潘俊鋒，程劍釗，劉雪芳

（廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510631）

0 引言

城市化建設(shè)促進(jìn)了人口密度的提高和建筑物高度的增加，這對(duì)人防警報(bào)建設(shè)提出了更高的要求。但是我國(guó)的大多警報(bào)系統(tǒng)控制手段單一，機(jī)動(dòng)性差，智能化自動(dòng)化程度不高，離開(kāi)了PC機(jī)大部分功能都不能實(shí)現(xiàn)，例如不能單控群控、不能設(shè)置參數(shù)、不能實(shí)時(shí)監(jiān)控等。觸摸屏作為一種特殊的外設(shè)，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。本文主要講述將觸摸屏應(yīng)用在人防控制中心中，使人防警報(bào)控制中心在脫離PC機(jī)的情況下也能實(shí)現(xiàn)大部分的功能，從而豐富人防警報(bào)控制的手段，提高機(jī)動(dòng)性。

1 人防控制中心的構(gòu)成

目前國(guó)內(nèi)的人防警報(bào)系統(tǒng)是由人防警報(bào)控制中心和警報(bào)終端組成。圖1 為警報(bào)控制中心硬件設(shè)計(jì)框圖，人是整個(gè)人防警報(bào)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)發(fā)放警報(bào)控制信號(hào)，完成對(duì)警報(bào)終端的控制。它是由人機(jī)界面、控制器、調(diào)制解調(diào)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。人機(jī)界面包括上位機(jī)軟件和工控觸摸屏。首先通過(guò)上位機(jī)軟件或觸摸屏把需要發(fā)送的信息輸入到控制器里面，控制器把信息進(jìn)行加密等操作后傳送給調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)通信模塊發(fā)射給警報(bào)終端。而警報(bào)終端反饋會(huì)來(lái)的信息就通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和解密等操作后在上位機(jī)軟件或觸摸屏上顯示。

圖1 硬件設(shè)計(jì)框圖

1.1 控制器的介紹

ST 公司的STM32 系列微處理器基于ARM Cortex-M3 內(nèi)核，采用高效的哈佛結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線，達(dá)到1.25DMIPS/MHz，在功耗上更是達(dá)到0.06 mW/MHz。Cortex-M3 使用Thumb-2 指令集，自動(dòng)16/32 位混合排列，具有很高的代碼密度。單周期的32 位乘法以及硬件除法器，保證Cortex-M3 的運(yùn)算能力有大幅提高。Cortex-M3 包含嵌套向量中斷控制器NVIC，中斷響應(yīng)速度最快僅6 周期，內(nèi)部集成總線矩陣，支持DMA 操作及位映射。STM32 按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列[1]。

控制器是整個(gè)設(shè)備的核心，把觸摸屏輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，并為觸摸屏的顯示提供信息，而且還要將信號(hào)進(jìn)行加密和解密，它的性能和穩(wěn)定性都非常重要。所以本項(xiàng)目選用增強(qiáng)型STM32F103 作為控制器，該控制器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。

1.2 觸摸屏的介紹

本項(xiàng)目選用的觸摸屏是Samkoon公司的SA系列觸摸屏。Samkoon SA 系列觸摸屏是高質(zhì)量的人機(jī)界面產(chǎn)品，整個(gè)觸摸屏集成了CPU 單元，輸入輸出單元，顯示屏，內(nèi)存等模塊單元。而且它是開(kāi)放性的人機(jī)界面產(chǎn)品，提供了標(biāo)準(zhǔn)的串行接口與其它設(shè)備相連，支持串行通訊。它還可以通過(guò)組態(tài)軟件SamDraw 為用戶提供畫(huà)面組態(tài)、驅(qū)動(dòng)設(shè)置、控件等功能。部分參數(shù)如下：

型號(hào)：SA-5.7；

顯示尺寸是：5.7寸;

分辨率：640*480;

用戶數(shù)據(jù)容量：12 M[2]。

2 觸摸屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏與控制器的通信

觸摸屏與控制器之間使用串口通信，通訊速度為9 600 bit/s，采用了美信公司的MAX232 作為電平轉(zhuǎn)換芯片，通信協(xié)議采用了Modbus協(xié)議。

Modbus協(xié)議按主從方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，即一個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)主設(shè)備，其他都是從設(shè)備。數(shù)據(jù)可以在主設(shè)備和從設(shè)備間傳輸；主設(shè)備將控制信息在RS232 通道上傳輸；任何一次通信都是由主設(shè)備發(fā)起，從設(shè)備不能發(fā)起通信。從設(shè)備收到控制信息后需要判斷地址碼是否與本設(shè)備相符，如果相符就執(zhí)行命令，如果不相符就不響應(yīng)。由于本系統(tǒng)里面只有兩個(gè)設(shè)備，所以設(shè)置觸摸屏為主設(shè)備，控制器為從設(shè)備。

2.2 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)方法

SamDraw 組態(tài)軟件是Samkoon SA 系列觸摸屏組態(tài)畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，是集成化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，有很豐富而且很強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)功能。SamDraw 利用了Windows 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，界面一致性好，簡(jiǎn)單，菜單的布局接近與Windows 操作習(xí)慣，易學(xué)易用，工程設(shè)計(jì)人員可以在SamDraw 中開(kāi)發(fā)適合自己工程使用的組態(tài)。它的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：可以減少開(kāi)發(fā)自動(dòng)化項(xiàng)目的時(shí)間，縮短系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)的時(shí)間，與第三方應(yīng)用程序無(wú)縫集成[3]。

打開(kāi)SamDraw 組態(tài)軟件，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的工程，定義工程的路徑、文件名和觸摸屏的型號(hào)，之后就會(huì)看到通訊連接的頁(yè)面，如圖2 所示。本頁(yè)面有兩個(gè)地方需要設(shè)置一下的，就是“設(shè)備服務(wù)”和“連接口”，“設(shè)備服務(wù)”是設(shè)置跟觸摸屏連接的PLC 的品牌和型號(hào)，通過(guò)這個(gè)設(shè)置時(shí)觸摸屏知道PLC 的型號(hào)，從而調(diào)用相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)，軟件里面提供了世界各大廠商的PLC 型號(hào)可選擇。由于使用STM32 而非PLC 跟觸摸屏連接，所以選用了MODBUS 協(xié)議，它的標(biāo)準(zhǔn)性、開(kāi)放性和免費(fèi)性使人們可以放心使用。另一個(gè)需要設(shè)置的參數(shù)是“連接口”，使用了觸摸屏的串口1跟STM32 連接，所以應(yīng)該選擇COM1。選擇下一步就轉(zhuǎn)到顏色設(shè)置界面，選擇喜歡的顏色后單擊確定完成，系統(tǒng)就會(huì)立即打開(kāi)剛創(chuàng)建的畫(huà)面。這樣就完成了新建工程的準(zhǔn)備工作，接下來(lái)就可以使用SamDraw 組態(tài)畫(huà)面編輯軟件進(jìn)行自己工程畫(huà)面的組態(tài)。

圖2 SamDraw通訊連接設(shè)置頁(yè)面

2.3 設(shè)計(jì)界面的功能特點(diǎn)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的人機(jī)界面功能強(qiáng)大、界面美觀、操作人性化，主要包括：解鎖登陸、功能選擇、功能設(shè)置、單機(jī)控制、統(tǒng)一控制、分組控制和一鍵試?guó)Q七個(gè)頁(yè)面，可以實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

（1）可單控、統(tǒng)控和組控功能；

（2）信息反饋功能；

（3）一鍵試?guó)Q功能；

（4）系統(tǒng)閉鎖、密碼設(shè)置功能。

3 觸摸屏主要頁(yè)面功能介紹

3.1 功能選擇頁(yè)面

如圖3 所示，本頁(yè)面為功能選擇頁(yè)面。在登錄頁(yè)面輸入正確的密碼后會(huì)轉(zhuǎn)到本頁(yè)面，可以通過(guò)本頁(yè)面相應(yīng)的功能按鍵進(jìn)入到單臺(tái)控制、統(tǒng)一控制、分組控制和一鍵試?guó)Q功能頁(yè)面。還可以通過(guò)鎖閉系統(tǒng)按鍵退出登錄返回登錄頁(yè)面，從而鎖閉系統(tǒng)。本頁(yè)面的按鍵都是選用了畫(huà)面按鈕。

圖3 功能選擇頁(yè)面

3.2 統(tǒng)一控制頁(yè)面

如圖4 所示，本頁(yè)面主要用于對(duì)所有警報(bào)終端發(fā)放控制信號(hào)。頁(yè)面下方的8 個(gè)按鍵，就是用來(lái)發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，如開(kāi)關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)音量和播放警報(bào)等。頁(yè)面的中間是顯示當(dāng)前的音量和反饋的情況，如果所有終端都有正常的信號(hào)反饋，反饋情況就會(huì)顯示“反饋正常”。頁(yè)面的上方還有返回按鈕，是用來(lái)返回功能選擇頁(yè)面的。

圖4 統(tǒng)一控制頁(yè)面

3.3 一鍵試?guó)Q頁(yè)面

圖5 一鍵試?guó)Q設(shè)置頁(yè)面

如圖5 所示，本頁(yè)面可以實(shí)現(xiàn)一鍵試?guó)Q功能，也就是整個(gè)試?guó)Q過(guò)程全部控制中心來(lái)執(zhí)行，不需要人工干預(yù)。上方的方框欄是對(duì)防空試?guó)Q的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，讓用戶清楚整個(gè)試?guó)Q過(guò)程中控制中心的工作內(nèi)容。下方有兩個(gè)有關(guān)防空試?guó)Q的選項(xiàng)，“定時(shí)試?guó)Q”，按用戶輸入的時(shí)間定時(shí)開(kāi)始防空試?guó)Q；“立即試?guó)Q”，立即進(jìn)入防空試?guó)Q。默認(rèn)的是“定時(shí)試?guó)Q”，默認(rèn)時(shí)間為1 小時(shí)后試?guó)Q，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。如果選擇立即試?guó)Q，按確定后就會(huì)馬上進(jìn)入試?guó)Q界面，如圖6 所示。方框欄中當(dāng)前正在播放的警報(bào)會(huì)用紅色燈顯示，下方的進(jìn)程條則是對(duì)當(dāng)前防空試?guó)Q步驟的三分鐘播放時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)時(shí)顯示。根據(jù)實(shí)際情況，也可以單擊“停止”按鈕退出防空試?guó)Q功能，這時(shí)控制中心將統(tǒng)一發(fā)放“停止警報(bào)”命令，停止所有警報(bào)器終端的警報(bào)播放。

圖6 試?guó)Q情況顯示頁(yè)面

3.4 功能設(shè)置頁(yè)面

本頁(yè)面包括觸摸屏功能和警報(bào)控制兩方面的設(shè)置。觸摸屏功能設(shè)置包括：背景燈設(shè)置、日期時(shí)間設(shè)置、重新啟動(dòng)、屏保時(shí)間設(shè)置等。警報(bào)控制設(shè)置包括：密碼設(shè)置、反饋信號(hào)設(shè)置、故障碼刷新和終端數(shù)量設(shè)置等。密碼設(shè)置可以設(shè)置開(kāi)機(jī)登錄的密碼。反饋信號(hào)設(shè)置可以設(shè)置終端收到控制信號(hào)后是否返回反饋信號(hào)[2]。

4 結(jié)束語(yǔ)

觸摸屏應(yīng)用于人防警報(bào)控制中心，使控制中心在離開(kāi)PC機(jī)的情況下仍然具備狀態(tài)反饋、單控群控、一鍵試?guó)Q等功能，完善了人防警報(bào)控制中心的單機(jī)功能，提升了易用性，在多次測(cè)試中都能完成預(yù)定的目標(biāo)。

［1］STMicroelectronics 公 司 STM32F103 Datasheet v1.0 2008-04.

［2］深圳市顯控自動(dòng)化技術(shù)有限公司.SA-5A c 觸摸屏主要技術(shù)參數(shù)［Z］.2010.

［3］深圳市顯控自動(dòng)化技術(shù)有限公司.Samdraw 3.3 組態(tài)軟件使用手冊(cè)［Z］.2011.