吳園圓

（江蘇大學(xué) 計算機科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

基于無線警報系統(tǒng)的LCD顯示菜單設(shè)計

吳園圓

（江蘇大學(xué) 計算機科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

為了在無線警報系統(tǒng)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、顯示及存儲等屏幕顯示功能，提出了基于4★4個鍵盤交互的LCD顯示多屏菜單設(shè)計方法。以ARM CortexTM-M0內(nèi)核的微處理器為主控芯片，結(jié)合點陣液晶模塊HTM12864進行C語言程序系統(tǒng)設(shè)計。對菜單數(shù)據(jù)項和功能函數(shù)進行獨立設(shè)計，使菜單顯示窗口化，并為每個窗口配置一個按鍵處理的回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)窗口切換。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，該方法實現(xiàn)簡單，占用內(nèi)存少，操作界面簡便，達到設(shè)計方法的目的。

LCD顯示模塊；鍵盤交互；警報系統(tǒng)；多屏菜單設(shè)計

隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，“智能家居”已經(jīng)走入了我們的生活中。智能家居[1-2]是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機技術(shù)、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的安全、舒適、健康的居住環(huán)境。家居報警系統(tǒng)[3]是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，實現(xiàn)智能家居環(huán)境下的安防智能化，人機交互界面美觀可靠，操作方便等是安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

無線警報系統(tǒng)[3]利用無線通信和傳感技術(shù)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[4]采集家庭內(nèi)的信息，并通過無線通信將異常情況及時傳輸給用戶或保安人員，用戶遠程操作，實現(xiàn)遠程防火防盜警報。本文介紹在智能無線警報系統(tǒng)中實現(xiàn)多級菜單功能，方便設(shè)置和操作。

在傳統(tǒng)的多級菜單的實現(xiàn)辦法上，文獻[5]提出兩點改進：把菜單項數(shù)據(jù)與功能程序分開和復(fù)用菜單項。文獻[6]提出了一種基于單片機系統(tǒng)的多級菜單模塊化編程方法，使得程序編寫效率較高，軟件維護簡單。文獻[7]提出基于飛思卡爾單片機MC9S08GT60控制的LCD人機界面方案，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信、字符顯示以及波形監(jiān)測等功能。文獻[8]采用一鍵多義的非編碼制鍵盤，用標(biāo)記轉(zhuǎn)移算法，設(shè)計出基于4個鍵盤交互的多屏菜單系統(tǒng)。

鑒于之前的改進及設(shè)計方法，獨立LCD顯示模塊，引入菜單窗口化的設(shè)計方法，使菜單項數(shù)據(jù)和函數(shù)功能完全分離，在菜單窗口下分行顯示菜單項，同時完善LCD顯示與鍵盤處理交互方法。為智能無線警報器設(shè)計開發(fā)4×4鍵盤與128×64圖形點陣LCD模塊交互的程序，在不同菜單窗口下，通過函數(shù)指針調(diào)用不同的按鍵處理函數(shù)，實現(xiàn)不同菜單窗口之間的切換。具有多級菜單顯示結(jié)構(gòu)，可完成分級菜單顯示、參數(shù)設(shè)置及存儲等常用功能，而且操作方便快捷。

1 智能無線警報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能無線警報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由單片機控制模塊、GSM通信模塊、無線傳感器接收模塊、LCD模塊、電源模塊等組成。

各個模塊簡介：MCU：主控芯片，實現(xiàn)與各模塊之間進行數(shù)據(jù)交換和過程控制。GSM模塊：提供GSM通信功能，支持語音和短信收發(fā)，SPK和MIC由GSM模塊處理，MCU不需要參與，GSM模塊通過UART串口與MCU通信，完成警報信息的發(fā)送、接收控制和語音通信功能；Buzzer：蜂鳴器，警報時產(chǎn)生蜂鳴聲；Siren：警笛，警報時參數(shù)警笛聲；ASK433模塊：接收433Mhz警報信息；Key：包括矩形鍵盤和各類功能按鍵，用于用戶密碼的輸入、各類設(shè)置和緊急警報等；LCD顯示：采用132*64液晶顯示模塊，通過SPI與MCU通信，可通過鍵盤完成對警報手機的設(shè)置和更改，并將設(shè)置和更改數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、顯示、存儲參數(shù)等功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of the wireless alert system

2 LCD模塊總體設(shè)計

2.1 軟硬件開發(fā)環(huán)境介紹

本系統(tǒng)使用的主控芯片為新唐的NUC100，該芯片是32位內(nèi)嵌ARM? Cortex?-M0內(nèi)核的微控制器，運行頻率可達50MHz，內(nèi)建128K字節(jié)的Flash存儲器，4K/8K/16K字節(jié)內(nèi)建SRAM和4K字節(jié)用于存儲ISP引導(dǎo)代碼的ROM。另外還有豐富的外設(shè)，如定時器，看門狗定時器，RTC，RDMA，UART，SPI/MICROWIRE，I2C，IS，PWM定時器，豐富的GPIO，PS2，12位ADC，模擬比較器，低電壓復(fù)位控制盒欠壓檢測功能。按鍵類型為4*4的矩陣，即0～9，*，#，OK，↑，↓，DEL鍵。本系統(tǒng)使用的LCD顯示屏的類型為HTM13264，分辨率是132*64的，顯示類型為點陣，數(shù)據(jù)輸入方式為SPI。

軟件編譯環(huán)境為Keil μVision4編譯器，μVision4集成開發(fā)環(huán)境、仿真器、調(diào)試器等，提供一個單純銃一的環(huán)境，可以快速的編輯、仿真和調(diào)試程序。通過μVision4 的工具條，就可以實現(xiàn)絕大多數(shù)調(diào)試和編輯的功能。

2.2 LCD菜單顯示需求分析

圖2 LCD顯示菜單的空閑界面Fig.2 The idle screen of LCD display menu

根據(jù)該系統(tǒng)菜單的設(shè)計，LCD屏幕分四行顯示，每行可以允許顯示8個漢字字符，16個英文字符，如圖2所示第一行是狀態(tài)欄，顯示感應(yīng)器注冊、通信模塊信號量和電池電量，其他三行根據(jù)不同場景顯示不同的內(nèi)容，所有設(shè)置項目分三級菜單。

2.3 LCD菜單顯示原理

菜單顯示設(shè)計主要分為按鍵處理和菜單窗口兩部分.主要原理是在主程序中設(shè)置一個按鍵處理程序，各菜單窗口利用統(tǒng)一的按鍵接口函數(shù)對按鍵處理程序中的按鍵函數(shù)指針進行重定向設(shè)定，使得按鍵處理程序能夠指向各菜單窗口。每次按鍵操作完畢，均回到主程序。

2.3.1 菜單窗口實現(xiàn)方法

除狀態(tài)欄外，將其他所有需要顯示的菜單內(nèi)容窗口化，即空閑窗口，第一級菜單窗口，第二級菜單窗口，第三級菜單窗口，之外還需要增加提示窗口。以窗口為單位來顯示，可以簡化進入、返回操作的處理。細化窗口下的顯示，即將每個窗口分為三行顯示，每行的顯示內(nèi)容根據(jù)上級窗口的ID來定義。為每個窗口配置一個按鍵處理回調(diào)函數(shù)，在收到按鍵中斷后，交由回調(diào)函數(shù)處理當(dāng)前的窗口上的回調(diào)函數(shù)。

2.3.2 行顯示實現(xiàn)方法

顯示行的類型應(yīng)該分為可編輯字符型，可編輯密碼型和不可編輯類型。行的顯示是包含在窗口中的，需要為窗口創(chuàng)建一個顯示行的棧，或者是一個顯示數(shù)組，用來支撐列表式的顯示方式。

2.3.3 窗口進入、退出規(guī)則

如圖3所示，為空閑界面下進入其他菜單的處理規(guī)則，其他窗口的處理于此類似。所有非編輯窗口都做超時處理，超時后都要返回到空閑界面。窗口返回時，返回到上一窗口的進入位置。

2.3.4 窗口具體實現(xiàn)方法

包含空閑窗口在內(nèi)，整個界面的窗口顯示共有4個窗口。空閑窗口應(yīng)該為程序的常駐窗口，即開機后空閑窗口的顯示數(shù)據(jù)就會一直存在于RAM中，其余窗口則是根據(jù)按鍵事件的處理來創(chuàng)建和銷毀。由于無法做到動態(tài)內(nèi)存分配，所以窗口的銷毀并不會帶來內(nèi)存的釋放，而只是數(shù)據(jù)清除。每一級的窗口顯示列表根據(jù)菜單樹分級的定義應(yīng)該為一固定值，并為每一個項目條標(biāo)記一個ID，用作循環(huán)顯示以及作為類型標(biāo)記，如圖4所示。每個顯示窗口都包含3個顯示行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來為每次屏幕刷新提供數(shù)據(jù)。每個按鍵設(shè)有專門的程序處理入口。

3 系統(tǒng)運行結(jié)果

在新唐NUC100上和HTM13264的硬件平臺上，實現(xiàn)了LCD多級菜單的顯示，參數(shù)設(shè)置及存儲功能。上電初始化屏幕之后，顯示的空閑屏幕。通過輸入不同的密碼進入不同的菜單窗口，當(dāng)輸入正確的安防密碼之后，進入安防設(shè)置界面，如圖5所示；當(dāng)輸入正確的設(shè)置密碼之后，進入操作設(shè)置界面，如圖6所示。以上兩個不同的窗口下，都可以通過上下鍵，移動光標(biāo)，實現(xiàn)翻屏顯示；通過確定鍵進入下一級菜單；通過返回鍵返回上一級菜單出口或者直接退出到空閑界面。

圖3 空閑界面窗口的進入退出規(guī)則Fig.3 The enter and exit rules of the idle interface window

圖4 菜單條標(biāo)記Fig.4 Mark an ID for each menu item

圖5 安防設(shè)置界面

Fig.5 Arm or disarm setting interface

圖6 操作設(shè)置界面Fig.6 Operation setting interface

設(shè)置參數(shù)時，通過上下鍵和確認鍵選擇要設(shè)置的參數(shù)，不可編輯類型，如安防設(shè)置窗口，直接按下確定鍵設(shè)置?？删庉嬜址?，如短信或者電話號碼設(shè)置，在進入設(shè)置界面之后，通過上下鍵和確定鍵進入電話號碼設(shè)置界面，通過上下鍵選擇要編輯的菜單項，此時，按下*號鍵，進入編輯界面，如圖7所示，通過鍵盤上4*4的鍵盤矩陣，輸入大小寫字符及數(shù)字，按下確定鍵，即可保存輸入的數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖7 電話號碼編輯界面Fig.7 Phone number editing interface

實驗結(jié)果表明，LCD菜單屏顯示界面簡潔美觀，和鍵盤交互操作方便快捷。LCD菜單的顯示程序按模塊化設(shè)計，不受其他模塊程序等其他任何程序的影響。增加鍵盤有效性檢查，視誤操作為無效操作，保持在當(dāng)前窗口，減少了用戶的操作量；當(dāng)無線安防警報系統(tǒng)功能擴增時，LCD模塊程序的結(jié)構(gòu)不變，有利于功能擴展。

圖8 電話號碼設(shè)置界面Fig.8 Phone number setting interface

4 結(jié)束語

介紹了多級菜單新的設(shè)計模式，仿照棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使菜單設(shè)計變得更為簡單方便，軟件維護更容易.為每個菜單窗口配置一個按鍵處理回調(diào)函數(shù)，產(chǎn)生按鍵中斷后，交由回調(diào)函數(shù)去處理當(dāng)前窗口上的按鍵反應(yīng)。通過安防警報系統(tǒng)實現(xiàn)的實際應(yīng)用表明，以上方法是切實有效的。同時，這些方法也為其他控制系統(tǒng)的多級菜單設(shè)計提供了參考和選擇。

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Design of LCD display menu based on wireless alert system

WU Yuan-yuan
（School of Computer Science and Communication Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）

In order to realize the data input，display，storage and other screen display functions of Wireless Alert System，an intercrossing LCD multilevel screen menu design method based on 4 * 4 keyboards is presented.Combined with the dot matrix LCD module HTM12864，the MCU based on ARM? Cortex?-M0 core is designed as the main control chip for the system，which is realized by C programming language.Menu data items and menu function are designed separately.Make the windowing menu display and configure a key-handling callback function for each window to switch the window.The system implementation result shows that the method is simple，less memory space is taken up and the operation interface is convenient，achieve the purpose of the method.

LCD display module；keyboard interaction；alert system；multilevel menu design

TN87

A

1674-6236（2014）11-0118-03

2014-03-12 稿件編號：201403140

國家自然科學(xué)基金資助項目（61005017）

吳園圓（1988—），女，浙江建德人，碩士。研究方向：智能家居、無線安防報警系統(tǒng)。