基于MCGS和LPC的智能電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝力華

（深圳市伊力科電源有限公司，廣東 深圳 518102）

0 引 言

在智能電源領(lǐng)域，人機(jī)交互系統(tǒng)一方面具備監(jiān)控功能，其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行有著及其重要的作用，另一方面作為用戶與設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)的直接接口，其滿足用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)，可提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣。

當(dāng)前電源裝備的人機(jī)交互系統(tǒng)大部分依然采用傳統(tǒng)的液晶式交互系統(tǒng)，一方面需要與按鍵電路配合完成軟硬件的設(shè)計(jì)，增大了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，另一方面在操作上用戶需要多次前進(jìn)或后退才能找到操作目標(biāo)使得操作便捷性極大降低，加之需要按鍵組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同命令的下發(fā)，大大增加了用戶的記憶和理解負(fù)擔(dān)，降低了用戶的體驗(yàn)度。時(shí)下觸摸屏已在移動(dòng)終端和多媒體等領(lǐng)域得到了極其廣泛的應(yīng)用，其操作便捷、界面友好、信息豐富、響應(yīng)迅速以及安全可靠等特點(diǎn)，使人機(jī)交互更為直接了當(dāng)，成為極富吸引力的交互設(shè)備。觸摸屏大致可分為紅外線式、電阻式、表面聲波式以及電容式觸摸屏4種，本文提出的智能電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)采用電阻式觸摸屏，其工作原理為材料橫截面積一定時(shí)，導(dǎo)體長(zhǎng)度越長(zhǎng)導(dǎo)體電阻越大。以豎直方向?yàn)槔|摸屏相當(dāng)于一根電阻絲，其等效結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電阻式觸摸屏工作原理結(jié)構(gòu)圖

觸摸時(shí)觸點(diǎn)P將電阻絲分為上下兩部分，上部分電阻為R1，下部分電阻為R2，電源電壓不變，當(dāng)觸摸點(diǎn)在豎直方向移動(dòng)時(shí)，若R2兩端電壓增大，則R2阻值增大，觸點(diǎn)P到屏下端的距離增大。利用觸摸時(shí)的壓力識(shí)別觸摸位置，利用同材料同粗細(xì)導(dǎo)體電阻跟長(zhǎng)度成正比的規(guī)律使電路中產(chǎn)生隨觸摸位置變化而變化的電流[1]。

1 智能電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示。系統(tǒng)由觸摸屏人機(jī)交互平臺(tái)、監(jiān)控管理中心及數(shù)字信號(hào)控制處理3大模塊組成[2]。人機(jī)交互平臺(tái)是用戶與電源裝備進(jìn)行對(duì)接的直接接口，用戶操作指令先到達(dá)監(jiān)控管理中心，由監(jiān)控管理中心作參數(shù)存儲(chǔ)及參數(shù)范圍限定等初步處理工作，以避免參數(shù)的誤傳帶來(lái)的設(shè)備損壞，再下發(fā)到控制中心，令電源裝備作出開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、故障清除以及電池測(cè)試等動(dòng)作。同時(shí)，控制中心將采集到的數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)及告警信息上報(bào)給監(jiān)控管理中心，然后進(jìn)一步上報(bào)給人機(jī)交互平臺(tái)，呈現(xiàn)給用戶[3-6]。總體設(shè)計(jì)不僅保障電源裝備的安全可靠運(yùn)行，而且給用戶帶來(lái)便捷友好的操作體驗(yàn)。

圖2 智能電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

人機(jī)交互平臺(tái)采用MCGS觸摸屏實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控管理中心采用LPC芯片實(shí)現(xiàn)[7,8]。人機(jī)交互平臺(tái)與監(jiān)控管理中心之間的數(shù)據(jù)通信采用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交互平臺(tái)使用的觸摸屏串口引腳定義如圖3，交互平臺(tái)與監(jiān)控管理中心之間的接口電路圖如圖4所示。

圖3 觸摸屏串口引腳定義

圖4 人機(jī)交互平臺(tái)與監(jiān)控管理中心接口電路圖

采用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)通信，具有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，Modbus協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的協(xié)議，用戶可以免費(fèi)放心使用。其次，Modbus協(xié)議支持多種電氣接口，如RS232和RS485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖以及無(wú)線等，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。最后，Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式簡(jiǎn)單緊湊，通俗易懂，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易，節(jié)約成本，靈活多用。

數(shù)字信號(hào)處理中心與監(jiān)控管理中心通過(guò)RS485總線完成數(shù)據(jù)傳輸，兩者之間的接口電路如圖5所示[4]。

圖5 監(jiān)控管理中心與數(shù)字信號(hào)控制中心接口電路圖

電源裝備具有開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)及故障清除命令，用戶可以通過(guò)操作人機(jī)接口手動(dòng)下發(fā)此類命令到數(shù)字信號(hào)處理中心，若設(shè)備滿足條件，則數(shù)字信號(hào)處理中心執(zhí)行相應(yīng)命令。電源裝備在運(yùn)行過(guò)程中如有故障發(fā)生，則由數(shù)字信號(hào)處理中心發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，如關(guān)機(jī)或跳開(kāi)開(kāi)關(guān)等。某些特殊情況下，監(jiān)控管理中心也會(huì)主動(dòng)下發(fā)關(guān)機(jī)命令到數(shù)字信號(hào)處理中心，數(shù)字信號(hào)處理中心執(zhí)行關(guān)機(jī)后會(huì)將數(shù)據(jù)和告警信息上報(bào)給監(jiān)控管理中心及人機(jī)交互平臺(tái)，即時(shí)將設(shè)備的最新?tīng)顟B(tài)通知給用戶。

3 LPC軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件主程序流程如圖6所示。

圖6 監(jiān)控管理中心與數(shù)字信號(hào)控制中心接口電路圖

4 MCGS軟件設(shè)計(jì)

MCGS軟件通過(guò)通用串口采集監(jiān)控管理中心上傳的數(shù)據(jù)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)運(yùn)行策略進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，通過(guò)各類構(gòu)件實(shí)現(xiàn)文字、數(shù)據(jù)及圖形的可視化[9]。

人機(jī)界面主頁(yè)如圖7所示，在主界面設(shè)計(jì)了彈出式主菜單，當(dāng)用戶需要操作主菜單時(shí)可以點(diǎn)擊界面任意空白處彈出，當(dāng)用戶超過(guò)15 s不操作主界面時(shí)，菜單自動(dòng)隱藏，增加了操作的靈活性。菜單項(xiàng)名稱及功能描述如表1。

表1 菜單按鍵功能描述

圖7 人機(jī)界面主頁(yè)圖

進(jìn)入設(shè)置界面即可對(duì)設(shè)備運(yùn)行模式、電壓、電流及其保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置成功會(huì)有彈窗提示，確認(rèn)參數(shù)設(shè)置無(wú)誤點(diǎn)擊主界面開(kāi)機(jī)按鈕對(duì)設(shè)備開(kāi)機(jī)[10]。參數(shù)設(shè)置界面及設(shè)置流程圖如圖8所示，交流數(shù)據(jù)顯示界面如圖9所示，界面顯示了交流數(shù)據(jù)，通過(guò)界面切換用戶可以方便地查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各種參數(shù)。

圖8 參數(shù)設(shè)置界面及參數(shù)設(shè)置流程圖

圖9 交流數(shù)據(jù)顯示界面

5 結(jié) 論

本電源裝備人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)已應(yīng)用于各系列電源產(chǎn)品，并形成批量生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)響應(yīng)迅速、監(jiān)控精確、界面友好且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為智能電源人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一套實(shí)用價(jià)值極高的解決方案。