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基于LPC2478的网络型电能质量监测装置人机交互功能研发

作者:时间:2012-08-21来源:网络收藏

0 引言

非线性、非对称、非平稳电力设备的大量使用,给保证供电质量带来了严峻的挑战。电能质量问题已经越来越引起用户和供电部门的重视。采取技术措施来对电能质量进行改善,首先就要对电能质量进行及时准确的监测。具有图形化接口的功能作为必不可少的功能之一,在装置的开发中占有重要的地位。文献[3-4]都实现了功能,但文献[3]只移植了μC /GUI 图形接口,而没有使用μC /OS-Ⅱ,系统对多任务的支持不够;文献[4]中完成了一定的功能,图形化程度不高,而且它们都是基于S3C44B0X 处理器。 作为32 bit ARM7 处理器,集成了非常丰富的功能模块,可以大大减少外部芯片的使用,显着降低开发成本。在 上进行人机交互功能的研究有很大的实际意义。本文采用 微处理器,以RealView MDK 为开发平台,移植了实时嵌入式操作系统μC /OS-Ⅱ和μC /GUI 图形接口,在此基础上进行了用户程序的编写,最终实现了网络型装置的具有图形化接口的人机交互功能。

1 硬件结构及功能

1. 1 硬件结构

硬件结构图如图1 所示,网络型装置采用了双CPU 及双口RAM 的结构,2 个CPU 分别采用的是DSP( TMS320F2812) 和ARM(LPC2478)。TMS320F2812 的高速保证了装置的实时性,LPC2478 提供的丰富的接口大大增强了装置的可扩展性。双口RAM 采用的是IDT70V9289。其中,DSP 的主要作用是进行电力信号的采集、计算与分析及实现故障报警、事件记录;ARM 则主要负责人机交互功能和通信功能。

网络型电能质量监测装置硬件结构框图
网络型电能质量监测装置硬件结构框图
图1 网络型电能质量监测装置硬件结构框图。

装置中人机交互功能在硬件方面主要通过LPC2478 微处理器和6 个按键及LCD 液晶屏(AT056TN52)实现。装置所采用的液晶屏TFT-LCD 为AT056TN52,它有18 根数据线,设计中将其与LPC2478 处理器的数据总线相连; 解析度为640 × 480像素,每个像素可以显示最多26 万种颜色,完全可以满足装置的显示需求。

键盘采用的是6 个按键,LPC2478 的GPIO 中断功能使键盘的实现变得非常简单。该装置中每个按键都与I /O 口直接相连,另一端接地。为每个按键并联上一个电容可以有效防止按键抖动。

1. 2 网络型电能质量监测装置的功能

装置的主要功能:① 基本电力参数监测功能;② 电能质量参数监测功能;③ 人机交互功能;④ 报警功能;⑤ 网络通信功能。

针对装置丰富的功能,需要有强大的人机交互功能做为支持。为便于操作,装置的人机交互界面需要以中文窗口界面实现。用于人机交互功能的窗口分为两类:对话框和菜单。对话框的功能是参数的设置与显示,菜单的功能是为用户提供选择界面,接受用户的选择,并根据选择结果运行相应的程序。

设计人机界面时,首先要根据实际需求确定需要几级菜单,然后确定各级菜单中选择项的数量,最后确定每个选择项对应的窗口。装置的菜单结构如图2 所示。菜单中每个汉字为24 × 24点阵,对话框中的小字为21 × 21 点阵。本文设计了三级菜单,在屏幕下方显示一级菜单,选择一级菜单中的对应项后弹出二级菜单,二级菜单下又包含三级菜单。用户可以通过方向键以及确认键来进行选择并加以确认。

装置菜单结构图
装置菜单结构图
图2 装置菜单结构图。

2 人机交互功能的软件开发

要实现装置的有图形接口的人机交互功能,必须进行嵌入式操作系统和图形接口在LPC2478微处理器上的移植。嵌入式操作系统的使用可以大大提高装置的可靠性和实时性,图形接口的移植则可以显着提高图形化系统的开发效率,缩短开发周期。在比较了几种主流的图形接口之后,最终选择μC /OS-Ⅱ嵌入式操作系统和μC /GUI图形接口,因为它们的代码量少,而且功能强大,非常适合移植在资源有限的嵌入式硬件平台上。


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