矿井下通讯控制系统的人机接口模块的设计

摘要：矿井下的通讯控制系统是一个集采煤工作面的自动控制、设备监测、报警保护于一体的系统。为了满足系统操作的易用性，控制器的人机界面设计也是设计的一个重点。介绍了矿井下通讯控制系统中人机接口模块的设计过程，提供了液晶显示模块SG320240FPD的设计方框图。人机接口界面可以显示出当前系统的运行状态，提高系统的安全性和可靠性。针对系统功能，采用PHILPS公司的16／32位嵌入式处理器LPC2292为开发平台，该处理器主要面向终端设备高性价比、低功耗的开发应用。人机界面设计要确保系统整体的功能性和美观性的完美统一。
关键词：通讯控制系统；人机界面；SG320240FPD；嵌入式处理器

为了满足矿用通讯控制系统操作的易用性，主控制器的人机界面设计是本次设计的一个重点。人机界面设计包括控制器面板的设计及各个接口布局的设计，设计不但要保证电气性能，还要考虑整体美观性、现场操作和安装的方便性，最终确保系统整体的功能性和美观性的完美统一。由于大屏幕的彩色液晶显示器都需要高压背光电路，不能满足本质安全的要求。因此本系统的控制器采用320x240点阵的液晶显示器，其背光电路采用高亮LED，驱动电压低，满足本质安全要求。
用户界面采用全中文的图形化界面，并具备如下特点：1)操作方式简单，一般人员即可操作；2)弹出式的故障提示界面；3)所有提示和状态显示均使用中文。

1 液晶显示模块
由于本设计中LPC2292微处理器的I／O端口要完成键盘输入、LED指示输出、LCD屏幕控制等很多功能，为了节约I／O资源，很多功能都采用了对微处理器I／O端口分时复用的方法，这样在不影响系统整体性能的基础上充分地利用了有限的资源。为了实现LPC2292的D0～D15端口对键盘、LED指示输出、LCD屏幕控制等多种功能的分时输入／输出操作，对于键盘输入的读取，采用了Altera公司的CPLD芯片EPM7128作为以上器件的数据传输控制通道。
由于目前最常用的单色LCD控制器SED1335的数据传输速度相对于LPC2292显得十分缓慢，经过初期的计算和实际测量，刷新一屏320x240点的图片最快需要130ns左右，故EPM7128对LCD模块还起到数据缓冲译码的作用。
对于常用的LCD，由于它的引线较多，如果直接由CPU去控制LCD的显示，会造成CPU负担过重，用户使用起来很不方面。为了解决这种矛盾，本课题运用北京三春晖电子科技发展有限公司出品的液晶显示模块——SG320240FPD。SG320240FPD显示模块将LCD液晶显示驱动电路和分压电路集成在一块板子上，是一种集显示、控制与驱动为一体的显示器件，很好地解决了CPU的负担问题。中文液晶显示模块SG320240FPD可实现汉字、ASCII码、位图形的同屏显示。液晶显示模块方框图如图1所示。

SG320240FPD液晶的核心器件是SED1335控制器芯片。SED1335是SEIKO EPSON公司出品的液晶显示控制器，其具有较强功能的I／O缓冲器，指令功能丰富，4位数据并行发送，最大驱动能力为640x256点阵。
从图1可以看出，DB为数据总线，可以直接连在CPU数据总线上；CS为片选信号，低电平有效；AO为I／O缓冲器数据选择信号，为1时写指令代码或读数据，为0时，写数据或读状态字；RD、WR分别为读操作信号和写操作信号，低电平有效。LPC2292的控制信号通过EPM7128采用I／O设备访问形式控制液晶控制器SED1335。然后，SED1335通过SEG驱动器向液晶显示器提供显示数据，通过COM驱动器向液晶显示器提供行扫描信号。在COM和SEG的配合下，实现RAM矩阵内容的液晶显示。
驱动器模块是专用芯片与液晶显示器的接口，其作用是提高驱动能力、实现偏压极性的转换。它包括COM驱动器、SEG驱动器及COM的移位寄存器。
COM驱动器由控制电路、电压变换电路、电压选择电路、COMS驱动电路等子模块组成。COM移位寄存器与COM驱动器相配合，向液晶显示屏提供行扫描信号。COM移位寄存器实现0行～31行行扫描，电压变换电路和电压选择电路实现行驱动，控制电路实现对COM Driver的控制，CO-MS独立完成第32行扫描。
SEG驱动器闱向液晶显示屏提供显示数据，该模块由控制电路、电压变换电路和电压选择电路实现对显示数据锁存电路输出RAM数据的驱动。