一种基于LCD的动态压力校准方法的实现

陈满妮　李秋生　卢　清　蔡　岗

（1．赣南师范大学科技学院数学与信息科学系，江西 赣州 341000；2．赣南师范大学物理与电子信息学院，江西 赣州 341000；3．赣南师范大学科技学院，江西 赣州 341000）

一种基于LCD的动态压力校准方法的实现

陈满妮1李秋生2卢清2蔡岗3

（1．赣南师范大学科技学院数学与信息科学系，江西 赣州 341000；2．赣南师范大学物理与电子信息学院，江西 赣州 341000；3．赣南师范大学科技学院，江西 赣州 341000）

针对仪器长期使用磨损导致测量精度下降的问题，该文利用键盘和液晶显示器构成的友好人机交互功能，采用折线插值算法，设计了一个条理清晰、结构简单的动态压力校准菜单。在介绍不带字库的液晶显示汉字、字符、图片及动画等各要素的原理和实现方法的基础上，重点讨论了传感器非线性校准—折线插值算法的原理及设计实现过程，并借助数据结构中树的模型阐述了结构化菜单的设计思路及设计方法。实际项目应用表明，该动态压力校准方法比普通一键归零压力校准方法具有更强的适应能力和较高的实用价值。

液晶；折线插值算法；动态压力校准；结构化菜单

0.引言

目前，国内外许多先进的智能仪器、仪表在测量精度和采样速率等方面有较高的性能指标，同时在人机交互的友好性方面也有许多独特之处。人机对话接口是实现操作人员与工业设备之间进行信息交流的桥梁，在很多场合下，良好的图形用户界面（GUI）和良好的操作环境将会为新产品的顺利诞生产生意想不到的效果。自20世纪以来，传感器的动态校准逐渐成为计量测试领域中较为活跃的课题，国内对此研究虽然起步较晚，但也逐渐取得了许多令人满意的成果。目前主要的动态压力定性校准方法有：激波管法、落锤、快开阀法和正弦压力发生器法及气动冲击法。北京理工大学的方继明和张训文通过对平台压力发生器法和离散式正弦压力发生器法的性能分析，证明它是一种较理想的应用校准方法，属于定量压力校准。

目前大部分的压力测量系统都具有校准功能，但一般就一个简单归零按钮，内部固化了出厂时的校准数据，但长期的使用将导致仪器磨损，原来固化的校准数据往往已不符合现阶段的校准要求，从而导致测量不准确等问题。随着液晶显示器的普及和微处理器系统向高速度和大容量方向发展，嵌入式系统的人机交互功能得到了显著的提高。因此，设计一种动态获取校准数据，实现仪器实时校准的人机交互结构化菜单已成为当今国内外工业智能仪器生产厂商的迫切需要。本文基于一款不带字库的SO-LCM12864液晶显示模块，采用应用折线插值算法，设计了一个动态存取校准数据，从而实现动态压力校准功能的人机交互菜单。

1. LCD液晶显示器

目前，用于显示功能的电子产品很多，常用的有液晶LCD和数码管LED。尽管数码管LED显示方便且结构简单，但是功能单一，无法满足大容量、复杂的显示要求。而LCD12864的分辨率达到了128×64，对于8×16的字符可以显示128个字符，而对于16×16的字体可显示32个汉字，基本能够满足大部分设备的显示要求。SO-LCM12864是一款128×64点阵的液晶显示模块，不带中文字库，如果要显示中文菜单则必须在程序中包含相关的中文字库代码。反显，是液晶显示器常用的一种显示功能。普通情况是白底黑字显示，而反显是黑底白字显示。反显的效果在菜单的浏览及选择时会非常直观，反显的一行即为当前有效行，可对其进行子菜单操作。

采用取模软件，则可将字模信息还原成相应的字符、汉字或图像。在字模软件的文字编辑区输入要取模的内容，若为汉字，则获取16×16点阵代码；若为字符或数字，则获取8×16点阵代码。图片的显示也是一样的，图片的显示模式可以根据尺寸的不同大小进行取模，从而实现全屏显示、部分小屏显示和图文同屏显示等等。动画的显示可通过giftool动画制作工具把一个动画进行取帧，从而获得其不同状态下的静态图片，然后按照静态图片显示方法，让动画静态图片按取帧的先后顺序进行短暂的延时显示，即可观察到动画效果。

2.折线插值算法

由于大部分传感器并非都是纯线性的，或多或少都存在一定的非线性性，即被测物理量与转换后的数字量之间不是严格的线性关系。为了减小测量误差，需对仪器进行标定。如果要对每一个测量值进行标定是不现实的，而实际可行的标定方法是：在被测物理量的检测范围内，按规律选取若干个检测点进行标定，而未标定到的点则通过判断它所处的标定区间，在该区间上近似为线性关系，从而推出对应关系。本文的压力测试实验是测试孕妇宫缩的压力，压力范围较小，所以选择的标定范围为0～500g，系统设计采用的是10位的ADC，进行了11点的均匀标定操作。

标定的其中一个量叫被测物理量yi（i=0，1，2，……，n）的大小，另一个量是对应的A/D转换结果xi（i=0，1，2，……，n）的大小。实际测量的时候先将输入信号A/D值和A/D转换结果进行比较，找到该值的所在区间，然后根据区间端点（xi，yi）与（xi+1，yi+1）求出对应的直线方程，最好得出当前信号A/D值所对应物理量（压力）的准确值。实际函数关系y=f（x），插值函数关系y=g（x）。用直线方程y=g（x）来逼近实际曲线方程y=f（x）的方法就是折线插值算法的核心思想。试验中区间端点间隔取的是固定值，原因是实验使用的是FSS1500NSB触力传感器，它由美国Honeywell公司所生产，其线性度良好，所以采用均匀分布来标定仪器是可行的。

3.动态压力校准实现

3.1结构化菜单设计思路

在设计菜单之前，应先对系统的功能和要求进行合理的规划，分析各项功能及其隶属关系，这样设计出来的菜单称之为结构化菜单。采用数据结构中树的模型来分析结构化菜单中的各级子菜单之间的关系：一级菜单可视之为树根，二、三级菜单可视之为子孙节点，同级菜单则视之为兄弟节点。对于本压力采集系统的嵌入式程序设计，采用的是状态标志跳转方法来实现。通过模式键进行菜单浏览，而反显行表示当前选中的可操作项，需进入对应的子菜单按确定键。

3.2动态压力校准实现

系统采用按键模块和液晶显示模块组成友好的人机交互界面。其中按键模块由5个按键构成，分别是：模式键、确定键、向上键、向下键和定位键。首先通过模式键和确定键选择进入压力校准（Load_Cal）菜单，即压力校准界面，此时压力的AD值在LCD上不停地刷新，然后通过定位键反显提示和确定键标定这11个校准点，若指定点校准成功，即AD值已成功写入到EEPROM非易失性存储器中，延时片刻将会出现“OK”提示，否则将会是“Cal error!”提示写入失败。另外，当操作未完成11个点的校准而试图退出校准模式时，也会出现“Cal error!”提醒，这时需再按下模式键（MODE），系统将会自动跳到压力校准菜单界面让用户继续未完成的校准工作。而当11个校准点的数据均已成功存入EEPROM中，再按一次模式键（MODE）则退出进入正常压力显示菜单时，此时屏幕上显示的测量压力值是经过校准后的压力，实验证明经过校准后的压力值将会使测量更加准确。由于从EEPROM存储芯片中读写数据都需要一定的时间，所以在对EEPROM进行读写操作的前后须添加一个适当的延时，以避免出错。

由此可见，采用树形结构设计方法，设计出的动态压力校准菜单结构简单、条理清晰且独立性强，能够让使用者轻松、快速地掌握其操作方法。更重要的是，它可以重复进行多次校准，以适用不同的使用环境，在保证测量精度的同时正做到让用户满意。

结语

本文对动态压力校准菜单的设计实现做了较为详细的说明，通过采用树形结构设计和折线插值算法，设计出的动态压力校准菜单操作便捷，解决了仪器由于磨损和使用环境不同使得仪器的测量基准点改变的情况，使仪器更加符合现实环境的应用。动态压力校准方法相比一键归零的校准方法具有更强的适应能力和更高的实用价值，并在实际项目中得到了良好的应用。

[1]方继明，张训文．动态压力校准技术的适用性分析和新技术展望[J]．计测技术，2012（S1）：19-22．

[2]陈满妮，赵治栋．便携式宫缩压力监测系统的研发[J]．杭州电子科技大学学报，2012（5）：85-88．

[3]郭雯婷，一种嵌入式系统液晶显示菜单结构的实现方法[J]．系统仿真技术，2010，6（1）：80-84．

TP311

A

江西省教育厅科学技术研究项目（151572）。