基于UCGUI嵌入式用戶(hù)圖形界面的某型裝備檢測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

管飛 范會(huì)來(lái) 劉中峰

摘 ? 要：針對(duì)某型裝備單元部件故障定位手段缺乏的難題，基于UC/GUI嵌入式用戶(hù)圖形界面，設(shè)計(jì)了集自檢、備件檢測(cè)、實(shí)裝檢測(cè)、示教于一體的新型檢測(cè)診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用C8051F020單片機(jī)和S3C2440 ARM9微處理器，綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)采集、LCD觸摸控制及顯示、串口通信等技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并基于UC/GUI構(gòu)建了全新的菜單系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：UC/GUI嵌入式用戶(hù)圖形界面系統(tǒng) ?C8051F020 ?串口通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）05（a）-0152-04

Abstract：Aiming at the problem of the lack of a type of ordnance equipment unit fault location method， based on UC/GUI embedded graphic user interface， designs a new detection and diagnosis system. the system function includes the self-inspection， Spare parts testing， the actual equipment testing and theory teaching. The system adopts C8051F020 MCU and S3C2440 ARM9 microprocessor， integrated application data acquisition ，LCD touch control and display， serial communications and other technology to build the hardware system， and based on UC/GUI constructs a new menu system.

Key Words：UC/GUI embedded user graphical interfaces system; C8051F020; Serial communication

隨著我國(guó)國(guó)防建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，軍械裝備的維修保障能力要求也越來(lái)越高，單元部件故障定位已成為目前裝備保障重要的研究課題。而要將單元部件故障定位更細(xì)、更準(zhǔn)，就意味著需要模擬的條件和檢測(cè)的參數(shù)越多，因此對(duì)軟硬件系統(tǒng)的要求也越高。而嵌入式用戶(hù)圖形界面以其輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，無(wú)疑成為解決上述問(wèn)題的最佳選擇。

1 ?系統(tǒng)總體方案

根據(jù)某型裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和接口特征，結(jié)合智能化、模塊化、小型化、便捷性的技術(shù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1所示的系統(tǒng)總體方案。

操作人員通過(guò)觸摸屏控制或按鍵控制，結(jié)合UC/GUI菜單系統(tǒng)輸入測(cè)試指令，而后由控制及顯示單元（S3C2440）通過(guò)串口通信將指令送入測(cè)試單元（C8051F020），驅(qū)動(dòng)條件生成電路工作，模擬條件信號(hào)送入被檢設(shè)備。最后采集被檢設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將處理的結(jié)果，一路通過(guò)串口通信送入控制及顯示單元顯示相應(yīng)的圖片及字符，另一路直接驅(qū)動(dòng)故障警示單元的指示燈顯示及蜂鳴器工作。

2 ?電源管理單元

如圖2所示，系統(tǒng)采用AC 220V和裝備車(chē)體電源供電兩種方式，通過(guò)供電電源選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇控制。為確保安全，在兩條通路分別設(shè)置了保險(xiǎn)，并采用濾波器和DC/DC電源模塊實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，保證檢測(cè)診斷系統(tǒng)內(nèi)部電路與外供電源線(xiàn)路間不相互干擾。

3 ? 測(cè)試單元及故障警示單元

如圖3所示，測(cè)試單元以C8051F020為核心，通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)端口供電控制、自檢/檢測(cè)控制、功率驅(qū)動(dòng)控制、A/D采集控制、故障警示;通過(guò)A/D接口和信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)模擬量的產(chǎn)生和檢測(cè);通過(guò)URT0和SP3223E電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)操作流程控制及檢測(cè)結(jié)果顯示。

如圖3所示，C8051F020的I/O端口輸出首先通過(guò)總線(xiàn)收發(fā)器74LVC4245A，完成3.3V到5V的邏輯電平轉(zhuǎn)換（DIR控制端口為低電平），同時(shí)通過(guò)在74LVC4245A的輸出端口上拉1kΩ排阻至GND，確保輸出初始狀態(tài)為低電平。

端口供電控制電路采用電子開(kāi)關(guān)CD4066實(shí)現(xiàn)+5V輸出控制，同時(shí)為防止CD4066端口暗電流影響，下拉10kΩ電阻至地，保證CD4066開(kāi)關(guān)未選通時(shí)端口默認(rèn)輸出為低電平;采用74LS04、TIL113和DS2Y-12V繼電器的組合電路實(shí)現(xiàn)+24V的輸出控制。自檢/檢測(cè)控制電路中，I/O端口控制信號(hào)通過(guò)7407緩沖驅(qū)動(dòng)后控制74LS244工作，選通自檢或檢測(cè)的TTL電平信號(hào);通過(guò)74LS138和AD7503選通自檢或檢測(cè)的模擬量信號(hào)。驅(qū)動(dòng)控制電路采用74LS04、TIL113光電隔離電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制，采用達(dá)林頓管MJ11032組合電路和橋式驅(qū)動(dòng)整流電路實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)。橋式驅(qū)動(dòng)整流電路由雙DS2Y-12V繼電器和四個(gè)功率二極管組成，通過(guò)四個(gè)功率二級(jí)管滿(mǎn)足電流驅(qū)動(dòng)要求，通過(guò)兩個(gè)繼電器的交叉導(dǎo)通保證電機(jī)的正反向控制，同時(shí)也保證了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的安全。

測(cè)試單元軟件系統(tǒng)執(zhí)行流程如圖4所示，主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試單元與控制及顯示單元間的信息交互。

軟件系統(tǒng)初始化后進(jìn)入主程序，主程序首先檢查串口連接狀態(tài)，若連接上則對(duì)串口數(shù)據(jù)幀狀態(tài)進(jìn)行掃描，接收并判別控制及顯示單元送來(lái)的啟測(cè)指令，實(shí)時(shí)響應(yīng)各種狀態(tài)變化，啟動(dòng)條件生成電路輸出各種信號(hào)，并實(shí)時(shí)接收被測(cè)對(duì)象反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，若正常則驅(qū)動(dòng)“自檢好”或“正?！盠ED指示燈點(diǎn)亮，若不正常則驅(qū)動(dòng)“故障”LED指示燈點(diǎn)亮和蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果以串口數(shù)據(jù)幀形式送至控制及顯示單元軟件程序，判別測(cè)試結(jié)果并顯示相關(guān)圖片及字符，最后反饋端口復(fù)位指令，將測(cè)試單元各端口復(fù)位，等待下一次檢測(cè)執(zhí)行。

4 ?控制及顯示單元

操作顯示控制部分由7吋LCD彩色液晶屏/觸摸屏、鍵盤(pán)與鍵盤(pán)控制器、ARM9系統(tǒng)組成，如圖5所示。ARM9系統(tǒng)由三星ARM9、S3C2440核心電路、電源電路、存儲(chǔ)器電路組成。S3C2440核心電路內(nèi)置LCD控制器、觸摸屏控制器、UART接口電路。

LCD控制器主要控制LCD彩色液晶屏的顯示，觸摸屏控制器主要完成觸摸屏信息的采集和轉(zhuǎn)換。UART接口電路完成與測(cè)試單元的通信。鍵盤(pán)與鍵盤(pán)控制器采用沁恒CH451鍵盤(pán)控制芯片，主要完成鍵盤(pán)信息的采集及與S3C2440核心電路的通信。

控制及顯示單元開(kāi)發(fā)了基于UC/GUI的全新菜單系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)任意級(jí)數(shù)的菜單，解決了以往菜單系統(tǒng)級(jí)數(shù)受限的問(wèn)題，解決了單一按鍵實(shí)現(xiàn)多種功能的問(wèn)題。此菜單系統(tǒng)是以UC/GUI為環(huán)境，利用其自動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)以圖片為核心、以菜單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為框架，構(gòu)建多級(jí)菜單系統(tǒng)。使用自動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備更新變化顯示區(qū)域的功能，構(gòu)建更新顯示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、菜單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立更新變化顯示函數(shù)、菜單顯示函數(shù)、菜單執(zhí)行函數(shù)，以按鍵功能為驅(qū)動(dòng)，控制更新顯示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)更新，達(dá)到菜單顯示及執(zhí)行功能。

為了實(shí)現(xiàn)“少按鍵多功能”的設(shè)計(jì)需求，構(gòu)建了以按鍵功能驅(qū)動(dòng)為核心的菜單系統(tǒng)，具體進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)：

（1）對(duì)每個(gè)按鍵定義多種不同的功能;

（2）對(duì)每個(gè)按鍵定義執(zhí)行函數(shù);

（3）定義菜單結(jié)構(gòu)體;

（4）對(duì)每個(gè)菜單賦予按鍵功能、執(zhí)行函數(shù)、父子菜單指針。

系統(tǒng)采用“確定”、“向上”、“向下”、“返回”四按鍵實(shí)現(xiàn)操作控制，通過(guò)“上”、“下”對(duì)子菜單進(jìn)行選擇，通過(guò)“確定”和“返回”對(duì)選中的項(xiàng)目進(jìn)行執(zhí)行和退出操作。系統(tǒng)同時(shí)也可采用觸摸屏作為輸入設(shè)備完成操作控制，觸摸屏定義了10個(gè)熱區(qū)，其中有4個(gè)熱區(qū)對(duì)應(yīng)為四個(gè)按鍵的功能，另外的6個(gè)熱區(qū)對(duì)應(yīng)為操作子菜單的功能，通過(guò)對(duì)熱區(qū)的點(diǎn)擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)子菜單功能的選擇。具體軟件流程如圖6所示。

5 ?結(jié)語(yǔ)

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：第一，基于C8051F020單片機(jī)和S3C2440微處理器控制內(nèi)核，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集、LCD觸摸及顯示控制等技術(shù)，構(gòu)建了集自檢、備件檢測(cè)、實(shí)裝檢測(cè)、示教于一體的新型檢測(cè)診斷系統(tǒng);第二，采用C語(yǔ)言編程和幀通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)串口通信，并基于UC/GUI嵌入式用戶(hù)圖形界面系統(tǒng)構(gòu)建了以圖片為核心、以菜單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為框架的多級(jí)菜單系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自檢/檢測(cè)項(xiàng)目選擇、檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示、檢測(cè)對(duì)象及操作方式輔助說(shuō)明等功能;第三，該系統(tǒng)采用裝備車(chē)體電源和AC220V兩種供電方式，觸摸屏控制和按鍵控制兩種操作控制方式，操作簡(jiǎn)便，功能完善，可靠性高，安全性和使用性好。

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