一种液晶显示器低温显示控制系统的设计

　　液晶显示器具有功耗低、清晰度高、寿命长、体积小、重量轻、光学特性好等特点，是理想的显示器件，广泛应用在各种仪器仪表上，但它的温度特性较差，在高温下衬底变黑，对比度下降；在低温时显示滞后，如在0℃时，滞后0.5s左右；在-10℃时，滞后1.5s左右，在-20℃以下时，就不能正常工作。为满足野外低温条件下使用液晶显示器，必须采取技术措施使仪器的液晶显示器正常工作。

　　为了实现液晶显示器的低温显示，可采用提高显示器驱动电压的方法，此种方法可以使液晶显示器在-20℃的低温下工作，通常的宽温型液晶显示器都是采用此种方法以实现低温显示。但是，驱动电压不能无限止的提高，因为当驱动电压提高到一定程度后，显示器的对比度会明显下降，甚至黑屏，而导致显示器无法使用。也有在液晶显示器内部放置加热膜，提高液晶显示器内部的温度，以实现在低温下的显示，但是，此种方法制造工艺复杂、代价高、控制电路复杂，影响了其使用范围。本文介绍了一种液晶显示器的低温显示控制系统，在普通的液晶显示器后加装加热器，并采用温度传感器实时监测，整个装置封闭在盒子内，通过接口和外部单片机温控电路相连，单片机根据环境温度及显示盒内温度值确定是否加热，并使其维持在一定的温度范围内，从而实现液晶显示器的低温显示。

　　1 系统电路设计

　　1. 1 硬件设计

　　本系统的基本结构原理如图1所示。系统由显示盒和温控电路两部分组成，图中，虚线部分是封闭的液晶显示盒，其余部分是温度控制电路。液晶显示盒主要由液晶显示器、温度传感器（AD7416）和加热器等组成，温度传感器实时监测显示盒内部的温度，以此判断液晶显示屏的温度，加热器用来在温度较低时加热。加热器采用4 个120Ω/ 5W的加热电阻器，固定在液晶显示器背部的板上，整个系统密封在盒子内，通过接口与温控电路板连接。温控板由单片机（AdμC812）、温度传感器（AD7416）、继电器（JZC064M）、通信接口以及外围电路等组成，控制板上的温度传感器用来监测环境温度，只有当环境温度低于-10℃，并且，液晶显示器显示盒内部温度低于22℃时，单片机才控制加热器工作。

　　单片机的P0口和液晶显示器的数据线相连，P1.0和液晶显示器的RS 相连，用于传输数据和指令信息，P1.1和R/W相连，确定数据的读写，P1.2和E相连，为使能信号。P2. 0～P2.1和2个温度传感器的两根数据线（SCL，SDA）相连，P2.2用于继电器的控制，控制是否加热，当P2.2口置高时，继电器闭合，置低时，继电器断开。此外，单片机还将要显示的数据送液晶显示器显示。

　　1.2 MTC-C162 显示器

　　MTC-C162 液晶显示器是研制测角传感器所新配备的，该传感器的工作温度范围为-40～55 ℃，因此，要求显示器也必须工作在这一温度范围内。MTC-C162 是宽温型液晶显示器，它具有尺寸小、显示稳定、操作简单等特点。可以显示两行，每行显示16 个字符，每个字符为5×7个点，通过3 根控制线和8 根数据线和外部通信，唯一不足之处是工作温度范围不能满足要求。

　　1.3 温度传感器AD7416

　　AD7416 是装在一个芯片中的完整的温度监视系统。它与其他数字温度传感器相比具有体积小、编程简单等优点。它包括一个带隙温度传感器和一个用来监视并将温度的高低数字化的10 位AD传感器，精度可达0.25℃，还有一个可编程的门限用来比较测量温度的比较器。片内寄存器可以用来设定高、低温度门限，并提供一个漏极开路的“超温指示器”（OTI）输出，当超过设定的门限时，OTI 输出即有效。

　　一个与I2C兼容的串行接口可以向AD7416 的寄存器写入和读出，AD7416 串行总线地址的最低3位（LSB）是可选的，这就可以在一条总线上连接多达8个AD7416。

　　AD7416 的宽电源电压范围（2.7～5.5V）低电源电流和I2C 兼容的接口，使得它可作为一种理想的数字温度传感器。

　　2 软件设计

　　2. 1 温度值的读取

　　AD7416 由5个内部寄存器组成，其中，4个是数据寄存器，1个是地址指针寄存器，为了减少程序执行的周期，AD7416 采用上电默认的自动复位，地址指针指向温度值数据寄存器，采用连续转换模式，转换周期为400 μs。单片机直接读温度传感器的数据值。单片机首先通过建立START 条件启动数据传输，即在串行时钟线SCL 保持为高时，在串行数据线SDA 上产生一个由高到低的跳变，这表明随后将有一个地址流，所有接在串行总线的从器件将响应START 条件，并移入后续8 位（ 包括高位在前的7 位地址加一个R/W 位），R/W 位决定数据传输的方向，即数据将从器件写入或者读出。符合发送地址的器件通过在第9个时钟脉冲之前的“ 低”时期将数据线拉低做出响应，然后，等待读出或者写入数据。在第9个时钟脉冲之后数据被送到串行总线上，自从器件送出的8 位数据后面跟随一个应答位。数据线上发生跳变必须在时钟信号的“ 低”时期，当时钟信号的“ 高”时期，数据线上必须保持稳定。当时钟为“高”时，数据线上发生一个由低到高的跳变将被解释为一个STOP信号。当所有的数据字节已经读出或写入后，要建立一个STOP 条件，本次数据传输结束。

　　2. 2 显示程序设计

　　液晶显示器工作之前需进行初始化，设置液晶显示器的工作状态。电源上电后，单片机需要延时15 ms 等待，显示器电压上升至正常，之后，才可以对显示器进行初始化。

　　初始化时，先将显示器清屏，设定为8 位数据传送格式，16×2行显示，字符不闪烁，不显示光标，不进行字符移位显示，每字符设定为5×7点显示。液晶显示器的数据RAM地址为：第一行是00H～0FH，第二行是40H～4FH。当在某位置显示字符时，只需在相应的RAM 地址中写入所对应的字符码即可。如需要在第一行的第一个位置显示字符“0”，只需在RAM 地址00H 写入字符“0”所对应的字符码30H即可。每次往液晶显示器写入数据时，都需要检测显示器的忙标志位，只有当显示器处在空闲状态时，写入的数据才有效，否则，为无效写入，可能导致显示器显示乱码。

　　2.3 温度控制

　　单片机要完成的功能是显示字符和2个温度传感器通信，控制加热器。单片机首先应判断环境的温度是否低于-10℃，如果低于-10℃，则判断液晶显示器的温度是否低于22℃，如果低于22 ℃，则将P2.2口置高，使加热器工作。为了减少继电器的通断次数，当环境温度低于-10 ℃时，控制液晶显示器的温度范围为22～30℃。当温度值超过30℃时，将断开继电器停止加热，温度范围在22～30℃时，保持继电器的工作状态不变。

　　3 试验结果

　　液晶显示器其背部温度变化如图2所示。

　　试验证明：当环境温度在- 40 ℃左右时，显示盒内温度在20℃以上，液晶显示器可以正常工作。试验中发现，电压对该液晶显示器显示的对比度没有太大影响，所以，液晶显示屏并没有采用动态电压供电电路，以减少系统的复杂程度，液晶显示屏采用+5V电压供电，在整个工作范围内工作良好。

　　在-40 ℃的条件下，当加热器的加热电压为+ 20V时，只需加热6～8min 显示器即可正常工作。如果采用+12V电压加热，则加热15min后显示器可以正常工作。

　　4 结 论