魏海波，梅建偉，黃斌偉

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北十堰 442002）

0 引言

觸摸屏作為科技發(fā)展下人機(jī)交互的重要組成單元，能夠控制設(shè)備運(yùn)行，監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，直觀地呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，因此在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用[1-3]。通過配套上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)行有針對(duì)性地開發(fā)，通過串口、網(wǎng)口等接口形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，配合其他控制器構(gòu)建完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)帶來實(shí)時(shí)性高的友好人機(jī)交互界面[4-6]。

在觸摸屏的開發(fā)過程中，一般涵蓋了控制和監(jiān)測(cè)兩大基本功能單元。其中控制又包括基本的按鍵控制與參數(shù)設(shè)定功能。涉及到按鍵控制，一般情況下都要考慮到使用過程中存在的誤操作等因素，需要添加自鎖、互鎖等措施來降低誤操作帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。對(duì)于虛擬按鍵而言，相較之實(shí)體按鍵，具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)：實(shí)體按鍵可以在任意時(shí)刻被操作，如果沒有限制性措施，極易引發(fā)不可預(yù)料的事故；虛擬按鍵作為觸摸屏上配套的一種功能組件，能夠利用其他的措施對(duì)按鍵的操作是否生效進(jìn)行預(yù)評(píng)估，使其在不能操作時(shí)被鎖死，進(jìn)而降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中的一般性生產(chǎn)操作人員而言，具有十分重要的意義。

1 按鍵設(shè)計(jì)

臺(tái)達(dá)DOP-105CQ觸摸屏是臺(tái)達(dá)DOP100系列產(chǎn)品中的一款，該系列產(chǎn)品是在早期觸摸屏產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過不斷升級(jí)、改進(jìn)并融入了許多新功能，使得觸摸屏的功能（功能部件、接口形式）更加豐富。其配套開發(fā)軟件DOPSoft版本目前已經(jīng)迭代升級(jí)至DOPSoft4.00.11。軟件繼承了早期軟件的離線仿真功能，通過對(duì)離線仿真運(yùn)行結(jié)果分析，就能驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的功能是否達(dá)到預(yù)期[9]。

按鍵作為觸摸屏上重要的控制模塊，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行起到控制作用。觸摸屏按鍵組件中常用的有設(shè)ON、設(shè)OFF、保持型、交替型4種按鍵。其基本情況如表1所示。

表1 四種常見功能按鍵說明一覽表

客戶對(duì)按鍵部分有明確要求：能夠?qū)Π存I狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。按照客戶的要求，開發(fā)過程中對(duì)按鍵的類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體信息如表2所示。

表2 按鍵功能要求及設(shè)計(jì)類型一覽表

在分析的基礎(chǔ)上開展了按鍵控制頁面的設(shè)計(jì)，整體效果如圖1所示。由圖可知，通過對(duì)按鍵內(nèi)文的設(shè)置，能夠從按鍵中的文字直接獲取當(dāng)前每個(gè)按鍵的實(shí)時(shí)狀態(tài)，以便于掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。相較之傳統(tǒng)的采用按鍵配合指示燈來實(shí)現(xiàn)的方案，不僅具有更加直觀的顯示效果，而且節(jié)省了按鍵及指示燈的硬件開支，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 按鍵界面設(shè)置整體效果

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏按鍵互鎖分析

若自動(dòng)/手動(dòng)模式、手動(dòng)窗開窗/關(guān)窗動(dòng)作無相互約束條件，在生產(chǎn)過程的任意時(shí)間均能對(duì)所有按鍵進(jìn)行操作，極易發(fā)生生產(chǎn)事故（可能是工藝事故，也可能是產(chǎn)品事故）[10]。必須設(shè)定約束條件對(duì)前述按鍵進(jìn)行互鎖限制。通過分析，進(jìn)入自動(dòng)模式的必要條件：所有手動(dòng)設(shè)備全部處于停止?fàn)顟B(tài)；進(jìn)入手動(dòng)模式的必要條件：自動(dòng)模式下手動(dòng)/自動(dòng)按鍵就緒，按鍵操作后能夠使系統(tǒng)切入手動(dòng)模式。同樣的，手動(dòng)模式下的開窗/關(guān)窗按鍵不能同時(shí)操作，即在執(zhí)行開窗操作時(shí)關(guān)窗按鍵被禁止，在執(zhí)行關(guān)窗操作時(shí)開窗按鍵被禁止。因此必須通過一定的手段對(duì)這些虛擬按鍵進(jìn)行激活與禁止，從而避免實(shí)體按鍵無法避免的同時(shí)操作的問題。

2.2 觸摸屏寄存器設(shè)置

臺(tái)達(dá)觸摸屏內(nèi)部配置了豐富的寄存器，技術(shù)研發(fā)人員可以靈活使用這些寄存器，配合組件共同開發(fā)功能。在進(jìn)行按鍵設(shè)置時(shí)，需要對(duì)使用到的寄存器進(jìn)行預(yù)分配。按鍵使用寄存器中的1位來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于預(yù)先設(shè)計(jì)的10個(gè)按鍵，僅1個(gè)寄存器（寄存器是以字為基本單位，1個(gè)字包含16個(gè)位）即可完成分配。但是考慮到需要對(duì)按鍵進(jìn)行互鎖控制，而且宏程序?qū)τ谖坏闹С钟邢?，使得如果采用單個(gè)寄存器進(jìn)行不同位設(shè)置再去處理互鎖信息的話，會(huì)導(dǎo)致程序量大且復(fù)雜。因此，僅利用不同寄存器的最低位作為任意按鍵的設(shè)置地址，這樣對(duì)于寄存器就只有‘0’和‘1’兩個(gè)值，通過對(duì)寄存器的簡(jiǎn)單處理，完美地替代了只使用一個(gè)寄存器的多個(gè)位產(chǎn)生的邏輯處理復(fù)雜的問題。臺(tái)達(dá)觸摸屏對(duì)于按鍵配置有“生效位”：當(dāng)配置的該位處于無效狀態(tài)時(shí)，按鍵操作無效；當(dāng)處于有效狀態(tài)時(shí)，按鍵操作生效。圖2和表3所示即為按鍵內(nèi)部寄存器以及生效位地址配置。

表3 按鍵及控制地址設(shè)置一覽表

圖2 按鍵組件生效位

通過對(duì)$39寄存器位地址的置位、復(fù)位邏輯判斷控制，即可完成手動(dòng)/自動(dòng)模式以及手動(dòng)窗開窗/關(guān)窗的嵌套式兩級(jí)互鎖控制。具體程序見后續(xù)的宏程序[11-12]小節(jié)之畫面Cycle宏程序內(nèi)容。

2.3 觸摸屏宏程序設(shè)計(jì)

2.3.1 Initial宏程序

系統(tǒng)上電后應(yīng)該處于明確的初始狀態(tài)：系統(tǒng)處于手動(dòng)模式，且所有手動(dòng)設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣可以操作各手動(dòng)設(shè)備工作；同時(shí)手動(dòng)/自動(dòng)按鍵應(yīng)該具備從手動(dòng)模式切換到自動(dòng)模式的能力。根據(jù)以上分析，需要對(duì)設(shè)置的10個(gè)按鍵分別進(jìn)行初始化處理。初始化內(nèi)容如下：

$20=0 //手動(dòng)模式

$21=0 //手動(dòng)加濕停止

$22=0 //手動(dòng)除濕停止

$23=0 //手動(dòng)風(fēng)扇停止

$24=0 //手動(dòng)1窗開窗停止

$25=0 //手動(dòng)1窗關(guān)窗停止

$26=0 //手動(dòng)2窗開窗停止

$27=0 //手動(dòng)2窗關(guān)窗停止

$28=0 //手動(dòng)3窗開窗停止

$29=0 //手動(dòng)3窗關(guān)窗停止

2.3.2 按鍵畫面Cycle宏

對(duì)于手動(dòng)/自動(dòng)模式的互鎖，涉及到所有手動(dòng)按鍵的狀態(tài)。當(dāng)所有手動(dòng)設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)才能切換到自動(dòng)模式。亦即所有手動(dòng)按鍵配置寄存器的值均為0時(shí)才能啟動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)按鍵進(jìn)入自動(dòng)模式。只要不斷地檢測(cè)這些值的狀態(tài)，就能提供相應(yīng)的生效依據(jù)。循環(huán)檢測(cè)宏程序內(nèi)容如下：

$30=0 //配置$30寄存器并清零

$30=$30+$21 //累計(jì)手動(dòng)加濕運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$22 //累計(jì)手動(dòng)除濕運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$23 //累計(jì)手動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$24 //累計(jì)手動(dòng)1窗開窗運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$25 //累計(jì)手動(dòng)1窗關(guān)窗運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$26 //累計(jì)手動(dòng)2窗開窗運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$27 //累計(jì)手動(dòng)2窗關(guān)窗運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$28 //累計(jì)手動(dòng)3窗開窗運(yùn)行狀態(tài)

$30=$30+$29 //累計(jì)手動(dòng)3窗關(guān)窗運(yùn)行狀態(tài)

IF$30==0 //所有設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)

BITON$39.0 //手動(dòng)/自動(dòng)按鍵生效位激活

ELSE //有設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)

BITOFF$39.0//手動(dòng)/自動(dòng)按鍵生效位禁止

ENDIF

對(duì)于手動(dòng)窗開窗/關(guān)窗的互鎖，涉及到手動(dòng)/自動(dòng)模式以及開窗或者關(guān)窗按鍵。只有處于手動(dòng)模式下當(dāng)開窗/關(guān)窗按鍵處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，才能驅(qū)動(dòng)關(guān)窗/開窗按鍵進(jìn)行操作。3個(gè)手動(dòng)窗功能相同，只是在地址位設(shè)置上有所差異，這里僅給出手動(dòng)1窗的循環(huán)宏程序內(nèi)容：

$31=0 //配置$31寄存器并清零

$31=$31+$20//累計(jì)手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

$31=$31+$25//累計(jì)手動(dòng)1窗關(guān)窗狀態(tài)

IF$31==0 //1窗關(guān)窗停止?fàn)顟B(tài)

BITON$39.1//1窗開窗按鍵生效位激活

ELSE //不滿足狀態(tài)要求

BITOFF$39.1//1窗開窗按鍵生效位禁止

ENDIF

$32=0 //配置$32寄存器并清零

$32=$32+$20 //累計(jì)手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

$32=$32+$24 //累計(jì)手動(dòng)1窗開窗狀態(tài)

IF$32==0 //1窗開窗停止?fàn)顟B(tài)

BITON$39.2 //1窗關(guān)窗按鍵生效位激活

ELSE //不滿足狀態(tài)要求

BITOFF$39.2//1窗關(guān)窗按鍵生效位禁止

ENDIF

3 仿真測(cè)試

通過對(duì)按鍵設(shè)置以及宏程序設(shè)計(jì)，按鍵控制已經(jīng)具備設(shè)定的互鎖功能。利用DOPSoft軟件自帶的脫機(jī)模擬測(cè)試功能模擬實(shí)物的功能測(cè)試。

首先對(duì)編寫的宏程序進(jìn)行編譯，編譯有問題時(shí)會(huì)出現(xiàn)提醒，并定位至程序異常位置處。編譯通過后當(dāng)前的設(shè)計(jì)內(nèi)容就可以實(shí)現(xiàn)模擬離線測(cè)試以及通過USB將設(shè)計(jì)內(nèi)容下載至觸摸屏等操作。打開離線測(cè)試功能，軟件運(yùn)行完后跳轉(zhuǎn)至仿真畫面，通過鼠標(biāo)對(duì)按鍵的操作可以模擬在觸摸屏上人手的按鍵操作。其功能測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，進(jìn)入仿真測(cè)試畫面后，系統(tǒng)處于手動(dòng)就緒狀態(tài)，如圖3（a）所示，此時(shí)所有按鍵均處于激活有效狀態(tài)下。當(dāng)按下手動(dòng)/自動(dòng)按鍵后，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制狀態(tài)，如圖3（b）所示，此時(shí)所有的手動(dòng)按鍵均被封鎖，即使操作亦無反應(yīng)。同樣的，當(dāng)再次按下手動(dòng)/自動(dòng)按鍵后，系統(tǒng)返回到手動(dòng)控制狀態(tài)，所有手動(dòng)設(shè)備均能夠獨(dú)立運(yùn)行，且任意窗的開窗與關(guān)窗不能同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。在所有設(shè)備沒有處于停止?fàn)顟B(tài)下，系統(tǒng)無法切換至自動(dòng)狀態(tài)，如圖3（c）所示。測(cè)試結(jié)果與預(yù)期的指標(biāo)相同，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)任務(wù)。

圖3 DOPSoft按鍵離線狀態(tài)功能測(cè)試

4 結(jié)束語

本文給出了臺(tái)達(dá)觸摸屏按鍵嵌套式互鎖的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。通過按鍵組件的生效位應(yīng)用，配合宏程序編程，完成了多按鍵下的手動(dòng)/自動(dòng)以及手動(dòng)設(shè)備二級(jí)互鎖設(shè)計(jì)，從而有效地預(yù)防因操作人員操作失誤帶來的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。文中給出的設(shè)計(jì)方案，可以通過適當(dāng)?shù)男薷囊浦驳筋愃朴|摸屏按鍵設(shè)計(jì)過程中，具備較好的參考價(jià)值。