基于LPC2478 的網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置人機(jī)交互功能研發(fā)

摘要: 基于網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的硬件結(jié)構(gòu)和功能，給出了在RealViewMDK 開發(fā)環(huán)境下向LPC2478 微處理器移植μC/OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的過程，闡述了集成μC/GUI 圖形接口的實(shí)現(xiàn)步驟。給出了LPC2478 微處理器針對(duì)液晶屏AT056TN52 的驅(qū)動(dòng)程序及利用GPIO 中斷實(shí)現(xiàn)鍵盤功能的方法。根據(jù)所提出的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)思路以及優(yōu)先級(jí)的合理分配完成了具體程序的編寫，最終實(shí)現(xiàn)了界面友好、功能強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。

0 引言

非線性、非對(duì)稱、非平穩(wěn)電力設(shè)備的大量使用，給保證供電質(zhì)量帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。電能質(zhì)量問題已經(jīng)越來越引起用戶和供電部門的重視。采取技術(shù)措施來對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行改善，首先就要對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。具有圖形化接口的人機(jī)交互功能作為必不可少的功能之一，在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的開發(fā)中占有重要的地位。文獻(xiàn)［3-4］都實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能，但文獻(xiàn)［3］只移植了μC /GUI 圖形接口，而沒有使用μC /OS-Ⅱ，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的支持不夠;文獻(xiàn)［4］中完成了一定的人機(jī)交互功能，圖形化程度不高，而且它們都是基于S3C44B0X 處理器。LPC2478 作為32 bit ARM7 處理器，集成了非常豐富的功能模塊，可以大大減少外部芯片的使用，顯著降低開發(fā)成本。在LPC2478 上進(jìn)行人機(jī)交互功能的研究有很大的實(shí)際意義。本文采用LPC2478 微處理器，以RealView MDK 為開發(fā)平臺(tái)，移植了實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC /OS-Ⅱ和μC /GUI 圖形接口，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了用戶程序的編寫，最終實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的具有圖形化接口的人機(jī)交互功能。

1 硬件結(jié)構(gòu)及功能

1. 1 硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用了雙CPU 及雙口RAM 的結(jié)構(gòu)，2 個(gè)CPU 分別采用的是DSP( TMS320F2812) 和ARM(LPC2478)。TMS320F2812 的高速保證了裝置的實(shí)時(shí)性，LPC2478 提供的豐富的接口大大增強(qiáng)了裝置的可擴(kuò)展性。雙口RAM 采用的是IDT70V9289。其中，DSP 的主要作用是進(jìn)行電力信號(hào)的采集、計(jì)算與分析及實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、事件記錄;ARM 則主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能和通信功能。

網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖1 網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖。

裝置中人機(jī)交互功能在硬件方面主要通過LPC2478 微處理器和6 個(gè)按鍵及LCD 液晶屏(AT056TN52)實(shí)現(xiàn)。裝置所采用的液晶屏TFT-LCD 為AT056TN52，它有18 根數(shù)據(jù)線，設(shè)計(jì)中將其與LPC2478 處理器的數(shù)據(jù)總線相連; 解析度為640 × 480像素，每個(gè)像素可以顯示最多26 萬種顏色，完全可以滿足裝置的顯示需求。

鍵盤采用的是6 個(gè)按鍵，LPC2478 的GPIO 中斷功能使鍵盤的實(shí)現(xiàn)變得非常簡(jiǎn)單。該裝置中每個(gè)按鍵都與I /O 口直接相連，另一端接地。為每個(gè)按鍵并聯(lián)上一個(gè)電容可以有效防止按鍵抖動(dòng)。

1. 2 網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的功能

裝置的主要功能:① 基本電力參數(shù)監(jiān)測(cè)功能;② 電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測(cè)功能;③ 人機(jī)交互功能;④ 報(bào)警功能;⑤ 網(wǎng)絡(luò)通信功能。

針對(duì)裝置豐富的功能，需要有強(qiáng)大的人機(jī)交互功能做為支持。為便于操作，裝置的人機(jī)交互界面需要以中文窗口界面實(shí)現(xiàn)。用于人機(jī)交互功能的窗口分為兩類:對(duì)話框和菜單。對(duì)話框的功能是參數(shù)的設(shè)置與顯示，菜單的功能是為用戶提供選擇界面，接受用戶的選擇，并根據(jù)選擇結(jié)果運(yùn)行相應(yīng)的程序。

設(shè)計(jì)人機(jī)界面時(shí)，首先要根據(jù)實(shí)際需求確定需要幾級(jí)菜單，然后確定各級(jí)菜單中選擇項(xiàng)的數(shù)量，最后確定每個(gè)選擇項(xiàng)對(duì)應(yīng)的窗口。裝置的菜單結(jié)構(gòu)如圖2 所示。菜單中每個(gè)漢字為24 × 24點(diǎn)陣，對(duì)話框中的小字為21 × 21 點(diǎn)陣。本文設(shè)計(jì)了三級(jí)菜單，在屏幕下方顯示一級(jí)菜單，選擇一級(jí)菜單中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)后彈出二級(jí)菜單，二級(jí)菜單下又包含三級(jí)菜單。用戶可以通過方向鍵以及確認(rèn)鍵來進(jìn)行選擇并加以確認(rèn)。

裝置菜單結(jié)構(gòu)圖

圖2 裝置菜單結(jié)構(gòu)圖。

2 人機(jī)交互功能的軟件開發(fā)

要實(shí)現(xiàn)裝置的有圖形接口的人機(jī)交互功能，必須進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)和圖形接口在LPC2478微處理器上的移植。嵌入式操作系統(tǒng)的使用可以大大提高裝置的可靠性和實(shí)時(shí)性，圖形接口的移植則可以顯著提高圖形化系統(tǒng)的開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。在比較了幾種主流的圖形接口之后，最終選擇μC /OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)和μC /GUI圖形接口，因?yàn)樗鼈兊拇a量少，而且功能強(qiáng)大，非常適合移植在資源有限的嵌入式硬件平臺(tái)上。