鄭曉慶，楊日杰，趙軒坤

（海軍航空工程學(xué)院 航空反潛教研室，山東 煙臺(tái) 264001）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)電子產(chǎn)品智能化、便捷化、人性化要求的不斷提高，觸摸屏作為一種最新的智能顯示終端，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)，是最便捷和自然的人機(jī)交互方式[1-2]。本文將智能串口顯示終端應(yīng)用于溫度測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)顯示。

1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

1.1 Atmega128單片機(jī)

Atmega128單片機(jī)是一款基于AVR內(nèi)核的、采用RISC結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型低功耗CMOS 8 bit微控制器。它的大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，因此具有1 MIPS/MHz的數(shù)據(jù)吞吐率。其擁有優(yōu)化的功率消耗結(jié)構(gòu)，在功耗相對(duì)較少的情況下可以進(jìn)行復(fù)雜的處理[3]。

1.2 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單線智能溫度傳感器，溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，具有 9～12 bit可編程的轉(zhuǎn)換精度，最大溫度分辨率為0.062 5℃[4]。DS18B20溫度儲(chǔ)存格式如圖1所示。

圖1 DS18B20溫度數(shù)據(jù)格式

1.3 智能顯示終端

智能顯示終端[5]采用北京迪文科技有限公司生產(chǎn)的DMT64480T056_01W型四線電阻式觸摸屏[6-7]。它是一款640×480分辨率、65k彩色、5.6英寸的 TFT屏幕，工作電壓為 4.5 V～26 V的寬壓輸入，靈敏度為5 g，響應(yīng)速度為0.01 s，表面硬度在3 H以上，在典型工作電壓12 V條件下功耗為2.9 W。其屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋上一層外表面硬化處理光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮谇Х种挥⒋纾┑耐该鞲綦x點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用串口智能顯示終端的配置文件工作模式。在此模式下，可以通過(guò)預(yù)先將配置文件和觸控界面圖片，根據(jù)界面的跳轉(zhuǎn)順序關(guān)系下載到HMI（智能串口顯示終端）中，實(shí)現(xiàn)觸摸屏根據(jù)配置文件自動(dòng)切換界面以及上傳觸控鍵碼。配置文件是由最多8 192條觸控指令組成的二進(jìn)制文件，每條觸控指令長(zhǎng)達(dá)16 B，其定義如表1所示。觸控界面圖片是通過(guò)專業(yè)圖形工具設(shè)計(jì)和制作的，其分辨率的選取應(yīng)與屏幕分辨率一致，界面圖片被下載到串口智能顯示終端后，每頁(yè)界面都有自己唯一的編號(hào)，在配置文件中只需對(duì)這個(gè)編號(hào)進(jìn)行操作。

表1 觸控界面配置指令定義

配置文件工作模式使得單片機(jī)對(duì)觸摸屏的控制程序簡(jiǎn)單明了，同時(shí)也簡(jiǎn)化了上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)。采用配置文件工作模式，觸摸屏程序設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)步驟。

（1）設(shè)計(jì)好和HMI分辨率相同的界面，下載到HMI中。

（2）利用ASM51編譯器和HEX轉(zhuǎn)BIN工具制作并生成配置BIN文件。

（3）把配置文件下載到 HMI中。

（4）配置HMI為觸控界面自動(dòng)切換模式。

（5）測(cè)試界面切換及上傳指令碼是否正常。

1.4 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。單片機(jī)通過(guò)串口1采用中斷的方式獲取觸摸屏的觸控信息，觸摸屏的電平信號(hào)為RS-232電平，單片機(jī)的串口信號(hào)為TTL電平，設(shè)計(jì)中采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232作為觸摸屏與單片機(jī)的通信接口。單片機(jī)對(duì)串口1接收到的按鍵控制信息進(jìn)行識(shí)別，控制DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換，同時(shí)將DS18B20溫度測(cè)量結(jié)果回傳給觸摸屏顯示。

圖2 系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 HMI指令

HMI指令集可用于文本顯示、點(diǎn)顯示、連線顯示、圓弧曲線顯示及區(qū)域顯示等。HMI指令中，AA為指令開(kāi)始標(biāo)志，CC 33 C3 3C為指令結(jié)束標(biāo)志。由智能顯示終端回傳的數(shù)據(jù)包包含觸控鍵碼信息，其指令長(zhǎng)度為8 B，格式為 AA 78＜觸控鍵碼（2 B）＞CC 33 C3 3C，78 表示觸控鍵碼返回指令?？刂朴|摸屏界面跳轉(zhuǎn)指令格式為：AA 70＜圖片編號(hào)＞CC 33 C3 3C，70表示觸控界面跳轉(zhuǎn)指令，圖片編號(hào)可以根據(jù)需要選取1 B或者2 B。文本顯 示 指 令 格 式 為 ：AA 55＜X＞＜Y＞＜String＞CC 33 C3 3C，其中 55表示 ASCII字符以半角 16×32點(diǎn)陣顯示，＜X＞＜Y＞表示顯示字符串的起始位置，＜Strinig＞為要顯示的字符。動(dòng)態(tài)曲線顯示指令格式為：AA 74＜X＞＜Ys＞＜Ye＞＜Bcolor＞＜（Y0，F(xiàn)color0），（Y1，F(xiàn)color2）… （Yi，F(xiàn)colori）＞CC 33 C3 3C，該指令用于在一個(gè)窗口中快速顯示多條變化曲線，終端接收到該指令后用＜Bcolor＞顏色擦出從（X，Ys）到（X，Ye）的垂直線，把原來(lái)的顯示內(nèi)容清空，然后在（X，Yi）位置用＜Fcolori＞顏色置點(diǎn)。

2.2 串口接收程序

串口1接收程序流程圖如圖3所示，DUR1是單片機(jī)串口1的寄存器，用于接收串口信號(hào)，Receive是一個(gè)程序定義的數(shù)據(jù)寄存器，串口信號(hào)以比特為單位傳來(lái)后由DUR1寄存器接收，賦值給Receive。如果這是一個(gè)指令開(kāi)始標(biāo)志，將指令開(kāi)始標(biāo)志位flag置1，將指令數(shù)組Order的計(jì)數(shù)器j清零，然后將該數(shù)據(jù)存入指令數(shù)組；如果不是一個(gè)指令開(kāi)始標(biāo)志的話，則由當(dāng)前指令開(kāi)始標(biāo)志位判斷是否屬于指令的內(nèi)容。如果flag為1則將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存數(shù)組，然后將指令數(shù)組計(jì)數(shù)器j加 1，并對(duì) j的值進(jìn)行判斷，當(dāng)j=8時(shí)則說(shuō)明8個(gè)字節(jié)的返回指令已經(jīng)接收完畢，將指令數(shù)組寄存器j和指令開(kāi)始標(biāo)志位flag清零。根據(jù)觸控鍵碼返回指令格式，只需讀取 Order[2]和 Order[3]的 值就可以識(shí)別出返回的控制信息。

圖3 串口1接收程序流程圖

2.3 DS18B20溫度測(cè)試程序

單片機(jī)使用時(shí)間隙來(lái)讀寫DS18B20的數(shù)據(jù)位和寫命令字位，其溫度測(cè)試過(guò)程如圖4所示。單總線上的所有處理均從初始化開(kāi)始，總線主機(jī)檢測(cè)到DS18B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令，之后發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令完成溫度轉(zhuǎn)換（44H）和溫度讀取（0BEH）。

圖4 DS18B20溫度測(cè)試流程圖

2.4 程序流程圖

系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。單片機(jī)通過(guò)串口1中斷的方式設(shè)置溫度測(cè)試標(biāo)志位ii，接收到測(cè)試開(kāi)始指令后將標(biāo)志位ii置1溫度測(cè)試開(kāi)始；接收到測(cè)試結(jié)束指令后將標(biāo)志位ii置0，溫度測(cè)試結(jié)束。

圖5 系統(tǒng)程序流程圖

本文設(shè)計(jì)了基于智能串口顯示終端、Atmega128單片機(jī)和DS18B20的溫度測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、溫度值的實(shí)時(shí)顯示以及溫度動(dòng)態(tài)變化曲線的顯示。觸摸屏作為系統(tǒng)智能的輸入和輸出終端，具有友好的人機(jī)界面。北京迪文智能串口顯示終端具有豐富的指令集能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于文本顯示、點(diǎn)顯示、連線顯示、圓弧曲線顯示及區(qū)域顯示等功能的需求，將在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

[1]張恩宜，張愛(ài)紅.觸摸屏技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，17（1）：93-94.

[2]馬雅.基于ARM9的觸摸屏控制器系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)西部科技，2011，23（10）：30-31，39.

[3]金鐘夫，杜剛，王群，等.AVR Atmega128單片機(jī)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[4]王戰(zhàn)備.室內(nèi)溫度檢測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011：19（6）：40-43.

[5]北京迪文科技有限公司.HMI產(chǎn)品線應(yīng)用指南[Z].2008.

[6]羅敏.基于 PLC和觸摸屏的紙廠污水控制系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2009，38（11）：50-52.

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