break; case 2: if(menu_main.get_active()) { menu_main.menu_push(); } else if(menu_controls.get_active()) { menu_controls.menu_push(); }else if(menu_airing.get_active()) { menu_airing.menu_push(); } break; } }