CN112576808B - 一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统及其应用方法，所述系统包括：信号取样模块、CPU模块、电压调节模块、OLED显示屏；其中：信号取样模块，与CPU模块连接，用于接收外部输入的4mA～20mA信号，并将其转化为电压模拟信号输入CPU模块进行A/D转换；CPU模块，分别与电压调节模块和OLED显示屏连接，将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏的工作电压，并对OLED显示屏的对比度进行配置；OLED显示屏分别与电压调节模块和CPU模块连接，CPU模块通过控制电压调节模块去改变OLED显示屏的工作电压。

Description

一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及显示器领域，具体涉及一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统及其应用方法。

背景技术

目前的智能电气阀门定位器由于低功耗需求基本都采用液晶显示屏来实现人机互动功能，液晶显示屏存在视角小且工作在超低温就会显示不清或无显示的缺点。如采用OLED显示屏功耗会比较大，会影响智能电气阀门定位器的正常工作。

1)液晶屏工作在超低温下显示效果不好：

智能电气阀门定位器工作环境在-40℃～80℃，而液晶屏一般在-20℃及以下温度时显示不清或无显示。

2)液晶屏视角小、强光下视觉效果不好：

液晶屏视觉角度小，站在智能电气阀门定位器侧面或在强光下看屏幕，显示内容不清晰。

3)OLED显示屏功耗较大，影响阀门定位器正常工作。

二线制智能电气阀门定位器输入4mA～20mA信号，OLED显示屏功耗大，在4mA输入时不能正常启动。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统及其应用方法，以解决目前智能电气阀门定位器人机互动显示装置在低温、高亮度，大视角、低功耗等环境下显示效果不好的问题。本发明的技术方案如下：

一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统，包括：信号取样模块、CPU模块、电压调节模块、OLED显示屏；其中：

信号取样模块，与CPU模块连接，用于接收外部输入的4mA～20mA信号，并将其转化为电压模拟信号输入CPU模块；

CPU模块，分别与电压调节模块和OLED显示屏连接，将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏的工作电压，并对OLED显示屏的对比度进行配置；

OLED显示屏分别与电压调节模块和CPU模块连接，CPU模块通过控制电压调节模块去改变OLED显示屏的工作电压。

可选地，所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

可选地，所述第一工作电压、第二工作电压、……、第k+1工作电压均不高于3.3V第一阈值、第二阈值、…、第k阈值均在4mA～20mA的范围内。

可选地，所述CPU设置有通讯接口和电压控制接口；所述通讯接口与所述OLED显示屏连接；所述电压控制接口与所述电压调节模块连接；

所述OLED显示屏设置有GND引脚和VCC引脚；所述电压调节模块分别与OLED显示屏的GND引脚和VCC引脚连接。

可选地，所述电压控制接口包括第一引脚OLED_ON1，第二引脚OLED_ON2；

所述电压调节模块进一步包括：接地部分、接电源部分；

所述接地部分包括：电阻R21、电阻R22、电阻R53、MOS管Q9；其中，电阻R21的第一端连接第一引脚OLED_ON1，电阻R21的第二端分别连接电阻R22的第一端和MOS管Q9的栅极；电阻R22的第二端和MOS管Q9的源极均接地；MOS管Q9的漏极分别连接电阻R53的第一端和OLED显示屏的GND引脚；电阻R53的第二端接地；

所述接电源部分包括：

电阻R54、电阻R55、电阻R66、MOS管Q10、电容C26；其中，电阻R54的第一端、MOS管Q10的栅极均连接第二引脚OLED_ON2；电阻R54的第二端、MOS管Q10的源极、电阻R55的第一端、电阻R66的第一端、电容C26的第一端均连接3V电压；MOS管Q10的漏极、电阻R55的第二端、电阻R66的第二端均连接OLED显示屏的VCC引脚。

可选地，所述CPU模块通过对MOS管Q9和MOS管Q10进行开关控制，来改变电压调节模块向OLED显示屏输出的工作电压。

一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的应用方法，基于如前所述的显示屏系统，包括如下步骤：

S1：外部输入4mA～20mA信号至信号取样模块，信号取样模块将其转化为电压模拟信号输入CPU模块；

S2：CPU模块将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏的工作电压，并对OLED显示屏的对比度进行配置。

可选地，所述步骤S2进一步包括：

S21：CPU模块将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N；

S22：所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)显示屏耐低温。本发明实现了用OLED显示屏替代目前智能电气阀门定位器采用的液晶显示屏来实现人机互动功能，使显示屏在-40℃温度环境下正常工作。

(2)显示屏视角广、分辨率高。本发明实现了用OLED显示屏替代目前智能电气阀门定位器采用的液晶显示屏来实现人机互动功能，使显示屏达到全视角，高分辨率。

(3)OLED显示屏低功耗应用。本发明实现解决了OLED显示屏功耗较大，会影响智能电气阀门定位器正常工作的问题，通过软硬件设计相结合来控制OLED显示屏分段显示不同亮度的应用方法，以实现OLED显示屏在低功耗环境下的正常工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明具体实施例一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的原理框图；

图2是本发明具体实施例一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的硬件电路图；

图3是本发明具体实施例一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的应用方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2，本实施例公开了一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统，包括：信号取样模块10、CPU模块20、电压调节模块30、OLED显示屏40；其中：

信号取样模块10，与CPU模块20连接，用于接收外部输入的4mA～20mA信号，并将其转化为电压模拟信号输入CPU模块20；

CPU模块20，分别与电压调节模块30和OLED显示屏40连接，将信号取样模块10发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏40的工作电压，并对OLED显示屏40的对比度进行配置；这里对比度即为显示屏的亮度。

OLED显示屏40分别与电压调节模块30和CPU模块20连接，CPU模块20通过控制电压调节模块30去改变OLED显示屏40的工作电压。

本实施例中，OLED显示屏40作为智能电气阀门定位器的显示终端使用，OLED显示屏40的正常工作电压范围为1.7V～3.3V，可工作在-40℃～85℃，具有较高清晰度及大视角，这些特点很好解决了目前智能电气阀门定位器人机互动显示装置在低温、高亮度，大视角等环境下显示效果不好的问题，但OLED显示屏功耗大，正常亮度在4mA输入时不能正常启动。针对功耗大问题，进行分段亮度显示设计。外部4mA～20mA信号输入后，经过信号取样模块转化为电压模拟信号输入CPU模块，CPU模块进行A/D转换后对输入信号大小检测，再根据输入信号大小控制不同工作电压输出及改变显示屏的亮度。

所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；阈值转换数字量码值的操作，是CPU中常见的操作，本发明不再对其赘述。

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

其中，所述第一工作电压、第二工作电压、……、第k+1工作电压均不高于3.3V。

第一阈值、第二阈值、…、第k阈值均在4mA～20mA的范围内(该范围包括两个端点的值)。

本实施例以两个阈值为例进行说明，如下：

所述CPU模块预先设置有两个阈值：第一阈值、第二阈值；其中，第一阈值为6mA，第二阈值为8mA。这里两个阈值的具体数值，仅为举例，本发明不对其具体数值做出限定。所述CPU模块将所述2个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值。

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块通过电压调节模块对OLED显示屏的工作电压进行限压限流，同时调低OLED显示屏的对比度，使其为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块输出OLED显示屏的正常工作电压，同时调低OLED显示屏的对比度，使其为第二对比度；

若N大于等于第二码值，CPU模块控制电压调节模块输出OLED显示屏的正常工作电压，同时调高OLED显示屏的对比度，使其为第三对比度。

其中，所述CPU模块20设置有通讯接口和电压控制接口；所述通讯接口与所述OLED显示屏40连接；所述电压控制接口与所述电压调节模块30连接。所述CPU模块20通过通讯接口改变OLED显示屏40的对比度；CPU模块20通过电压控制接口改变OLED显示屏40的工作电压。

所述通讯接口包括五个引脚：OLED_CLK、OLED_DATA、OLED_RES、OLED_DC、OLED_CS；所述OLED显示屏设置有7个引脚：GND、VCC、SCL、SDA、RES、DC、CS；其中，所述电压调节模块分别与OLED显示屏的GND引脚和VCC引脚连接。其他5个引脚SCL、SDA、RES、DC、CS分别与通讯接口的五个引脚OLED_CLK、OLED_DATA、OLED_RES、OLED_DC、OLED_CS连接。

所述电压调节模块30进一步包括：接地部分、接电源部分；

所述接地部分包括：电阻R21、电阻R22、电阻R53、MOS管Q9；其中，电阻R21的第一端连接第一接口OLED_ON1，电阻R21的第二端分别连接电阻R22的第一端和MOS管Q9的栅极；电阻R22的第二端和MOS管Q9的源极均接地；MOS管Q9的漏极分别连接电阻R53的第一端和OLED显示屏的GND引脚；电阻R53的第二端接地；Q9是N沟道增强型MOS管；Q10是P沟道增强型MOS管。

所述接电源部分包括：

电阻R54、电阻R55、电阻R66、MOS管Q10、电容C26；其中，电阻R54的第一端、MOS管Q10的栅极均连接第二接口OLED_ON2；电阻R54的第二端、MOS管Q10的源极、电阻R55的第一端、电阻R66的第一端、电容C26的第一端均连接3V电压；MOS管Q10的漏极、电阻R55的第二端、电阻R66的第二端均连接OLED显示屏的VCC引脚。

所述CPU模块通过对MOS管Q9和MOS管Q10进行开关控制，来改变电压调节模块向OLED显示屏输出的工作电压。

如，Q9和Q10同时关断，则3V电压通过R53、R55、R56进行限压限流；如Q9开启，Q10关断，则3V电压通过R55、R56进行限压限流；如Q9关断，Q10开启，则3V电压通过R53进行限压限流；Q9和Q10同时开启，则R53、R55、R56相当于均被短路，3V电压输出给OLED显示屏，此时，OLED显示屏VCC和GND之间的电压约为3V左右。

如图3，本实施例同时公开了一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的应用方法，基于如前所述的显示屏系统，包括如下步骤：

S1：外部输入4mA～20mA信号至信号取样模块10，信号取样模块10将其转化为电压模拟信号输入CPU模块20；

S2：CPU模块20将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏40的工作电压，并对OLED显示屏40的对比度进行配置。

其中，所述步骤S2进一步包括：

S21：CPU模块将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字信号N；

S22：所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

本实施例中，以两个阈值为例，进行说明，具体如下：

步骤S2进一步包括：S21：CPU模块20将信号取样模块10发送的电压模拟信号转换为数字量N。

S22：CPU模块20预先设置有两个阈值：第一阈值、第二阈值；其中，第一阈值为6mA，第二阈值为8mA。这里两个阈值的具体数值，仅为举例，其只要位于4mA～20mA的范围内即可，本发明不对其具体数值做出限定。CPU模块20依据所述两个阈值对N进行大小检测。

所述CPU模块将所述2个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值。

若N小于第一码值，CPU模块20通过电压调节模块30对OLED显示屏的工作电压进行限压限流(输出第一工作电压)，同时CPU模块通过通讯接口对OLED显示屏进行配置将对比度调低档，使其为第一对比度，此时显示屏成最小亮度(亮度控制显示)，功耗降低，整机可在3mA输入时能正常启动；即保持低工作电压，输出低显示对比度。

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块输出OLED显示屏的正常工作电压(输出第二工作电压)，同时CPU模块通过通讯接口对OLED显示屏进行配置将对比度调低档，使其为第二对比度，此时显示屏亮度相对提高(亮度控制显示)，功耗增大，但由于输入信号也增大，不影响整机正常工作；即保持正常工作电压，输出低显示对比度。

若N大于等于第二码值，CPU模块控制电压调节模块输出OLED显示屏的正常工作电压(输出第三工作电压)，同时CPU模块通过通讯接口对OLED显示屏进行配置将对比度调高档，使其为第三对比度，此时显示屏亮度相对又提高(亮度控制显示)；即保持正常工作电压，输出高显示对比度。

其中，步骤S22中，“CPU模块通过电压调节模块对OLED显示屏的工作电压进行限压限流”，进一步包括：

CPU模块对MOS管Q9、Q10进行开关控制，置低电平使Q9关闭、置高电平使Q10关闭，3V电压通过R53、R55、R66进行限压限流。此时OLED显示屏VCC、GND之间电压小于3V工作电压，同时CPU模块通过通讯接口对显示屏进行配置将对比度调小，显示屏成最小亮度(此亮度不影响人机交互)，功耗降低，整机可在3mA(最小启动电流)输入时能正常启动，符合智能电气阀门定位器工作要求。

其中，步骤S22中，“CPU模块控制电压调节模块输出OLED显示屏的正常工作电压”，进一步包括：

CPU模块对MOS管Q9、Q10进行开关控制，置高电平使Q9开启、置低电平使Q10开启，相当于R53、R55、R66短接，此时OLED屏VCC、GND之间电压约3V左右，同时CPU模块通过通讯接口对显示屏进行配置将对比度调大，显示屏可调高亮度。

本实施例以分为三段亮度(对比度)显示和2个信号阈值为例进行说明，具体实施时，分几段亮度显示及各段显示的输入信号阀值可根据需求来设定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统，其特征在于，包括：信号取样模块、CPU模块、电压调节模块、OLED显示屏；其中：

信号取样模块，与CPU模块连接，用于接收外部输入的4mA～20mA信号，并将其转化为电压模拟信号输入CPU模块进行A/D转换；

CPU模块，分别与电压调节模块和OLED显示屏连接，将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏的工作电压，并对OLED显示屏的对比度进行配置；

OLED显示屏分别与电压调节模块和CPU模块连接，CPU模块通过控制电压调节模块去改变OLED显示屏的工作电压；

其中，所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；

所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

2.如权利要求1所述的显示屏系统，其特征在于，所述第一工作电压、第二工作电压、…、第k+1工作电压均不高于3.3V；第一阈值、第二阈值、…、第k阈值均在4mA～20mA的范围内。

3.如权利要求1所述的显示屏系统，其特征在于，所述CPU模块设置有通讯接口和电压控制接口；所述通讯接口与所述OLED显示屏连接；所述电压控制接口与所述电压调节模块连接；

所述OLED显示屏设置有GND引脚和VCC引脚；所述电压调节模块分别与OLED显示屏的GND引脚和VCC引脚连接。

4.如权利要求3所述的显示屏系统，其特征在于，所述电压控制接口包括第一引脚OLED_ON1，第二引脚OLED_ON2；

所述电压调节模块进一步包括：接地部分、接电源部分；

所述接地部分包括：电阻R21、电阻R22、电阻R53、MOS管Q9；其中，电阻R21的第一端连接第一引脚OLED_ON1，电阻R21的第二端分别连接电阻R22的第一端和MOS管Q9的栅极；电阻R22的第二端和MOS管Q9的源极均接地；MOS管Q9的漏极分别连接电阻R53的第一端和OLED显示屏的GND引脚；电阻R53的第二端接地；

所述接电源部分包括：

电阻R54、电阻R55、电阻R66、MOS管Q10、电容C26；其中，电阻R54的第一端、MOS管Q10的栅极均连接第二引脚OLED_ON2；电阻R54的第二端、MOS管Q10的源极、电阻R55的第一端、电阻R66的第一端、电容C26的第一端均连接3V电压；MOS管Q10的漏极、电阻R55的第二端、电阻R66的第二端均连接OLED显示屏的VCC引脚。

5.如权利要求4所述的显示屏系统，其特征在于，所述CPU模块通过对MOS管Q9和MOS管Q10进行开关控制，来改变电压调节模块向OLED显示屏输出的工作电压。

6.一种用于智能电气阀门定位器的显示屏系统的应用方法，其特征在于，基于如权利要求1至5任意一项所述的显示屏系统，包括如下步骤：

S1：外部输入4mA～20mA信号至信号取样模块，信号取样模块将其转化为电压模拟信号输入CPU模块；

S2：CPU模块将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N，并检测其大小；根据检测结果去改变OLED显示屏的工作电压，并对OLED显示屏的对比度进行配置；

其中，所述步骤S2进一步包括：

S21：CPU模块将信号取样模块发送的电压模拟信号转换为数字量N；

S22：所述CPU模块预先设置有k个阈值：第一阈值、第二阈值、…、第k阈值；k为大于1的整数；所述CPU模块将所述k个阈值分别转换为对应的数字量码值，分别得到：第一码值、第二码值、…、第k码值；

经检测后，若N小于第一码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第一工作电压，同时调整OLED显示屏为第一对比度；

若N大于等于第一码值且小于第二码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第二工作电压，同时调整OLED显示屏为第二对比度；

……

若N大于等于第k-1码值且小于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k工作电压，同时调整OLED显示屏为第k对比度；

若N大于等于第k码值，CPU模块控制电压调节模块向OLED显示屏输出第k+1工作电压，同时调整OLED显示屏为第k+1对比度。

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