智能配電監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)的設計。充分利用成本低、資源少的單片機系統(tǒng)實現(xiàn)完善的人機交互功能。
關鍵詞：人機交互；LCD；單片機

1 系統(tǒng)設計方案
本系統(tǒng)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(jié)省I／O口。(2)現(xiàn)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(jù)以上的情況采用A／D鍵盤最為合適。
考慮到系統(tǒng)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(tǒng)設計的效果如圖1所示。

2 系統(tǒng)結構和原理
人機交互系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)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(yè)液晶顯示主控模塊傳送的電量參數(shù)信息，并通過鍵盤輸入設定系統(tǒng)工作模式、參數(shù)門限、通信協(xié)議。校正模擬量通道的各項電參數(shù)以及用圖形直觀表示一次圖及電壓參數(shù)的工作狀態(tài)，并在出現(xiàn)過流過壓等告警信息時發(fā)出報警聲。系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)。
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(tǒng)時鐘和系統(tǒng)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(zhí)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(fā)出控制或請求數(shù)據(jù)等信息。