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        串口觸摸屏的設計與實現(xiàn)

        2023-08-23 08:19:04吳艷玲周巖王志剛章良芳
        電子制作 2023年14期
        關鍵詞:功能

        吳艷玲,周巖,王志剛,章良芳

        (河北漢光重工有限責任公司,河北邯鄲,056017)

        0 引言

        可編程觸摸鍵盤在多功能標準顯控臺上的應用已經非常普遍,且可編程觸摸鍵盤的銷售情況比較樂觀,為拓展產品的功能、打破產品中的技術壁壘,在原來型號可編程觸摸鍵盤的結構尺寸基礎上,通過更換軟件運行平臺、調整設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可編程觸摸鍵盤應用于各標準臺上,銷售前景良好。

        1 產品組成和工作原理

        ■1.1 產品組成

        可編程觸摸鍵盤的組成包括結構組件、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接口插座;

        (4)結構件包含面板、后框架組成。

        ■1.2 產品工作原理

        產品工作原理圖如圖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

        該設備具備兩組對外接口,分別為RS232串口信號及電源接口、USB調試接口。當調試時,可編程觸摸鍵盤通過USB調試接口進行調試。當正常工作時,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信號線纜與LED顯示屏的輸入接口相連接,實現(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:通過對外接口的XS1外部電源與核心主板的輸入接口XP2相連接,實現(xiàn)外部供電;W4線纜:通過對外接口的XS1外部電源與電阻屏的主控板相連,實現(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 實現(xiàn)串口通訊;W7線纜:外部主機與核心主板XP6相連,實現(xiàn)通信;W8線纜:核心主板接口XP7與對外接口的XS1相連接 ,實現(xiàn)復位。

        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)接收上位機發(fā)送的控制指令,解析報文并將報文中的圖形、文字等信息轉化為顯示信號;

        (2)接收觸摸屏指令,并判定觸摸位置是否符合要求;

        (3)與上位機進行實時交互,完成設備的在線診斷等故障診斷功能。

        2 軟件設計

        軟件驅動設計支持Vxworks、道系統(tǒng)版本6.0、中標麒麟操作系統(tǒng)4.0、Vxworks及Windows XPE操作系統(tǒng)。

        可編程觸摸鍵盤可通過RS232接口與主機相連,主機通過應用程序發(fā)送指令,指令通過可編程觸摸鍵盤的驅動程序傳遞報文至核心控制板,核心控制板解析主機發(fā)送的報文,并將報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用程序;

        (2)設備驅動程序;

        (3)中間件程序;

        (4)上位機應用程序。

        ■2.2 協(xié)議要求

        (1)以通用軟件開發(fā)規(guī)范為準則;

        (2)采用容錯、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、模塊化結構設計方法。

        ■2.3 開發(fā)工具的選用

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

        ■2.4 底層應用軟件的開發(fā)

        可編程觸摸鍵盤的軟件開發(fā)采用基于優(yōu)先級的搶占式多任務調度策略;使用二進制信號量來實現(xiàn)任務間的同步與互斥;使用消息隊列和管道來實現(xiàn)任務間的通訊;編程語言使用C/C++程序設計語言,采用雙緩存技術進行圖形繪制、圖片處理功能的開發(fā);應用軟件可以根據(jù)需要進行擴充修改。

        3 底層應用軟件的實現(xiàn)

        可編程觸摸鍵盤具有強大的作圖和顯示功能,能夠實時、直觀、準確地獲取豐富的系統(tǒng)狀態(tài)和目標信息;能夠實時進行故障定位,并向用戶實時反饋可編程觸摸鍵盤的運行狀態(tài)。它將兼容了原有可編程觸摸鍵盤應用軟件的所有功能。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類的實例,及通信線程的具體實現(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設置按鍵等功能的部分代碼在QT開發(fā)環(huán)境下具體實現(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。首先設置串口參數(shù),如:波特率,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗位,停止位,數(shù)據(jù)控制流控制,再設置串口號,打開串口等功能。實現(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)實現(xiàn)輸入的字符是否是中文;void TouchKey_CharShow(QPainter *p,CPTKButton*pPTKBtn)實現(xiàn)按鍵字符在哪個頁碼上顯示按鍵。

        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)域等屬性的設置,實現(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 結論

        可編程觸摸鍵盤在日常生產生活中已經推廣使用了很多年,隨著觸摸屏技術的日趨完善, 其可靠性和壽命都得到了大幅提高,在船舶自動化領域中具有觸摸功能的人機界面類產品數(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,詳細講解了該模塊開發(fā)的軟件設計,對軟件的設計原則、軟件環(huán)境、軟件組成和軟件功能,對每一個實現(xiàn)的類進行一一分析研究。在原JW06105型可編程觸摸鍵盤的結構尺寸基礎上,通過更換軟件運行平臺、調整設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用于各標準臺上,銷售前景良好。本文采用串口通信接口方式,在 Qt環(huán)境下實現(xiàn)了可編程觸摸鍵盤應用程序的開發(fā)。

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