基于LPC2478的網(wǎng)絡(luò )型電能質(zhì)量監測裝置人機交互功能研發(fā)

0 引言

非線(xiàn)性、非對稱(chēng)、非平穩電力設備的大量使用，給保證供電質(zhì)量帶來(lái)了嚴峻的挑戰。電能質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越引起用戶(hù)和供電部門(mén)的重視。采取技術(shù)措施來(lái)對電能質(zhì)量進(jìn)行改善，首先就要對電能質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)準確的監測。具有圖形化接口的人機交互功能作為必不可少的功能之一，在電能質(zhì)量監測裝置的開(kāi)發(fā)中占有重要的地位。文獻［3-4］都實(shí)現了人機交互功能，但文獻［3］只移植了μC /GUI 圖形接口，而沒(méi)有使用μC /OS-Ⅱ，系統對多任務(wù)的支持不夠;文獻［4］中完成了一定的人機交互功能，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(zhù)降低開(kāi)發(fā)成本。在LPC2478 上進(jìn)行人機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(kāi)發(fā)平臺，移植了實(shí)時(shí)嵌入式操作系統μC /OS-Ⅱ和μC /GUI 圖形接口，在此基礎上進(jìn)行了用戶(hù)程序的編寫(xiě)，最終實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )型電能質(zhì)量監測裝置的具有圖形化接口的人機交互功能。

1 硬件結構及功能

1. 1 硬件結構

硬件結構圖如圖1 所示，網(wǎng)絡(luò )型電能質(zhì)量監測裝置采用了雙CPU 及雙口RAM 的結構，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了裝置的可擴展性。雙口RAM 采用的是IDT70V9289。其中，DSP 的主要作用是進(jìn)行電力信號的采集、計算與分析及實(shí)現故障報警、事件記錄;ARM 則主要負責人機交互功能和通信功能。

網(wǎng)絡(luò )型電能質(zhì)量監測裝置硬件結構框圖

圖1 網(wǎng)絡(luò )型電能質(zhì)量監測裝置硬件結構框圖。

裝置中人機交互功能在硬件方面主要通過(guò)LPC2478 微處理器和6 個(gè)按鍵及LCD 液晶屏(AT056TN52)實(shí)現。裝置所采用的液晶屏TFT-LCD 為AT056TN52，它有18 根數據線(xiàn)，設計中將其與LPC2478 處理器的數據總線(xiàn)相連; 解析度為640 × 480像素，每個(gè)像素可以顯示最多26 萬(wàn)種顏色，完全可以滿(mǎn)足裝置的顯示需求。

鍵盤(pán)采用的是6 個(gè)按鍵，LPC2478 的GPIO 中斷功能使鍵盤(pán)的實(shí)現變得非常簡(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)量監測裝置的功能

裝置的主要功能:① 基本電力參數監測功能;② 電能質(zhì)量參數監測功能;③ 人機交互功能;④ 報警功能;⑤ 網(wǎng)絡(luò )通信功能。

針對裝置豐富的功能，需要有強大的人機交互功能做為支持。為便于操作，裝置的人機交互界面需要以中文窗口界面實(shí)現。用于人機交互功能的窗口分為兩類(lèi):對話(huà)框和菜單。對話(huà)框的功能是參數的設置與顯示，菜單的功能是為用戶(hù)提供選擇界面，接受用戶(hù)的選擇，并根據選擇結果運行相應的程序。

設計人機界面時(shí)，首先要根據實(shí)際需求確定需要幾級菜單，然后確定各級菜單中選擇項的數量，最后確定每個(gè)選擇項對應的窗口。裝置的菜單結構如圖2 所示。菜單中每個(gè)漢字為24 × 24點(diǎn)陣，對話(huà)框中的小字為21 × 21 點(diǎn)陣。本文設計了三級菜單，在屏幕下方顯示一級菜單，選擇一級菜單中的對應項后彈出二級菜單，二級菜單下又包含三級菜單。用戶(hù)可以通過(guò)方向鍵以及確認鍵來(lái)進(jìn)行選擇并加以確認。

裝置菜單結構圖

圖2 裝置菜單結構圖。

2 人機交互功能的軟件開(kāi)發(fā)

要實(shí)現裝置的有圖形接口的人機交互功能，必須進(jìn)行嵌入式操作系統和圖形接口在LPC2478微處理器上的移植。嵌入式操作系統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(zhù)提高圖形化系統的開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)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嵌入式操作系統和μC /GUI圖形接口，因為它們的代碼量少，而且功能強大，非常適合移植在資源有限的嵌入式硬件平臺上。