基于MCGS和LPC的智能電源裝備人機交互系統(tǒng)設(shè)計

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，人機交互系統(tǒng)一方面具備監(jiān)控功能，其穩(wěn)定性和準確性對設(shè)備的正常運行有著及其重要的作用，另一方面作為用戶與設(shè)備進行互動的直接接口，其滿足用戶體驗的設(shè)計，可提升產(chǎn)品市場競爭力，擴大產(chǎn)品的市場推廣。

當前電源裝備的人機交互系統(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，增大了設(shè)計的復雜程度，另一方面在操作上用戶需要多次前進或后退才能找到操作目標使得操作便捷性極大降低，加之需要按鍵組合來實現(xiàn)不同命令的下發(fā)，大大增加了用戶的記憶和理解負擔，降低了用戶的體驗度。時下觸摸屏已在移動終端和多媒體等領(lǐng)域得到了極其廣泛的應用，其操作便捷、界面友好、信息豐富、響應迅速以及安全可靠等特點，使人機交互更為直接了當，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，導體長度越長導體電阻越大。以豎直方向為例，觸摸屏相當于一根電阻絲，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

觸摸時觸點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，當觸摸點在豎直方向移動時，若R2兩端電壓增大，則R2阻值增大，觸點P到屏下端的距離增大。利用觸摸時的壓力識別觸摸位置，利用同材料同粗細導體電阻跟長度成正比的規(guī)律使電路中產(chǎn)生隨觸摸位置變化而變化的電流[1]。

1 智能電源裝備人機交互系統(tǒng)總體設(shè)計

智能電源裝備人機交互系統(tǒng)總體設(shè)計如圖2所示。系統(tǒng)由觸摸屏人機交互平臺、監(jiān)控管理中心及數(shù)字信號控制處理3大模塊組成[2]。人機交互平臺是用戶與電源裝備進行對接的直接接口，用戶操作指令先到達監(jiān)控管理中心，由監(jiān)控管理中心作參數(shù)存儲及參數(shù)范圍限定等初步處理工作，以避免參數(shù)的誤傳帶來的設(shè)備損壞，再下發(fā)到控制中心，令電源裝備作出開機、關(guān)機、故障清除以及電池測試等動作。同時，控制中心將采集到的數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)及告警信息上報給監(jiān)控管理中心，然后進一步上報給人機交互平臺，呈現(xiàn)給用戶[3-6]。總體設(shè)計不僅保障電源裝備的安全可靠運行，而且給用戶帶來便捷友好的操作體驗。

圖2 智能電源裝備人機交互系統(tǒng)總體設(shè)計圖

2 硬件設(shè)計

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

采用Modbus協(xié)議實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)通信，具有以下優(yōu)點。首先，Modbus協(xié)議是標準開放的協(xié)議，用戶可以免費放心使用。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、光纖以及無線等，廣泛應用于各種工業(yè)自動化領(lǐng)域。最后，Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式簡單緊湊，通俗易懂，開發(fā)簡易，節(jié)約成本，靈活多用。

數(shù)字信號處理中心與監(jiān)控管理中心通過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)字信號控制中心接口電路圖

電源裝備具有開機、關(guān)機及故障清除命令，用戶可以通過操作人機接口手動下發(fā)此類命令到數(shù)字信號處理中心，若設(shè)備滿足條件，則數(shù)字信號處理中心執(zhí)行相應命令。電源裝備在運行過程中如有故障發(fā)生，則由數(shù)字信號處理中心發(fā)出指令進行相應動作，如關(guān)機或跳開開關(guān)等。某些特殊情況下，監(jiān)控管理中心也會主動下發(fā)關(guān)機命令到數(shù)字信號處理中心，數(shù)字信號處理中心執(zhí)行關(guān)機后會將數(shù)據(jù)和告警信息上報給監(jiān)控管理中心及人機交互平臺，即時將設(shè)備的最新狀態(tài)通知給用戶。

3 LPC軟件設(shè)計

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)字信號控制中心接口電路圖

4 MCGS軟件設(shè)計

MCGS軟件通過通用串口采集監(jiān)控管理中心上傳的數(shù)據(jù)到實時數(shù)據(jù)庫，并通過運行策略進行數(shù)據(jù)管理，通過各類構(gòu)件實現(xiàn)文字、數(shù)據(jù)及圖形的可視化[9]。

人機界面主頁如圖7所示，在主界面設(shè)計了彈出式主菜單，當用戶需要操作主菜單時可以點擊界面任意空白處彈出，當用戶超過15 s不操作主界面時，菜單自動隱藏，增加了操作的靈活性。菜單項名稱及功能描述如表1。

表1 菜單按鍵功能描述

圖7 人機界面主頁圖

進入設(shè)置界面即可對設(shè)備運行模式、電壓、電流及其保護點進行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置成功會有彈窗提示，確認參數(shù)設(shè)置無誤點擊主界面開機按鈕對設(shè)備開機[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)，通過界面切換用戶可以方便地查看設(shè)備運行狀態(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

本電源裝備人機交互系統(tǒng)設(shè)計已應用于各系列電源產(chǎn)品，并形成批量生產(chǎn)，設(shè)備運行過程中系統(tǒng)響應迅速、監(jiān)控精確、界面友好且數(shù)據(jù)準確，為智能電源人機交互系統(tǒng)的設(shè)計提供了一套實用價值極高的解決方案。