串口觸摸屏的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳艷玲，周巖，王志剛，章良芳

（河北漢光重工有限責(zé)任公司，河北邯鄲，056017）

0 引言

可編程觸摸鍵盤在多功能標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)上的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，且可編程觸摸鍵盤的銷售情況比較樂觀，為拓展產(chǎn)品的功能、打破產(chǎn)品中的技術(shù)壁壘，在原來型號(hào)可編程觸摸鍵盤的結(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上，通過更換軟件運(yùn)行平臺(tái)、調(diào)整設(shè)備的通訊方式等手段滿足不同條件下用戶要求，并在一定條件下替代原來型號(hào)可編程觸摸鍵盤應(yīng)用于各標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)上，銷售前景良好。

1 產(chǎn)品組成和工作原理

■1.1 產(chǎn)品組成

可編程觸摸鍵盤的組成包括結(jié)構(gòu)組件、液晶盒組件、控制板組件和接口器件等。

（1）液晶盒組件部分包含前面板、液晶屏、屏蔽絲網(wǎng)玻璃組成；

（2）控制板組件包括核心控制板卡組成；

（3）接口器件包括電源接口和信號(hào)接口插座；

（4）結(jié)構(gòu)件包含面板、后框架組成。

■1.2 產(chǎn)品工作原理

產(chǎn)品工作原理圖如圖2所示。

圖2 可編程觸摸鍵盤工作原理圖

圖1 可編程觸摸鍵盤分解圖

圖3 可編程觸摸鍵盤軟件工作流程

該設(shè)備具備兩組對(duì)外接口，分別為RS232串口信號(hào)及電源接口、USB調(diào)試接口。當(dāng)調(diào)試時(shí)，可編程觸摸鍵盤通過USB調(diào)試接口進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)正常工作時(shí)，可編程觸摸鍵盤通過RS232通信方式控制顯示傳輸?shù)膱D形、文字或按鍵等信息。W1線纜：核心主板輸出接口XP1的LVDS信號(hào)線纜與LED顯示屏的輸入接口相連接，實(shí)現(xiàn)顯示功能；W2線纜：核心主板輸出接口XP1的供電線纜與LED顯示屏輸入接口相連接，給LED顯示屏提供電壓；W3線纜：通過對(duì)外接口的XS1外部電源與核心主板的輸入接口XP2相連接，實(shí)現(xiàn)外部供電；W4線纜：通過對(duì)外接口的XS1外部電源與電阻屏的主控板相連，實(shí)現(xiàn)外部供電；W5線纜：電阻屏主板的輸出接口與五線電阻屏輸入口相連，實(shí)現(xiàn)通信功能；W6線纜：核心主板輸出接口XP5與五線電阻屏輸入接口XP4相連接 實(shí)現(xiàn)串口通訊；W7線纜：外部主機(jī)與核心主板XP6相連，實(shí)現(xiàn)通信；W8線纜：核心主板接口XP7與對(duì)外接口的XS1相連接 ，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

液晶盒組件由屏蔽絲網(wǎng)和液晶原屏粘接組成，主要作用為：

（1）圖形顯示功能；

（2）屏面板加固功能；

（3）電磁屏蔽功能；

（4）減小鏡面反射率。

核心控制板主要作用如下：

（1）接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，解析報(bào)文并將報(bào)文中的圖形、文字等信息轉(zhuǎn)化為顯示信號(hào)；

（2）接收觸摸屏指令，并判定觸摸位置是否符合要求；

（3）與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，完成設(shè)備的在線診斷等故障診斷功能。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)支持Vxworks、道系統(tǒng)版本6.0、中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)4.0、Vxworks及Windows XPE操作系統(tǒng)。

可編程觸摸鍵盤可通過RS232接口與主機(jī)相連，主機(jī)通過應(yīng)用程序發(fā)送指令，指令通過可編程觸摸鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序傳遞報(bào)文至核心控制板，核心控制板解析主機(jī)發(fā)送的報(bào)文，并將報(bào)文中的圖形與文字信息顯示在顯示屏上。

■2.1 軟件配置列表

（1）可編程觸摸鍵盤底層應(yīng)用程序；

（2）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；

（3）中間件程序；

（4）上位機(jī)應(yīng)用程序。

■2.2 協(xié)議要求

（1）以通用軟件開發(fā)規(guī)范為準(zhǔn)則；

（2）采用容錯(cuò)、冗余等措施，確保軟件的可靠性、安全性和健壯性；

（3）采用由頂向下、層次化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

■2.3 開發(fā)工具的選用

應(yīng)用QT4.8.4開發(fā)平臺(tái)，遵循RS232通用協(xié)議。編程語言采用C、C++語言實(shí)現(xiàn)可編程觸摸鍵盤的嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)。

■2.4 底層應(yīng)用軟件的開發(fā)

可編程觸摸鍵盤的軟件開發(fā)采用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)調(diào)度策略；使用二進(jìn)制信號(hào)量來實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的同步與互斥；使用消息隊(duì)列和管道來實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的通訊；編程語言使用C/C++程序設(shè)計(jì)語言，采用雙緩存技術(shù)進(jìn)行圖形繪制、圖片處理功能的開發(fā)；應(yīng)用軟件可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充修改。

3 底層應(yīng)用軟件的實(shí)現(xiàn)

可編程觸摸鍵盤具有強(qiáng)大的作圖和顯示功能，能夠?qū)崟r(shí)、直觀、準(zhǔn)確地獲取豐富的系統(tǒng)狀態(tài)和目標(biāo)信息；能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行故障定位，并向用戶實(shí)時(shí)反饋可編程觸摸鍵盤的運(yùn)行狀態(tài)。它將兼容了原有可編程觸摸鍵盤應(yīng)用軟件的所有功能。其軟件框圖如圖4所示。

圖4 可編程觸摸鍵盤軟件框圖

TPKCore：觸摸屏核心類，目前包含TPKPage類、PConnet類、Graphic類的實(shí)例，及通信線程的具體實(shí)現(xiàn)；

TPKPage：頁面處理類，包含頁面的各種參數(shù)，背景顏色、是否使用、是否顯示等等；實(shí)現(xiàn)其功能的部分函數(shù)定義如下所示：

private:

bool m_bIsUsed;

bool m_bIsShow;

bool m_bIsClear;

unsigned int m_unRGB;

CPTKButton m_PTKMapBtn[ARY_BTN_MAX];

public:

QImage m_image;

void SetRGB(unsigned int unColor);

unsigned int GetRGB(void);

void SetUsed(bool bUsed = TRUE);

bool GetUsed(void);

void SetShow(bool bShow);

bool GetShow(void);

void SetClear(void);

bool GetClear(void);

void SetBTN(CPTKButton PTKBtn);

void DelBTN(int &nID);

void CreateBtmp(const int &nWidth , const int&nHigh);

CPTKButton＊ GetBTNByID(int nID);

CPTKButton＊ GetBTNAdr();

CPTKPage(void);

～CPTKPage(void);

像獲取按鍵ID設(shè)置按鍵等功能的部分代碼在QT開發(fā)環(huán)境下具體實(shí)現(xiàn)如下代碼所示：

CPTKButton＊ CPTKPage::GetBTNByID(int nID)

{

CPTKButton tmpBtn;

if (nID ＜ 0 || nID ＞= ARY_BTN_MAX)

{

return NULL;

}

else

return &m_PTKMapBtn[nID];

}

void CPTKPage::SetBTN(CPTKButton PTKBtn)

{ CPTKButton tmpBtn;

int nID = PTKBtn.GetID();

m_PTKMapBtn[nID]= PTKBtn;

}

PConnect類：通訊管理，主要包括報(bào)文的解釋；

在QT中并沒有特定的串口控制類，使用第三方寫的qextserialport類。首先設(shè)置串口參數(shù)，如：波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位，停止位，數(shù)據(jù)控制流控制，再設(shè)置串口號(hào)，打開串口等功能。實(shí)現(xiàn)其部分功能代碼如下所示：

PortSettings m_set,m_set1;

m_set.BaudRate = BAUD115200;

m_set1.BaudRate = BAUD9600;

m_set.DataBits = DATA_8;

m_set1.DataBits = DATA_8;

m_set.Parity = PAR_NONE;

m_set1.Parity = PAR_NONE;

m_set.StopBits = STOP_1;

m_set1.StopBits = STOP_1;

m_set.FlowControl = FLOW_OFF;

m_set1.FlowControl = FLOW_OFF;

m_set.Timeout_Millisec = 2;

m_set1.Timeout_Millisec = 2;

m_pPort=new QextSerialPort("\\.\com2",m_set,QextSerialPort::Polling);

m_pPort1=new QextSerialPort("\\.\com7",m_set1,QextSerialPort::Polling);

qDebug(" m_set1.Timeout_Millisec = %d ", m_set1.Timeout_Millisec);

m_pPort-＞open(QIODevice::ReadWrite);

m_pPort1-＞open(QIODevice::ReadWrite);

報(bào)文解析,例如：根據(jù)可編程觸摸鍵盤通信協(xié)議要求創(chuàng)建按鍵報(bào)文解析部分代碼如下所示：

int CPConnect::ML_SOCM_CreateCommnKey (char＊pchBuf, int &nPage, CPTKButton &tpkBtn ,const int&nlen)

{ QRect rect;

nPage = pchBuf[10];

tpkBtn.SetID(pchBuf[11]);

rect.setLeft(GetInt(pchBuf+12));

rect.setTop(GetInt(pchBuf+14));

rect.setWidth(GetInt(pchBuf+16));

rect.setHeight(GetInt(pchBuf+18));

tpkBtn.SetPTKBtnRect(rect, GetRGB(pchBuf+21) ,GetRGB(pchBuf+24) , GetRGB(pchBuf+27));

tpkBtn.SetLightRGB(GetRGB(pchBuf+30));

tpkBtn.SetStrMsg(pchBuf+37,(int)pchBuf[36],GetRGB(pchBuf+33));

tpkBtn.SetKeyAttr((int)pchBuf[20]);

return N_PT_CRTBTN;

}

Graphic類：繪圖類，這些函數(shù)主要完成觸屏的圖形繪制的所有工作。

完成觸摸屏繪制工作的部分函數(shù)定義程序如下所示：例如 int is_chinese(char p)實(shí)現(xiàn)輸入的字符是否是中文;void TouchKey_CharShow(QPainter ＊p,CPTKButton＊pPTKBtn)實(shí)現(xiàn)按鍵字符在哪個(gè)頁碼上顯示按鍵。

int is_chinese(char p);

void TouchKey_CharShow(QPainter＊p,CPTKButton＊ pPTKBtn);

void CharPosition(short CharRows,short CharRow,short clength,CPTKButton ＊pPTKBtn , short&stCharX , short &stCharY);

void ShowChar(QPainter ＊p,short sALLlen,short clength,unsigned char ＊ShowCharSz,short cleft,short chigh,CPTKButton ＊pPTKBtn);

void InitDashVal(const int &nVal = 0);

void Int2Bin(unsigned int unValue, float fArray[]);

void DrawTransparentRect(QPainter ＊p , const QRect &rect , const unsigned int &color);

void DrawTransparentEllipse(QPainter ＊p , const QRect &rect, const unsigned int &color);

void DrawTransparentPolygon(QPainter ＊p ,QPointF ＊ ptAry , const int &nLen, const unsigned int&color);

void DrawTransparentArc(QPainter ＊p , const QRect&rect ,const int &nStartAngle ,const int &nEndAngle,const unsigned int &color);

void DrawEllipse(QPainter ＊p ,const QRect &rect,const unsigned int &colorEdge ,const unsigned int&colorFill); //畫橢圓

void DrawLine(QPainter ＊p , const QPoint &ptA ,const QPoint &ptB , const unsigned int &color);

void DrawPolygon(QPainter ＊p , QPoint ＊ ptAry ,const int &nLen, const unsigned int &colorEdge , const unsigned int &colorFill);

void DrawPie(QPainter ＊p, const QRect &rect , const QPoint &ptStart ,const QPoint &ptEnd, const unsigned int &colorEdge , const unsigned int &colorFill);

void DrawCommKey(QPainter ＊p , CPTKButton＊pPTKBtn);

void DrawPicKey(QPainter ＊p ,CPTKButton＊pPTKBtn );

void DrawUniteKey(QPainter ＊p ,CPTKButton＊pPTKBtn );

PTKBTN類：按鍵處理類，包含按鍵的顏色、形狀、ID值和區(qū)域等屬性的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)其功能的部分函數(shù)定義如下所示：

void SetPTKBtn(const QRect &rcBtn ,const unsigned int &unBtnRGB ,const unsigned int &unBtnLTRGB ,const unsigned int &unBtnRBRGB ,const int &nID );

void ChgPTKBtn(const int &nKeyAttr ,const unsigned int &unLightRGB ,char chBuf[], int nLen);

void SetPTKBtnRect(const QRect &rcBtn,const unsigned int &unBtnRGB ,const unsigned int&unBtnLTRGB ,const unsigned int &unBtnRBRGB);

void SetStrMsg(char chBuf[], int nLen , const unsigned int &unRGB);

void SetKeyAttr(const int &nKeyAttr);

void ChnKeyAttr(const char &chValue);

int GetKeyAttr();

void SetLightRGB(const unsigned int &unLightRGB);

unsigned int GetLightRGB();//獲取指示燈的顏色

unsigned int GetStrRGB(); //獲取字符顏色

char＊ GetStrPoint(); //獲取字符串指針

int GetStrLen(); //獲取字符串長度

void SetFont(const int &nSize , const int &nType);

float GetFontPound(void);

int GetFontSize(void);

int GetFontType(void);

void SetPTKPicBtn(const QRect &rcBtn ,const short &sUpPicID ,const short &sDnPicID ,const short&sInPicID);

bool GetPicFlag();

btnCLASS GetBtnClassFlag();

void SetBtnClassFlag(btnCLASS classBtn);

short GetUpPicID();

short GetDnPicID();

4 結(jié)論

可編程觸摸鍵盤在日常生產(chǎn)生活中已經(jīng)推廣使用了很多年，隨著觸摸屏技術(shù)的日趨完善， 其可靠性和壽命都得到了大幅提高，在船舶自動(dòng)化領(lǐng)域中具有觸摸功能的人機(jī)界面類產(chǎn)品數(shù)量及種類也在增多。本文首先介紹了可編程觸摸鍵盤的硬件組成及工作原理，詳細(xì)講解了該模塊開發(fā)的軟件設(shè)計(jì)，對(duì)軟件的設(shè)計(jì)原則、軟件環(huán)境、軟件組成和軟件功能，對(duì)每一個(gè)實(shí)現(xiàn)的類進(jìn)行一一分析研究。在原JW06105型可編程觸摸鍵盤的結(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上，通過更換軟件運(yùn)行平臺(tái)、調(diào)整設(shè)備的通訊方式等手段滿足不同條件下用戶要求，并在一定條件下替代JW06105型可編程觸摸鍵盤應(yīng)用于各標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)上，銷售前景良好。本文采用串口通信接口方式，在 Qt環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了可編程觸摸鍵盤應(yīng)用程序的開發(fā)。