艾 紅，萬明明

（北京信息科技大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院 控制工程系，北京 100192）

0 引言

高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，為儀器儀表的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力。儀器儀表產(chǎn)品的高科技化必將成為儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。儀表的發(fā)展朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化的方向快速趨近。同時(shí)儀表性能也不斷提高，如速度更快、靈敏度更高、穩(wěn)定性更好等[1]。智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)儀表功能。可以使火災(zāi)報(bào)警儀當(dāng)溫度超出上限時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警?？梢栽O(shè)置時(shí)間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示時(shí)間?？梢栽O(shè)置房間號(hào)和對(duì)應(yīng)報(bào)警上限值。智能儀表的數(shù)據(jù)輸入編輯、光標(biāo)閃爍、選擇菜單中相應(yīng)功能、時(shí)間設(shè)置、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示等監(jiān)控程序在火災(zāi)報(bào)警儀中起著關(guān)鍵的作用。

1 智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有顯示當(dāng)前時(shí)間、設(shè)置時(shí)間值、設(shè)置報(bào)警上限、定檢查詢、查看報(bào)警信息、溫度巡檢及系統(tǒng)初始化。進(jìn)入這些功能的主要方式是從功能菜單進(jìn)入，火災(zāi)報(bào)警儀設(shè)置了一個(gè)主菜單和一個(gè)二級(jí)菜單。當(dāng)屏幕處于任何狀態(tài)下，按下鍵盤中的菜單鍵即可進(jìn)入系統(tǒng)主菜單，主菜單將顯示四行漢字，分別是“時(shí)間信息”，“設(shè)置上限”，“定檢”和“報(bào)警信息”。通過上下鍵選中某一行后可以執(zhí)行相應(yīng)功能，當(dāng)選中“時(shí)間信息”并按下確認(rèn)鍵時(shí)，屏幕將顯示二級(jí)菜單，二級(jí)菜單顯示兩行漢字，提供了兩項(xiàng)選擇“顯示時(shí)間”與“設(shè)置時(shí)間”

1.1 智能儀表時(shí)間設(shè)置功能

智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀需要記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間。允許操作員實(shí)現(xiàn)設(shè)置時(shí)間值的功能。操作員手工從鍵盤置入年、月、日、時(shí)、分、秒信息。具有當(dāng)前輸入位的光標(biāo)閃爍功能，具有時(shí)間值輸入錯(cuò)誤時(shí)的退格刪除功能，具有輸入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)的錯(cuò)誤提示功能。時(shí)間設(shè)置功能的顯示畫面如圖1所示。

圖1 設(shè)置時(shí)間值功能畫面

在菜單處理程序中，程序設(shè)置了一個(gè)功能號(hào)存儲(chǔ)單元。當(dāng)操作員通過鍵盤操作選中了設(shè)置時(shí)間，那么當(dāng)按下確認(rèn)鍵時(shí)，程序?qū)⑹褂霉δ芴D(zhuǎn)執(zhí)行調(diào)用設(shè)置時(shí)間程序，完成執(zhí)行設(shè)置時(shí)間的操作。

1.2 智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀實(shí)時(shí)時(shí)間顯示功能

智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀采用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示。能夠及時(shí)刷新屏幕保證時(shí)間顯示的準(zhǔn)確性。時(shí)間顯示功能為操作員提供當(dāng)前的時(shí)間信息，也可以對(duì)時(shí)間設(shè)置功能進(jìn)行驗(yàn)證。為了時(shí)間顯示不打斷正常的溫度采集程序，時(shí)間值的刷新功能放在了整個(gè)溫度采集周期的最后一個(gè)階段，即當(dāng)完成了整個(gè)溫度采集周期后才刷新一次顯示時(shí)間。又由于一個(gè)溫度采集周期的時(shí)間不能保證為一秒鐘，因此為了顯示時(shí)間的準(zhǔn)確，時(shí)間顯示功能提供的時(shí)間值只精確到了“分”。為了補(bǔ)償因?yàn)槿鄙佟懊搿睍r(shí)間的跳動(dòng)而造成的死板界面，該功能在顯示時(shí)間界面上增加了一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示，在每次刷新時(shí)間時(shí)，界面的上下沿都會(huì)增加一個(gè)點(diǎn)或者消除一個(gè)點(diǎn)，讓人能夠感到時(shí)間在走動(dòng)。顯示時(shí)間的畫面如圖2所示。

圖2 時(shí)間顯示畫面

1.3 智能儀表系統(tǒng)初始化功能

火災(zāi)報(bào)警儀中采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為感溫元件，系統(tǒng)中存儲(chǔ)器由24C256組成，用于存儲(chǔ)報(bào)警信息。系統(tǒng)初始化功能完成的任務(wù)是重寫存儲(chǔ)器E2PROM中的傳感器序列號(hào)，重寫報(bào)警上限值和清空報(bào)警信息存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)還將對(duì)傳感器寫入默認(rèn)報(bào)警上限值。其目的是在系統(tǒng)第一次運(yùn)行或更換了E2PROM芯片后執(zhí)行系統(tǒng)初始化功能，以寫入系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的信息。由于系統(tǒng)初始化功能可能會(huì)丟失一些有用信息，因此初始化功能并沒有在主菜單中顯示，而需要操作員在菜單狀態(tài)下輸入功能碼方可實(shí)現(xiàn)，因此具有一定的級(jí)別并防止誤操作。在執(zhí)行初始化程序之前，屏幕還將提示是否進(jìn)行初始化的確認(rèn)信息，以防誤操作引起不必要的損失。

2 顯示器地址排列與顯示程序基本思路

2.1 液晶顯示器的顯示地址排列

智能儀表監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)需要鍵盤和顯示器的密切配合?；馂?zāi)報(bào)警儀中使用的RT12864M液晶顯示器不僅可以顯示漢字，而且在一個(gè)漢字位置可以顯示兩個(gè)ASCII碼所對(duì)應(yīng)的字符。在進(jìn)行顯示操作時(shí)，為了方便顯示數(shù)據(jù)的定位，顯示器為每個(gè)漢字顯示位定義了一個(gè)地址，地址在實(shí)際顯示屏中的相對(duì)位置如表1 所示。

2.2 顯示程序基本思路

基于串行接口的漢字液晶顯示器RT12864M，為了實(shí)現(xiàn)正確顯示，需要向液晶顯示器串行傳送3個(gè)字節(jié)。當(dāng)向液晶顯示器發(fā)送指令或數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)送第1個(gè)字節(jié)為F8H，則后續(xù)字節(jié)2和字節(jié)3為指令內(nèi)容。如果發(fā)送第一個(gè)字節(jié)為FAH，則后續(xù)字節(jié)2和字節(jié)3即為要顯示數(shù)據(jù)的ASCII碼或漢字機(jī)內(nèi)碼的高字節(jié)和低字節(jié)。向液晶顯示器發(fā)送三個(gè)字節(jié)的子程序?yàn)镻R1。PR1子程序中將使用DATA3和DATA2存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容。單片機(jī)內(nèi)部RAM的DATA2單元存放有要發(fā)送的指令或數(shù)據(jù)，DATA3單元存放有要發(fā)送的第1個(gè)字節(jié)內(nèi)容。

2.3 屏幕顯示方式

屏幕顯示是為了對(duì)操作過程輸出可視化信息，是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能不可缺少的一部分。設(shè)計(jì)中采用的液晶顯示器操作方式，按照一次性顯示字符的多少，可分為單個(gè)地址顯示和連續(xù)多個(gè)地址顯示兩種方式。單個(gè)地址顯示的含義是，每次顯示時(shí)都要先向顯示器發(fā)送一個(gè)字節(jié)的顯示地址，然后發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)；而連續(xù)多個(gè)地址顯示的含義是，一開始時(shí)先向顯示器發(fā)送一個(gè)字節(jié)的顯示起始地址，然后接著向顯示器發(fā)送一串連續(xù)顯示的數(shù)據(jù)。

單個(gè)地址顯示通常用于顯示單個(gè)數(shù)據(jù)或多個(gè)地址不連續(xù)的數(shù)據(jù)。如時(shí)間顯示就采用了單個(gè)地址顯示方式。在每次時(shí)間更新時(shí)，屏幕上的內(nèi)容：“年”、“月”、“日”、“時(shí)”、“分”并不更新，而更新的僅是時(shí)間數(shù)據(jù)。由于在該界面下，時(shí)間數(shù)據(jù)的顯示地址并不連續(xù)，因此只能用單個(gè)地址顯示方式顯示。

連續(xù)多個(gè)地址顯示通常用于顯示多個(gè)連續(xù)地址的數(shù)據(jù)。例如監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)中各種功能界面的切換，由于各功能的界面差異較大，因此在剛進(jìn)入時(shí)需要調(diào)用刷屏顯示，此時(shí)的顯示可以用連續(xù)多個(gè)地址顯示方式。這時(shí)只需發(fā)送給顯示器一個(gè)首地址，然后連續(xù)將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示器，這樣能夠節(jié)省多次發(fā)送地址的時(shí)間，提高顯示效率。

3 數(shù)據(jù)輸入與編輯時(shí)光標(biāo)閃爍功能

數(shù)據(jù)輸入與編輯功能包括了一段光標(biāo)閃爍功能，實(shí)現(xiàn)原理是由一位狀態(tài)標(biāo)記位來決定光標(biāo)的顯示或隱藏。光標(biāo)閃爍程序根據(jù)目前光標(biāo)的顯示位置以及光標(biāo)狀態(tài)亮和滅的標(biāo)記位來更新光標(biāo)所在的顯示地址內(nèi)容。程序設(shè)計(jì)時(shí)MARK15為光標(biāo)亮或滅的標(biāo)志。MARK15=1表示光標(biāo)亮，而MARK15=0表示光標(biāo)滅。光標(biāo)閃爍即實(shí)現(xiàn)閃爍下劃線__的功能。在程序設(shè)計(jì)時(shí)要考慮光標(biāo)__所處的位置。由于一個(gè)漢字顯示位置為兩個(gè)數(shù)字，兩個(gè)數(shù)字的顯示需要向液晶顯示器發(fā)送兩個(gè)數(shù)字的ASCII碼。5FH為光標(biāo)__的ASCII碼，執(zhí)行此程序前高位數(shù)字的內(nèi)容存放在R5寄存器中，低位數(shù)字的內(nèi)容存放在R6寄存器中。程序執(zhí)行時(shí)如果光標(biāo)在高位，則R5=5FH，R6的內(nèi)容為數(shù)字。如果光標(biāo)在低位，則R5的內(nèi)容為數(shù)字，R6=5FH。程序中首先根據(jù)標(biāo)志MARK15判斷光標(biāo)是亮還是滅，如果MARK15=1，說明光標(biāo)處于亮的狀態(tài)，則顯示器將顯示R5和R6對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。如果MARK15=0說明光標(biāo)處于滅的狀態(tài)，則要判斷此時(shí)光標(biāo)處于高位還是低位，光標(biāo)在高位時(shí)，使R5寄存器值=20H，R6的內(nèi)容保持不變，此時(shí)顯示器對(duì)應(yīng)地址的高位顯示空格即滅，而顯示器對(duì)應(yīng)地址的低位顯示R6寄存器的內(nèi)容。如果MARK15=0光標(biāo)處于滅的狀態(tài)，而光標(biāo)在低位時(shí)，高位R5的內(nèi)容保持不變，使R6寄存器值=20H，此時(shí)顯示器對(duì)應(yīng)地址的高位顯示R5寄存器內(nèi)容，而顯示器對(duì)應(yīng)地址的低位顯示空格即滅。程序執(zhí)行前R7寄存器內(nèi)容為要顯示數(shù)字所在顯示器地址。實(shí)現(xiàn)光標(biāo)閃爍程序如下：

光標(biāo)狀態(tài)亮和滅的標(biāo)記位MARK15在溫度采集程序運(yùn)行一個(gè)周期后，將MARK15進(jìn)行一次求反操作，并調(diào)用一次光標(biāo)閃爍程序。通過與上述程序的結(jié)合就可以解決在數(shù)據(jù)輸入和編輯時(shí)光標(biāo)的閃爍問題。

4 菜單管理功能

在軟件編程方面，菜單的編寫主要集中在如何實(shí)現(xiàn)由鍵盤控制按鍵即控制向上鍵↑或向下鍵↓的移動(dòng)選中相應(yīng)功能，以及按下確定鍵OK時(shí)執(zhí)行相應(yīng)功能的程序跳轉(zhuǎn)。由于火災(zāi)報(bào)警儀采用的液晶顯示器RT12864M在相鄰的行與行之間，顯示器顯示字符的地址不連續(xù)。因此，在鍵盤按鍵操作向上鍵↑向上選中一行或向下鍵↓向下選中一行時(shí)，程序需要逐行比較以確定所選中的行。選中行在顯示器上用行號(hào)標(biāo)志→來指示。

程序設(shè)計(jì)時(shí)為了實(shí)現(xiàn)功能跳轉(zhuǎn)，對(duì)不同功能設(shè)置了不同功能號(hào)，溫度巡檢界面功能號(hào)為00H，剛進(jìn)入主菜單時(shí)功能號(hào)為01H，此后功能號(hào)根據(jù)向上鍵↑和向下鍵↓進(jìn)行加減或者由程序改變功能號(hào)。以輸入向上按鍵↑為例，當(dāng)操作員按下鍵盤上的↑鍵時(shí)，選中上一行菜單，顯示器上新選中的一行將重新顯示選中行號(hào)標(biāo)志 →。按鍵↑實(shí)現(xiàn)上移一行以及對(duì)應(yīng)功能號(hào)計(jì)算的程序如下所示。

程序中設(shè)計(jì)了顯示二級(jí)菜單MARK27標(biāo)志。MARK27=1，表示處于顯示二級(jí)菜單狀態(tài)。存儲(chǔ)單元LINE_NUM表示存放當(dāng)前指針行號(hào)。一級(jí)菜單即主菜單中，當(dāng)行號(hào)標(biāo)志 → 指示在第1行、第2行、第3行和第4行時(shí)，功能號(hào)分別為01H、02H、03H和04H。二級(jí)菜單中，當(dāng)行號(hào)標(biāo)志 → 指示在第1行和第2行時(shí)，功能號(hào)分別為0AH和09H。

SEC_M為二級(jí)菜單中按鍵↑的處理程序。CL_PRINT為換行顯示子程序。當(dāng)對(duì)主菜單或二級(jí)菜單進(jìn)行操作時(shí)，選中一行漢字，則有對(duì)應(yīng)行號(hào)標(biāo)志指示。行號(hào)標(biāo)志為 →。程序設(shè)計(jì)時(shí)顯示器顯示當(dāng)前選中行號(hào)標(biāo)志 → 的漢字機(jī)內(nèi)碼為A1FAH，每次根據(jù)新行號(hào)決定了當(dāng)前選中行號(hào)標(biāo)志 → 的顯示地址。新行號(hào)的顯示地址在R2寄存器中存放。而原行號(hào)的顯示地址在LINE_NUM內(nèi)存單元中存放。菜單在顯示器第1行、第2行、第3行和第4行的顯示地址分別為81H、91H、89H和99H。由于顯示地址為漢字顯示地址，因此清除原行號(hào)的選中標(biāo)志 → 時(shí)，需在原行號(hào)的相應(yīng)地址向液晶顯示器發(fā)送兩個(gè)空格的ASCII碼20H。

5 結(jié)束語

近年來新型微處理器技術(shù)與智能化技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，迅速改變著儀器儀表的本質(zhì)特征，并使其具備和擁有了傳統(tǒng)儀器儀表無法實(shí)現(xiàn)的、全新的功能[2]。智能儀表人機(jī)交互功能使用戶能夠?qū)χ悄軆x表進(jìn)行狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入；也能夠向用戶報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與處理結(jié)果。內(nèi)含微處理器的智能儀表不僅精度高、測量范圍廣，而且在復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，人機(jī)對(duì)話過程中都具有常規(guī)儀表所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)[3]。設(shè)計(jì)的智能儀表火災(zāi)報(bào)警儀監(jiān)控程序可靠性高，性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度監(jiān)視與報(bào)警功能。

[1] 孫迎遠(yuǎn),郭國選,張婷.控制儀表在我國測控領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望[J].內(nèi)江科技,2008,(1):41-43.

[2] 吳錚,周劍利.智能測溫儀表的研究與實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表與分析監(jiān)測,2007,(3):30-31.

[3] 周燕玲,王羨欠.工業(yè)控制中通用型智能儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008.