基于S3C2440的總線式遠程工業操控平臺的設計

李鵬飛，許金凱，韓文波，宋鴻飛

(1.長春理工大學 光電工程學院，吉林 長春 130022；2.長春理工大學 機電工程學院，吉林 長春 130022)

1 引 言

目前，由觸摸屏和TFT液晶屏組成的圖像人機交互界面(GUI)在工業監控的各個領域得到了廣泛的應用。但大多工業監控場合都只能在專用地點使用專用的GUI控制臺，因為GUI系統設計比較復雜，既需要編寫軟件，還需要調試硬件電路，匹配液晶屏。如果在成型的系統中添加或修改功能，則需要用大量時間去重新設計，十分繁瑣。

本文基于Samsung公司的S3C2440處理器設計了一種遠程工業現場參數的監控平臺[1-5]。在使用平臺時把需要顯示的界面燒寫FLASH存儲器中，利用標準串口即可實現遠程工業現場參數的監控。經過實測，該平臺能自定義各種界面和功能，并且只需要工業現場預留的串口即可使用，達到了設計要求。

2 總體設計

平臺的硬件部分由S3C2440微處理器、480×272分辨率的TFT液晶屏、電阻式觸屏、FLASH存儲器組成。總體硬件設計如圖1所示。

圖1 總體硬件設計Fig.1 Design of overall hardware

系統通過連接工業現場的485總線，就可以進行遠程設定控制參數和運行方式，也可以獲取遠程現場中的各種參數。系統只需要485總線和各種界面，如果工業現場改變了，只要更換界面，就可以適應另外的系統，具有很好的實用性和低成本。

由于S3C2440集成了液晶屏連接模塊、觸屏A/D轉換模塊、JATG開發接口、串口通信模塊和NAND FLASH存儲器接口，可以十分方便地實現上述功能。

系統在使用前需要自主設計適合的界面，如圖2所示，然后通過JATG開發接口下載到系統的NAND FLASH存儲器中。

圖2 自主設定的界面Fig.2 Interface of independent setting

在程序中把設計界面以樹鏈表的方式存儲，如圖3所示，其相互之間的關系以命令的方式進行銜接。

圖3 界面的樹鏈表式關聯Fig.3 Tree list of the interface

3 硬件驅動設計

硬件驅動部分主要包括顯示屏的驅動和電阻式觸摸屏的驅動兩部分。

3.1 顯示屏驅動設計

為了把各種界面圖像顯示在液晶顯示屏上，需要設置處理器的顯示接口時序，LCD一般需要3個時序信號：VSYNC、HSYNC和VCLK。

(1)VSYNC是垂直同步信號，在每一個幀(即一個屏)的掃描之前，該信號就有效一次，由該信號可以確定LCD的場頻，即每秒屏幕刷新的次數(單位Hz)。

(2)HSYNC是水平同步信號，在每一行的掃描之前，該信號就有效一次，由該信號可以確定LCD的行頻，即每秒屏幕從左到右掃描一行的次數(單位Hz)。

(3)VCLK是像素時鐘信號。

相互關系如圖4和圖5所示。

圖4 LCD時序信號關系1Fig.4 Relationship 1 of LCD timing signal

圖5 LCD時序信號關系2Fig.5 Relationship 2 of LCD timing signal

LCD的時鐘源是HCLK，通過寄存器LCDCON1中的CLKVAL可以調整VCLK頻率大小，相互關系為：

VCLK=HCLK/[(CLKVAL+1)×2]

同時在每一幀時鐘信號中，還會有一些與屏顯示無關的時鐘出現，包括在HSYNC信號先后會有水平同步信號前肩(HFPD)和水平同步信號后肩(HBPD)出現，在VSYNC信號先后會有垂直同步信號前肩(VFPD)和垂直同步信號后肩(VBPD)出現，在這些信號時序內，不會出現有效像素信號，而且HSYNC和VSYNC信號電平要保持一定的時間，分別叫作水平同步信號脈寬HSPW和垂直同步信號脈寬VSPW，這段時間也沒有有效像素信號。這些值是通過寄存器LCDCON2、LCDCON3和LCDCON4來配置，只要把這些值配置成與所要驅動的LCD中相關內容的數據一致即可。

3.2 四線電阻觸屏驅動設計和校正

四線電阻式觸摸屏目前廣范應用在各種工業控制場合，通過測量觸摸屏觸點處橫向縱向的電阻值獲得觸點在觸摸屏位置。

四線電阻觸摸屏在縱向和橫向一共需四根電纜，由上下兩層透明的金屬層構成，每個金屬層在工作時都要加5 V電壓。

每當有手指或觸筆等硬物按在觸屏上時，觸點位置上下兩層的金屬層接觸，由于金屬層在縱向和橫向電阻都是線性的，就能測得觸點在這兩個方向的電壓值，該值相對于5 V電壓的比例等價于觸點位置相對于觸摸屏邊界的比例，進而轉換成觸摸屏上的坐標。

觸點位置的檢測是通過A/D采集-轉換來實現的。由于S3C2440提供了A/D采集-轉換器，并包括了四線電阻式觸摸屏功能，把觸摸屏的4個引線連接到S3C2440處理器A/D轉換模塊指定的4個通路上即可。

在實際使用中，需要讓觸點和液晶屏上的像素點一一對應，對于液晶屏而言，它的坐標以像素為單位，橫豎兩方向排列；而觸摸屏的橫豎兩方向并不與液晶屏一致，如果不校正，會出現兩者不一致的情況，即，觸點電阻值轉換出來的坐標與觸點在屏幕上的位置對應不上。

為了實現觸摸屏上的觸點坐標與液晶屏上的觸點處像素點坐標一一對應，使用三點對應法進行校正，其原理是：在液晶屏上顯示一個亮點，其像素坐標為[X1，Y1]，使用觸筆按在該亮點上，通過A/D采集-轉換得到觸點在觸屏上的坐標為[X2，Y2]。依據下列公式形成兩個6元方程式：

X1=A×X2+B×Y2+C

Y1=D×X2+E×Y2+F

只要算出這6個參數(A，B，C，D，E，F)，就可以實現觸點和液晶屏上的像素點一一對應，為了算出這6個參數，只需要3個取樣點就可以，計算完成，把參數通過IIC總線保存到FLASH中。經過校正的結果如圖6所示。

圖6 經過校正后的觸屏和液晶屏Fig.6 Touch screen and LCD screen after correcting

4 軟件GUI設計

在本系統中，所有GUI界面都是由使用者自行定義，并且所有的界面按圖2所示的樹鏈表進行數據和命令的關聯，所有的界面都有惟一一個上級界面(初始界面除外)，有0個或1個或多個下級界面，上下級界面的聯系靠數據或命令，即界面可以輸入參數或命令實現控制功能的設置，也可以接收數據進行顯示，也可以接受命令切換到上下級界面。互關聯算法的流程如圖7所示。

利用該算法把設置好的界面存入FLASH中，并關聯了“啟動”“數據輸出”“停止”的3個基本命令，進行實驗驗證，實驗效果如圖8和圖9所示。

圖8 初始界面Fig.8 Initial interface

圖9 運行界面Fig.9 Running interface

圖8表示系統的初始界面，此時系統尚未開始工作，點擊“啟動”處，界面變化成圖9，系統開始接受收據并顯示在各自的位置上。

5 結 論

實驗證明，本系統實現了遠程通用的工業操控平臺解決方案，系統采用S3C2440處理器驅動TFT液晶屏和觸摸屏，使用者把設計的界面與數據和命令進行交聯，再利用JATG開發接口把界面圖像存入FLASH，可以適用于多種工業監控場合，具有成本低、開發難度低、實用性強、可定制、可修改的優點，特別是隨著參數個數增加，其成本可減少到傳統方法的5%以下。

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