基于MCGS和LPC的智能电源装备人机交互系统设计

谢力华

（深圳市伊力科电源有限公司，广东 深圳 518102）

0 引 言

在智能电源领域，人机交互系统一方面具备监控功能，其稳定性和准确性对设备的正常运行有着及其重要的作用，另一方面作为用户与设备进行互动的直接接口，其满足用户体验的设计，可提升产品市场竞争力，扩大产品的市场推广。

当前电源装备的人机交互系统大部分依然采用传统的液晶式交互系统，一方面需要与按键电路配合完成软硬件的设计，增大了设计的复杂程度，另一方面在操作上用户需要多次前进或后退才能找到操作目标使得操作便捷性极大降低，加之需要按键组合来实现不同命令的下发，大大增加了用户的记忆和理解负担，降低了用户的体验度。时下触摸屏已在移动终端和多媒体等领域得到了极其广泛的应用，其操作便捷、界面友好、信息丰富、响应迅速以及安全可靠等特点，使人机交互更为直接了当，成为极富吸引力的交互设备。触摸屏大致可分为红外线式、电阻式、表面声波式以及电容式触摸屏4种，本文提出的智能电源装备人机交互系统采用电阻式触摸屏，其工作原理为材料横截面积一定时，导体长度越长导体电阻越大。以竖直方向为例，触摸屏相当于一根电阻丝，其等效结构如图1所示。

图1 电阻式触摸屏工作原理结构图

触摸时触点P将电阻丝分为上下两部分，上部分电阻为R1，下部分电阻为R2，电源电压不变，当触摸点在竖直方向移动时，若R2两端电压增大，则R2阻值增大，触点P到屏下端的距离增大。利用触摸时的压力识别触摸位置，利用同材料同粗细导体电阻跟长度成正比的规律使电路中产生随触摸位置变化而变化的电流[1]。

1 智能电源装备人机交互系统总体设计

智能电源装备人机交互系统总体设计如图2所示。系统由触摸屏人机交互平台、监控管理中心及数字信号控制处理3大模块组成[2]。人机交互平台是用户与电源装备进行对接的直接接口，用户操作指令先到达监控管理中心，由监控管理中心作参数存储及参数范围限定等初步处理工作，以避免参数的误传带来的设备损坏，再下发到控制中心，令电源装备作出开机、关机、故障清除以及电池测试等动作。同时，控制中心将采集到的数据、设备状态及告警信息上报给监控管理中心，然后进一步上报给人机交互平台，呈现给用户[3-6]。总体设计不仅保障电源装备的安全可靠运行，而且给用户带来便捷友好的操作体验。

图2 智能电源装备人机交互系统总体设计图

2 硬件设计

人机交互平台采用MCGS触摸屏实现，监控管理中心采用LPC芯片实现[7,8]。人机交互平台与监控管理中心之间的数据通信采用Modbus协议实现，人机交互平台使用的触摸屏串口引脚定义如图3，交互平台与监控管理中心之间的接口电路图如图4所示。

图3 触摸屏串口引脚定义

图4 人机交互平台与监控管理中心接口电路图

采用Modbus协议实现两者之间的数据通信，具有以下优点。首先，Modbus协议是标准开放的协议，用户可以免费放心使用。其次，Modbus协议支持多种电气接口，如RS232和RS485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤以及无线等，广泛应用于各种工业自动化领域。最后，Modbus协议数据帧格式简单紧凑，通俗易懂，开发简易，节约成本，灵活多用。

数字信号处理中心与监控管理中心通过RS485总线完成数据传输，两者之间的接口电路如图5所示[4]。

图5 监控管理中心与数字信号控制中心接口电路图

电源装备具有开机、关机及故障清除命令，用户可以通过操作人机接口手动下发此类命令到数字信号处理中心，若设备满足条件，则数字信号处理中心执行相应命令。电源装备在运行过程中如有故障发生，则由数字信号处理中心发出指令进行相应动作，如关机或跳开开关等。某些特殊情况下，监控管理中心也会主动下发关机命令到数字信号处理中心，数字信号处理中心执行关机后会将数据和告警信息上报给监控管理中心及人机交互平台，即时将设备的最新状态通知给用户。

3 LPC软件设计

监控系统软件主程序流程如图6所示。

图6 监控管理中心与数字信号控制中心接口电路图

4 MCGS软件设计

MCGS软件通过通用串口采集监控管理中心上传的数据到实时数据库，并通过运行策略进行数据管理，通过各类构件实现文字、数据及图形的可视化[9]。

人机界面主页如图7所示，在主界面设计了弹出式主菜单，当用户需要操作主菜单时可以点击界面任意空白处弹出，当用户超过15 s不操作主界面时，菜单自动隐藏，增加了操作的灵活性。菜单项名称及功能描述如表1。

表1 菜单按键功能描述

图7 人机界面主页图

进入设置界面即可对设备运行模式、电压、电流及其保护点进行设置，参数设置成功会有弹窗提示，确认参数设置无误点击主界面开机按钮对设备开机[10]。参数设置界面及设置流程图如图8所示，交流数据显示界面如图9所示，界面显示了交流数据，通过界面切换用户可以方便地查看设备运行状态及各种参数。

图8 参数设置界面及参数设置流程图

图9 交流数据显示界面

5 结 论

本电源装备人机交互系统设计已应用于各系列电源产品，并形成批量生产，设备运行过程中系统响应迅速、监控精确、界面友好且数据准确，为智能电源人机交互系统的设计提供了一套实用价值极高的解决方案。