多路多段智能温度控制器的人机界面设计

李亚东，管功湖，陈中号，郑嘉鹏，毛　俊，黄璟辉

（台州学院　数学与信息工程学院，　浙江　临海　317000）

多路多段智能温度控制器的人机界面设计

李亚东，管功湖＊，陈中号，郑嘉鹏，毛俊，黄璟辉

（台州学院数学与信息工程学院，浙江临海317000）

针对多路多段智能温度控制器的控制和设置的参数较多、人机交互操作较为繁杂等问题，提出以Atmega128单片机作为控制核心，由键盘和LCD 19264显示器等组成的人机界面系统，该界面采用中文菜单方式进行参数设置和显示。实验表明，设计的人机界面易于用户操作，交互友好，且运行稳定。

温度控制器；人机界面；LCD 19264显示器；Atmega128单片机

数字化、智能化和多功能化是温度控制仪表的发展趋势。随着微型计算机技术的深入发展，国内外以微控制器为核心的各类温度控制仪表正被广泛应用［1-2］；针对目前温度控制仪表控制功能的单一性，研发多功能可编程的智能温度控制系统显得必要而有意义。用户通过编程，可灵活方便实现温度时间的智能控制，同时扩大了应用范围，可广泛应用于温度与时间变化的场合，如电炉、烘箱、注塑、食品加工、金属热处理、染色、酚醛模塑料固化、茶叶自动炒制等。

在研制以Atmega128单片机为核心的多路多段智能温度控制器的过程中，主要实现多路温度控制、单路多段温度控制及多路多段温度控制等功能，因需要控制和设置的参数较多，使人机交互操作变得繁杂。为能获得一个友好的人机交互界面，设计由键盘和LCD19264F显示器等组成的人机界面，采用中文菜单方式进行参数设置和显示，方便用户操作，能直观地进行控制参数设置，查看工作状态等，完成复杂参数的输入和控制信息的显示。

1　工作原理

1.1人机界面组成

多路多段智能温度控制器的人机界面组成如图1所示。主要由单片机、LCD液晶显示器、实时时钟芯片、键盘等组成。单片机采用Atmega128，实时时钟使用DS1307芯片，显示器则使用LCD19264F液晶显示器［3-4］。同时设计串口通信接口，通过它连接PC机，可利用PC的强大功能，确保人机界面良好的交互性。

图1　人机界面组成Fig.1 The man-machine interface com position

1.2LCD19264F液晶显示器

人机界面中的液晶显示器使用LCD19264F，它是点阵绘图型液晶显示模块，主要由192×64点阵液晶显示器LCD与低功耗LED背光组成。LCD19264F由两个ST7920芯片控制，每屏可显示12×4排汉字。内置8192个16×16点的中文字型以及126个16×8点半宽的字母符号型，另外提供64×256点的绘图区域GDRAM以及240点的ICON RAM，可以使文字和图形混合显示。而且ST7920内含CGRAM，提供8位并口、4位并口和串口三种与微处理器连接方式。

LCD19264F液晶模块点阵数为192×64，分为上下半屏显示，对上下半屏读写操作时通过E1/E2引脚区分。LCD19264F液晶模块的引脚如表1所示，其汉字显示坐标如表2所示。

表1　液晶模块引脚Table 1 The pins of LCD

表2　汉字坐标Table 2 The coordinates of Chinese characters

2　硬件电路设计

控制器人机界面硬件电路如图2所示。主要由Atmega128单片机、4×5键盘和LCD19264F液晶显示器等组成。

键盘电路采用4×5矩阵键盘，包括0～9、ALM、上、下、左、右等按键。键盘的实现是采用逐行扫描原理，通过调用读取键盘值的按键程序，将会返回当前按下的键值。具体实现是通过不断循环给出低四位PB0～PB3中某一位的低电平，然后读取高位PB4～PB7、PF7电平的状态确定键值。为消除抖动，采用两次延时扫描键值，如果相同则返回该键值，否则返回N。

液晶显示电路使用PA口作为数据接口，使用PG口控制读写。可以使用引脚PF6对液晶背光开关控制，同时使用电位器调节背光亮度。利用Atmega128的可编程串口USART0，通过MAX232芯片构成RS-232接口电路［5］，实现与PC机通信。

图2　人机界面硬件电路Fig.2 The hardware circuit of the man-machine interface

3　软件设计

AVR单片机Atmega128拥有128KB的系统可编程Flash、4KB EEPROM可用于保存设置参数、53个可编程引脚等。使用配套开发工具，采用高级编程语言C语言［6-7］，采取模块化程序设计方法，把程序划分成主程序模块和各子程序功能模块，方便开发和调试。

采用中文菜单方式设置和显示控制参数，控制器共使用了9个显示界面，如表3所示，表中列举了每一个界面的名称和所完成的功能。

表3　显示界面列表Table 3 The list of the displayer interface

操作界面切换程序流程如图3所示，其中M=（1、2、3、4）为4路温度控制。

图3　操作界面切换程序流程图Fig.3 The program flow chart of the operate interface

设计的主要显示界面如图4所示，图4（a）是首页界面，主要显示系统时间、4路温度控制状态及控制操作选择。选中其中一路温度控制如T1，按下ENT按键后，就可以进入如图4（b）所示的T1温度控制详细设置界面，它显示当前T1路控制的温度、设定的目标温度、状态和运行时间，其下方有编辑、运行、暂停和重置4个功能操作。选择编辑功能操作，可对T1路温度的12段控制温度和时间进行设置，包括升温时间、恒温时间和对应的温度，如图4（c）所示。图4（d）是系统时间设置界面。

图4　显示界面Fig.4 The interface of displayer

控制器同时具有和上位机通信的功能，PC机可通过串口发送控制器的运行命令和控制参数，亦可接收控制器的运行状态和控制参数。在上位机使用Java开发JFrame的窗体应用程序［8］，便于用户进行参数设置和控制状态查看。

4　结束语

设计的多路多段智能温度控制器人机界面，硬件电路采用LCD19264F液晶显示器和按键模块等构成。软件设计时采用中文菜单显示方式，很好地解决因需要设置和显示的参数过多难以实现的问题。实验结果表明，设计的人机界面易于用户操作，交互友好，且运行稳定。

［1］高金凤,王清辉,谷利飞,等.基于AVR单片机的热处理电阻炉智能温度控制系统设计［J］.热处理技术与装置,2010（12）:47-50.

［2］王军.基于ARM的多路智能温度控制器的设计与研究［D］.无锡：江南大学,2011.

［3］陈华珍,夏国清.基于DS1307的可调实时时钟系统设计［J］.开发案例,2010（9）:182-186.

［4］韦永办.图形LCD模块的菜单方式人机交互界面［J］.单片机与嵌入式系统应用,2002（11）:32-42.

［5］潘方.RS 232串口通信在PC与单片机通信中的应用［J］.现代电子技术,2012（13）:69-71.

［6］王志超.单片机C语言编程技巧在嵌入式系统开发中的研究［J］.宜春学院学报，2006（2）:73-75.

［7］葛辉,周香珍.基于单片机的人机交互系统设计［J］.信息科技,2011（24）:86.

［8］丁振凡,王小明,邓建明,等.基于Java的串口通信应用编程［J］.微型机与应用，2012（13）:84-86.

The General Transform of Curved Surface and the Intersectional Angle of Two Directions

DING Youxiang，MOU Jinping，LIN Jiongyi
（School of Mathematics and Information Engineering，Taizhou University,Linhai 317000，China）

Based on a formula of intersectional angle of two direction angles in a surface,the varying rule of the angle under the transform is proposed by analyzing the relations among the general transform,isometric transform and conformal transformation.In addition,two necessary and sufficient conditions can be derived from isometric transform and conformal transformation.

curved surface;coordinate curve;angle formula；transform

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2016.03.002

（责任编辑：耿继祥）

2016-04-21；

2016-05-10

简介：管功湖（1968-），男，浙江临海人，副教授，硕士，主要从事微机控制及智能信息修理研究。