礦井下通訊控制系統的人機接口模塊的設計

摘要：礦井下的通訊控制系統是一個集采煤工作面的自動控制、設備監測、報警保護于一體的系統。為了滿足系統操作的易用性，控制器的人機界面設計也是設計的一個重點。介紹了礦井下通訊控制系統中人機接口模塊的設計過程，提供了液晶顯示模塊SG320240FPD的設計方框圖。人機接口界面可以顯示出當前系統的運行狀態，提高系統的安全性和可靠性。針對系統功能，采用PHILPS公司的16／32位嵌入式處理器LPC2292為開發平臺，該處理器主要面向終端設備高性價比、低功耗的開發應用。人機界面設計要確保系統整體的功能性和美觀性的完美統一。
關鍵詞：通訊控制系統；人機界面；SG320240FPD；嵌入式處理器

為了滿足礦用通訊控制系統操作的易用性，主控制器的人機界面設計是本次設計的一個重點。人機界面設計包括控制器面板的設計及各個接口布局的設計，設計不但要保證電氣性能，還要考慮整體美觀性、現場操作和安裝的方便性，最終確保系統整體的功能性和美觀性的完美統一。由于大屏幕的彩色液晶顯示器都需要高壓背光電路，不能滿足本質安全的要求。因此本系統的控制器采用320x240點陣的液晶顯示器，其背光電路采用高亮LED，驅動電壓低，滿足本質安全要求。
用戶界面采用全中文的圖形化界面，并具備如下特點：1)操作方式簡單，一般人員即可操作；2)彈出式的故障提示界面；3)所有提示和狀態顯示均使用中文。

1 液晶顯示模塊
由于本設計中LPC2292微處理器的I／O端口要完成鍵盤輸入、LED指示輸出、LCD屏幕控制等很多功能，為了節約I／O資源，很多功能都采用了對微處理器I／O端口分時復用的方法，這樣在不影響系統整體性能的基礎上充分地利用了有限的資源。為了實現LPC2292的D0～D15端口對鍵盤、LED指示輸出、LCD屏幕控制等多種功能的分時輸入／輸出操作，對于鍵盤輸入的讀取，采用了Altera公司的CPLD芯片EPM7128作為以上器件的數據傳輸控制通道。
由于目前最常用的單色LCD控制器SED1335的數據傳輸速度相對于LPC2292顯得十分緩慢，經過初期的計算和實際測量，刷新一屏320x240點的圖片最快需要130ns左右，故EPM7128對LCD模塊還起到數據緩沖譯碼的作用。
對于常用的LCD，由于它的引線較多，如果直接由CPU去控制LCD的顯示，會造成CPU負擔過重，用戶使用起來很不方面。為了解決這種矛盾，本課題運用北京三春暉電子科技發展有限公司出品的液晶顯示模塊——SG320240FPD。SG320240FPD顯示模塊將LCD液晶顯示驅動電路和分壓電路集成在一塊板子上，是一種集顯示、控制與驅動為一體的顯示器件，很好地解決了CPU的負擔問題。中文液晶顯示模塊SG320240FPD可實現漢字、ASCII碼、位圖形的同屏顯示。液晶顯示模塊方框圖如圖1所示。

SG320240FPD液晶的核心器件是SED1335控制器芯片。SED1335是SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器，其具有較強功能的I／O緩沖器，指令功能豐富，4位數據并行發送，最大驅動能力為640x256點陣。
從圖1可以看出，DB為數據總線，可以直接連在CPU數據總線上；CS為片選信號，低電平有效；AO為I／O緩沖器數據選擇信號，為1時寫指令代碼或讀數據，為0時，寫數據或讀狀態字；RD、WR分別為讀操作信號和寫操作信號，低電平有效。LPC2292的控制信號通過EPM7128采用I／O設備訪問形式控制液晶控制器SED1335。然后，SED1335通過SEG驅動器向液晶顯示器提供顯示數據，通過COM驅動器向液晶顯示器提供行掃描信號。在COM和SEG的配合下，實現RAM矩陣內容的液晶顯示。
驅動器模塊是專用芯片與液晶顯示器的接口，其作用是提高驅動能力、實現偏壓極性的轉換。它包括COM驅動器、SEG驅動器及COM的移位寄存器。
COM驅動器由控制電路、電壓變換電路、電壓選擇電路、COMS驅動電路等子模塊組成。COM移位寄存器與COM驅動器相配合，向液晶顯示屏提供行掃描信號。COM移位寄存器實現0行～31行行掃描，電壓變換電路和電壓選擇電路實現行驅動，控制電路實現對COM Driver的控制，CO-MS獨立完成第32行掃描。
SEG驅動器闈向液晶顯示屏提供顯示數據，該模塊由控制電路、電壓變換電路和電壓選擇電路實現對顯示數據鎖存電路輸出RAM數據的驅動。