【应用】基于瑞萨内置LCD驱动器的单片机R7F0C002，轻松设计智能水杯

时间： 2018-12-05 来源：RENESAS

技术问答

俗话说水是生命之源，但是整天忙忙碌碌的上班一族，总是等自己渴的时候才会想到喝水，等到想起来喝的时候水也凉了。但随着智能水杯的出现，每天的饮水情况都有记录，每次都会提醒你喝水，让你在无形中养成健康饮水的好习惯。

本应用提供了一种基于瑞萨低功耗且内置LCD驱动器的单片机 R7F0C002的智能水杯解决方案，完美的解决了日常饮水问题。

图1 系统框图

本应用中智能水杯倒入热水后，如果自供电模块中的超级电容储存的电量满足系统供电要求，则启用自供电模式，否则切换为备用电池供电模式。同时通过使用瑞萨R7F0C002丰富的接口功能，实现如下功能。

显示功能

·LCD面板可以显示当前时间，当前水的温度，当前存水量和当日累计饮水量。

提醒功能

·热水冷却到用户设定的温度时，蜂鸣器报警；
·当前时间和用户预设的饮水时间一致时，蜂鸣器报警；

设定功能
·通过按键，可以设定提醒温度和提醒次数；
·通过按键，可以开启或关闭温度提醒；
·通过按键，可以切换显示实时时间或显示当日总饮水量。

LCD接口电路

R7F0C002内置LCD控制器/驱动器，MCU接口可以和LCD管脚直接相连，接口电路非常简单。本应用为3V供电系统，而LCD面板的工作电压为5V，因此LCD控制器/驱动器的工作模式选择内部升压方式，1/4占空比，1/3偏压，与LCD面板工作方式相匹配。其中内部升压方式基准电压选择1.65V，经过1/3偏压法后，电压可达到4.95V，保证LCD面板数据显示的清晰度。

水温和水量采样电路

本应用中使用电阻应变片组成的桥式称重传感器测量水的重量，然后再转换成水的体积，图2中J4接口用于连接称重传感器模块。测量水温采用10K热敏电阻组成半桥测量电路，其中测量电路中的稳压电源选用A/D转换芯片内部集成的稳压电源输出，可以提高测量的精确度。

本应用选用了电子秤专用A/D转换芯片HX711实现水温以及水量的采集。R7F0C002通过读取HX711的数据，实现了水温和水量的数据采集。

图2 水温和水量采样电路

饮水倒水判断电路

为了准确的记录饮水量，需要区分水杯中的水是用户喝了还是倒了。本应用中角度传感器开关与R7F0C002外部中断相连，当水杯倾角大于软件设定的角度时，产生中断，触发饮水判断程序。同时开始监测陀螺仪倾角变化，当倾角大于设定角度，判断为倒水动作，减少的水量不计入饮水累计变量中。否则为饮水动作，减少的水量计入每日饮水累计变量中。

图3 饮水倒水判断电路

蜂鸣器电路

在水温提醒开启状态下，当设置的水温与当前水温匹配时，或设置的提醒时间与当前时间匹配时，蜂鸣器发出声音。

R7F0C002内置了蜂鸣器输出控制电路，可以通过BUZZER驱动引脚驱动，或打开Timer通道，输出自定义频率的PWM，两种方法配置非常简单。本应用选用的是电流驱动的蜂鸣器。

蜂鸣器的工作电流较大，没有直接用MCU的I/O口驱动，采用了瑞萨电子生产的三极管N0801S提高电流的驱动能力。同时增加续流二极管提供续流，防止损坏三极管。

图4 蜂鸣器电路

按键电路

本应用有3个独立的按键，用来设定提醒温度和提醒次数，开启或禁止温度提醒，切换显示实时时间或显示当日总饮水量。默认状态下，按键输入为高电平，当有按键按下时，按键输入变为低电平。按键信号直接与R7F0C002中断管脚连接，通过MCU内部中断处理，实现智能水杯的功能设定。

图5 按键电路

电源管理电路

温差发电片原理是利用热电模块两边的温度差，产生电压，然后供给用电设备。本应用可以采用世强代理的II-VI MARLOW TG12-4温差发电片，发电效率最高可达4.97%，电阻仅为2.21℃/W，降低了运行时的功率损耗，具有良好的温度适应性。为了得到较大的功率输出，可以将若干温差电偶串（并）联成为温差电堆。

本应用采用两级DC/DC调整电路调整后给系统供电。初级电压调整电路将温差发电片产生的不规则电压调整为最大2.7V给超级电容充电，次级电压调整电路将超级电容放电电压调整为3V，给系统供电。

P沟道MOS管IR6402控制是否启用备用电池供电。当超级电容放电电压过低时，自动切换为备用电池供电，这时温差片产生的能量只用于给超级电容充电，当超级电容电压达到系统供电要求时，切换为自供电模式。

图6 电源管理电路

软件设计

整个系统主要包含以下几个任务：时间显示任务、时间设置任务、水温获取任务、水量获取任务、24小时内饮水累计任务、提醒温度设置任务、提醒时间设置任务、温度/时间提醒任务，自供电与备用电池供电切换任务。

图7 任务流程图

本应用智能水杯采用了瑞萨电子的R7F0C002，方案电路外设器件简单，软件配置容易，节约了开发成本，提高了效率。R7F0C002微控制器采用了RL78内核，在同类产品中实现了以最低功耗实现高处理性能。MCU内部集成了高精度（±1%）片上振荡器，运行频率最高可达到24MHz，内部同时还集成了可直接驱动LCD的智能LCD控制器/驱动器，与之前产品相比驱动LCD时可以减小30%的工作电流，足够满足小型液晶屏。

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全部评论（1）

炫123 Lv8. 研究员 2018-12-05

不错

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