智能配電監控系統的人機交互設計

摘要：以宏晶公司STC12C5A60S2單片機處理器作為控制器，以矩陣鍵盤作為輸入設備，以RS485通信接口芯片作為數據更新方式，用北京青云公司生產的LCD3202401作為顯示輸出設備，研究設計了相應的硬件電路與顯示驅動程序，在此基礎上完成了人機交互系統的設計。充分利用成本低、資源少的單片機系統實現完善的人機交互功能。
關鍵詞：人機交互；LCD；單片機

1 系統設計方案
本系統設計按鍵時遇到以下情況：(1)產品外設較多，單片機I／O口比較少，設計時需要考慮節省I／O口。(2)現場情況所限，鍵盤與主機板要有一段距離。(3)鍵盤需要15個按鍵，同時擴展一個復位按鍵，共16個按鍵。根據以上的情況采用A／D鍵盤最為合適。
考慮到系統顯示既要求有圖顯示又有字符顯示功能，因此采用單片機控制LCD，使LCD的畫圖、字符顯示等功能最大程度地利用。
本系統設計的效果如圖1所示。

2 系統結構和原理
人機交互系統負責數據顯示及輸入，通過RS485接口與主控模塊進行信息交換，通過工業液晶顯示主控模塊傳送的電量參數信息，并通過鍵盤輸入設定系統工作模式、參數門限、通信協議。校正模擬量通道的各項電參數以及用圖形直觀表示一次圖及電壓參數的工作狀態，并在出現過流過壓等告警信息時發出報警聲。系統能夠在有限成本的條件下很好地完成此多項功能。
顯示系統由硬件和軟件兩部分構成，如圖2和圖3所示。

硬件部分以STC12C5A60S2單片機為核心，晶振和復位電路作為系統工作的必要設備，從3×5矩陣鍵盤接收輸入命令，同時通過RS485與主控模塊進行實時通訊。其中鍵盤通過單片機的A／D功能直接采集電壓判斷來實現。
軟件部分可分為底層驅動程序和上層控制兩部分。底層驅動包括設置系統時鐘和系統模式，配置I／O口、初始化串口打開ADC轉換功能，初始化LCD控制器、中斷控制器等。上層控制程序不斷查詢是否有按鍵按下。若有按鍵按下，則執行相應的任務，LCD顯示相應的內容；同時如果需要，通過RS485向主控模塊發出控制或請求數據等信息。