一种仪表智能屏显切换电路及方法与流程

1.本发明涉及智能仪表技术领域，具体是一种仪表智能屏显切换电路及方法。


背景技术：

2.流量仪表是人们生产生活中常用的计量仪表，根据流量种类的不同，可以分为水表、燃气表、油表等。其中，为了实现数据显示以及调试，多数仪表的壳体前侧都设置有显示屏模块以及相应的屏显切换电路。
3.如图1所示，仪表屏显切换电路包括主板和屏显切换检测电路，该屏显切换检测电路由电阻r2、电阻r1和光敏元件d1t构成，电阻r1的一端连接主板的电源供应端vcc，另外一端连接光敏元件d1t的集电极，光敏元件d1t的发射极连接gnd，电阻r1和光敏元件d1t的连接端通过电阻r2连接主板的采样端。主板中设置有adc、mcu和显示屏模块，adc的数据输入端连接主板的采样端，用于从屏显切换检测电路获取模拟采样信号，adc的数据输出端连接mcu的数据输入端，用于将数字采样信号发送给mcu。mcu的控制端连接显示屏模块，以控制显示屏模块进行屏显内容切换。
4.仪表屏显切换电路的工作原理为：当需要切换屏显内容时，手动触摸光敏元件d1t保持几毫秒或几秒后松开，此时主板检测到采样数据的时序图如图2所示。即在手动触摸光敏元件的情况下，在一个较长的时间间隔t1内采样值会发生两次偏转，根据发生两次偏转的实际时间间隔t2的大小，可以将当前的屏显内容相应切换到下一个屏显内容，或者将当前屏显模式切换到下一个屏显模式。
5.现有仪表屏显切换电路存在以下问题：
6.1、仪表容易受到环境因素影响，导致屏显内容误切换。例如，当仪表表面设置有遮挡盖，遮挡盖合上再迅速打开，以及仪表表面没有遮挡盖或遮挡盖打开期间，由于仪表安装位置的多可能性，有门、车、人等遮挡物从仪表前快速移过，都会导致采样值在设定时间间隔内发生第二次翻转，从而导致屏显误切换。
7.2、由于遮挡盖合上或者是仪表前有遮挡物遮挡时，会导致采样值发生第一次偏转，而检测采样值是否会发生第二次反转的目的就是为了区分是人为触摸还是遮挡盖合上或者是仪表前一直有遮挡物遮挡，这就会导致需要等到触摸结束后才能启动屏显切换，切换速度慢、灵敏度低；并且，当触摸时间过长时，此时在设定的时间间隔内可能就会只检测到一次翻转，而无法切换下一个屏显内容，可靠性差。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种仪表智能屏显切换电路及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种仪表智能屏显切换电路，包括主板、滞回比较器u1、稳压管d
z1
、分压电阻r1、采样电阻r2、反馈电阻r5、二极管d1、光敏元件d1t、分压电阻r3、采样电阻r4和光敏元件d2t；
11.主板中设置有mcu和显示屏模块，mcu采样连接滞回比较器u1的输出端，并控制连接显示屏模块；
12.所述分压电阻r1的一端连接主板的电源供应端vcc，另外一端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接光敏元件d1t的集电极，光敏元件d1t的发射极连接gnd，二极管d1的阴极和光敏元件d1t的集电极之间还通过采样电阻r2连接滞回比较器u1的同相输入端；
13.分压电阻r3的一端连接主板的电源供应端vcc，另一端连接光敏元件d2t的集电极，光敏元件d2t的发射极连接gnd，分压电阻r3和光敏元件d1t的集电极之间还通过采样电阻r4连接滞回比较器u1的反相输入端，滞回比较器u1的输出端和同相输入端之间连接有反馈电阻r5，滞回比较器u1的输出端和地之间连接有稳压管d
z1
。
14.作为本发明的进一步技术方案，所述分压电阻r1、采样电阻r2、二极管d1、光敏元件d1t构成了第一路上传启动检测电路。
15.作为本发明的进一步技术方案，所述分压电阻r3、采样电阻r4、光敏元件d2t构成了第二路上传启动检测电路。
16.作为本发明的进一步技术方案，所述分压电阻r1和r3的阻值相同。
17.作为本发明的进一步技术方案，所述采样电阻r2和r4的阻值相同。
18.作为本发明的进一步技术方案，所述光敏元件d1t和光敏元件d2t为同一型号。
19.作为本发明的进一步技术方案，当光照强度越高时，光敏元件d1t和d2t中的电流越大，对应连接到滞回比较器u1输入端的电压采样值越小。
20.11.根据权利要求1所述的一种仪表智能屏显切换电路，其特征在于，所述光敏元件d1t和d2t设置在智能仪表表体同一位置处，所处的环境因素相同，光照强度相同。
21.一种仪表智能屏显切换方法，采用上述的切换电路，包含以下步骤：
22.步骤(1)、实时对第一路光敏元件d1t和第二路光敏元件d2t的电物理量进行同步采样；其中，在相同光照强度下，第一路光敏元件d1t和第二路光敏元件d2t对应的采样值相同；
23.步骤(2)、将第一路光敏元件d1t的采样值下调ud，并将下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值与第二路光敏元件d2t的采样值进行比较；
24.步骤(3)、若下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值大于第二路光敏元件d2t的采样值，说明此时肯定存在人为触摸d1t的情况，此时则在设定时间t1内记录d1t的采样值高于d2t的采样值的持续时间t。若下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值不大于第二路光敏元件d2t的采样值，则说明此时肯定不存在人为触摸，此时则返回至步骤(1)，其中，设定时间t1是根据进行屏显模式切换触摸所需的最小时间值，即当需要切换屏显模式时，需要长触摸光敏元件d1t的最短时间来确定的；
25.步骤(4)、判断持续时间t是否小于设定时间t1，若小于设定时间t1，则将当前显示模式下的当前显示内容切换到下一显示内容；若不小于设定时间t1，将当前显示模式切换到下一显示模式。
26.作为本发明的进一步技术方案，ud的确定方式为：a、均匀设定m个不同的光照强度，并将两路光敏元件d1t和d2t分别置于这m个不同的光照强度中；b、在不触摸的情况下，分别记录两路光敏元件d1t和d2t在第i个光照强度下的n个测量值，分别记为
c、分别计算d1t在第i个光照强度下的n个测量值的平均值以及d2t在第i个光照强度下的n个测量值的平均值d、分别计算d1t在第i个光照强度下的n个测量值与的差值的绝对值以及d2t在第i个光照强度下的n个测量值与的差值的绝对值；e、将ud取为2|u|
max
δu，其中|u|
max
为所有绝对值中的最大值，δu为当前所有二极管中导通电压大于2|u|
max
且与2|u|
max
最接近的导通电压与2|u|
max
的差值。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.1、通过增加几个简单的电子器件，将对采样值在设定时间内发生两次翻转的判断，转换为了采用两路采样值的差异的判断，实现方式不同；
29.2、由于两路光敏元件均设置在仪表上，位置较近，面临的环境相同，通过二者对应采样值的差异情况来确定是否进行屏显切换，就能够排除遮挡盖合上再打开或者是遮挡物从表前移过等环境因素对单个光敏元件采样值的影响进而造成的屏显切换误启动现象，易于实现，且成本低廉；
30.3、通过设置二极管，对触摸的一路光敏元件的采样值进行下调处理，从而避免了在不触摸光敏元件的情况下由于测量误差的影响导致屏显切换频繁误启动的现象，提高了切换可靠性。
31.4、通过设置滞回比较器，可以直接基于模拟量信号进行屏显切换，从而避免了模-数转化，能够满足仪表mcu每周期醒来时间较短的应用需求。
32.5、在长触摸切换屏显模式的需求情况下，即使触摸未结束也可以在达到触摸时间的情况下立刻进行屏显模式切换，启动速度快、可靠性高。
附图说明
33.图1为现有启动电路图；
34.图2为采样时序图；
35.图3为本发明的上传启动电路图；
36.图4为本发明的原理图；
37.图5为滞回比较器输出示意图。
38.图6为仪表智能屏显切换方法流程图。
具体实施方式
39.实施例1：请参阅图2-3，一种仪表智能屏显切换电路，包括：主板、滞回比较器u1、稳压管d
z1
、分压电阻r1、采样电阻r2、反馈电阻r5、二极管d1、光敏元件d1t、分压电阻r3、采样电阻r4、光敏元件d2t。
40.其中，分压电阻r1、采样电阻r2、二极管d1、光敏元件d1t构成了第一路屏显切换检测电路，分压电阻r3、采样电阻r4、光敏元件d2t构成了第二路屏显切换检测电路。在第一路屏显切换检测电路中，分压电阻r1的一端连接主板的电源供应端vcc，另外一端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接光敏元件d1t的集电极，光敏元件d1t的发射极连接gnd。二极管d1的阴极和光敏元件d1t的集电极之间还通过采样电阻r2连接滞回比较器u1的同相输
入端。在第二路屏显切换检测电路中，分压电阻r3的一端连接主板的电源供应端vcc，另外一端连接光敏元件d2t的集电极，光敏元件d2t的发射极连接gnd。分压电阻r3和光敏元件d1t的集电极之间还通过采样电阻r4连接滞回比较器u1的反相输入端。滞回比较器u1的输出端和同相输入端之间连接有反馈电阻r5，输出端和地之间连接有稳压管d
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。主板中设置有mcu和显示屏模块，mcu采样连接滞回比较器u1的输出端，并控制连接显示屏模块。
41.实施例2，在实施例1的基础上，分压电阻r1和r3的阻值相同，采样电阻r2和r4的阻值相同，光敏元件d1t和d2t为同一型号。当光照强度越高时，光敏元件d1t和d2t中的电流就越大，对应连接到滞回比较器u1输入端的电压采样值就越小。
42.本设计的工作原理为：
43.(1)光敏元件d1t和d2t设置在智能仪表的表体同一位置处，所处的环境因素相同，光照强度相同。
44.(2)在不需要进行屏显切换时，光敏元件d1t和d2t的光照强度相同，但由于二极管d1的分压作用，分压大小为二极管d1的导通电压ud，滞回比较器u1同相输入端的电压值会低于其反相输入端的电压，同相输入端的电压值与反相输入端的电压的差值会低于滞回比较器u1的低电压阈值-δu，滞回比较器u1输出为低电平。mcu检测到低电平，控制显示屏模块保持当前的屏显内容。通过设置二极管d1，在相同的光照强度下，可以强制滞回比较器u1同相输入端的电压值低于反相输入端的电压值，这就避免了不设置二极管d1时，即使光照强度相同，但是由于测量误差的影响，导致滞回比较器u1同相输入端的电压值时而高于反相输入端的电压值，时而低于反相输入端的电压值，进而使屏显反复误切换的现象。
45.(3)在需要进行屏显切换时，手动触摸光敏元件d1t。如果需要将当前屏显模式切换到下一个屏显模式，如检修屏显模式，则长触摸光敏元件d1t；如果需要将当前屏显模式下的当前屏显内容切换到下一屏显内容，则短触摸光敏元件d1t。由于光敏元件d1t的光照强度减弱，其电流就会明显减小，进而滞回比较器u1同相输入端的电压值会增大而高于其反相输入端的电压，同相输入端的电压值与反相输入端的电压的差值会高于滞回比较器u1的高电压阈值δu，滞回比较器u1输出为高电平。mcu检测到高电平，如果高电平的持续时间较长，则控制显示屏模块将当前屏显模式切换到下一个屏显模式；如果高电平的持续时间较短，则控制显示屏模块将当前屏显模式下的当前屏显内容切换到下一屏显内容。
46.如图4所示，图中红色粗实线表示的是在触摸的情况下，d1t对应的采样电压值即滞回比较器u1同相输入端的电压值随环境光照强度的变化情况；蓝色细实线表示的是在不触摸的情况下，d2t对应的采样电压值即滞回比较器u1反相输入端的电压值随环境光照强度的变化情况；红色粗虚线表示的是在触摸的情况下，d1t对应的采样电压值即滞回比较器u1同相输入端的电压值随环境光照强度的变化情况。
47.当然，实际上，d1t和d2t采样电压值随光照强度的变化，并不一定会呈现出如图4中所示的线性关系，图4只是为了便于说明而给出的简化图。但是，图4与实际中d1t和d2t采样电压值会随光照强度的增大而减小的变化趋势是相同的。
48.在不触摸d1t的情况下，d1t和d2t的光照强度相同，但由于二极管d1的降压作用(降压大小为图4中的ud)，即使考虑采样误差(极限采样误差为u
d-δu)，d1t的采样电压值也会低于d2t，如图4中的红色粗实线上的点a和蓝色细实线上的点b所示，此时滞回比较器u1输出为低电平。
49.当需要进行屏显切换时，人为触摸d1t，d1t的光照强度降低，此时d1t的采样电压值就会大幅度升高。如图4所示，当光照强度远高于一定强度e0时，触摸后d1t的采样压值就会高于d2t采样电压值，如图4中的红色虚线上的点c所示，此时如图5所示，滞回比较器u1同相输入端的电压值与反相输入端的电压的差值会高于滞回比较器u1的高电压阈值δu，滞回比较器u1输出为高电平。
50.当受到环境因素影响，如仪表表面设置的遮挡盖合上或者是在不设置遮挡盖的情况下，有遮挡物出现在仪表前面时，此时相当于d1t和d2t的光照强度变弱，其对应的采样电压值会同幅度升高，分别如图4中的点c和点d所示，此时d1t的采样电压值依旧会低于d2t，滞回比较器u1输出为依旧为低电平，从而避免了屏显内容误切的现象。
51.当环境光照强度低于一定值的情况下，如图4中光照强度略高于及低于e0时，在触摸d1t的情况下，d1t的采样电压值会升高，但由于升高幅度较小，滞回比较器u1同相输入端的电压值与反相输入端的电压的差值会低于滞回比较器u1的高电压阈值δu，此时滞回比较器u1也依旧会输出低电平，不会进行屏显切换，从而避免了在光照强度过低情况下屏显误切的现象。
52.基于图3中的仪表智能屏显切换电路，如图6所示，仪表智能屏显切换方法的步骤如下：
53.(1)实时对第一路光敏元件d1t和第二路光敏元件d2t的电物理量进行同步采样；其中，在相同光照强度下，第一路光敏元件d1t和第二路光敏元件d2t对应的采样值相同。
54.(2)将第一路光敏元件d1t的采样值下调ud，并将下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值与第二路光敏元件d2t的采样值进行比较。
55.其中，ud的确定方式为：
56.a.均匀设定m个不同的光照强度，并将两路光敏元件d1t和d2t分别置于这m个不同的光照强度中；
57.b.在不触摸的情况下，分别记录两路光敏元件d1t和d2t在第i个光照强度下的n个测量值，分别记为
58.c.分别计算d1t在第i个光照强度下的n个测量值的平均值以及d2t在第i个光照强度下的n个测量值的平均值
59.d.分别计算d1t在第i个光照强度下的n个测量值与的差值的绝对值以及d2t在第i个光照强度下的n个测量值与的差值的绝对值；
60.e.将ud取为2|u|
max
δu，其中|u|
max
为所有绝对值中的最大值，δu为当前所有二极管中导通电压大于2|u|
max
且与2|u|
max
最接近的导通电压与2|u|
max
的差值。
61.(3)若下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值大于第二路光敏元件d2t的采样值，说明此时肯定存在人为触摸d1t的情况，此时则在设定时间t1内记录d1t的采样值高于d2t的采样值的持续时间t。若下调ud后的第一路光敏元件d1t的采样值不大于第二路光敏元件d2t的采样值，则说明此时肯定不存在人为触摸，此时则返回至步骤(1)，其中，设定时间t1是根据进行屏显模式切换触摸所需的最小时间值，即当需要切换屏显模式时，需要长
触摸光敏元件d1t的最短时间来确定的。
62.(4)判断持续时间t是否小于设定时间t1，若小于设定时间t1，则将当前显示模式下的当前显示内容切换到下一显示内容；若不小于设定时间t1，将当前显示模式切换到下一显示模式。