[分享] 一种APF系统信息的显示方案——基于拓普微智能显示模块

慈俭不敢为人先 2022-4-8 10:13 楼主

一种APF系统信息的显示方案——基于拓普微智能显示模块

一、引言

科技的进步影响了所有产业的发展，其中电力发展速度是前所未有的，基本所有行业都需要电力支持。目前用电安全、节能、环保、经济等关键词不断被重申，这使得APF有源滤波器的应用更加普遍。
与此同时，随着APF应用广泛，市场拓展，需要面对的使用场景也更复杂。其中用户对机器的界面交互体验尤为重视。迫使我们对APF产品的交互设计有新的要求。目前接触了拓普微的智能显示模块HMT070ETD-1D，是一款高分辨率，高性能组态设计的串口屏。我们将通过该屏幕优化APF系统信息交互，提升用户体验。

二、目标

基于拓普微HMT070ETD-1D的APF系统的界面开发，我们将优化所有参数的显示，让数据更迅速、直观且准确的呈现在用户面前。不同于传统项目开发，此次设计仅针对界面交互进行优化，因此我们需要缩短常规开发周期，加快开发速度，并且有利于后续升级管理。主要实现以下目标：
1、实时显示APF各项参数的数据
在有源滤波器运行过程中，系统的运行状态以及各项参数信息需要进行实时上报供用户查阅。屏幕可以根据信息类别、重要程度，优先等级等，调整显示格式。
2、便捷交互，方便控制、切换、修改参数
用户可以通过屏幕控制切换显示APF中不同种类的参数信息，并且可以对某些参数进行设置，例如开关切换、长按赋值、滑动切换、滑动赋值、键盘输入修改等操作。
3、部分数据信息需要有图形化显示
为了给用户更直观的显示效果，屏幕可以支持将数据以柱状图、趋势曲线图、饼状图、表盘的形式显示出来。
4、支持远程数据查询，远程显示工程更新
APF系统上屏幕显示的数据信息，可以支持远程查询，或者远程控制。同时屏幕中显示工程也可以通过远程进行更新升级。

三、功能需求分析

此次设计将通过拓普微的智能显示模块HMT070ETD-1D和拓普微官方提供的上位机软件SGTools。开发设计APF系统信息的显示部分。将所有界面信息显示，交互操作都集中在屏幕中实现。为了实现以上目标功能，APF系统信息显示部分有如下功能需求：
1、变量数据刷新与数据格式化显示
在拓普微提供的上位机开发软件SGTools中，可以预先定义APF中各项参数的数字变量地址，添加数字控件到页面中进行显示。数字控件通过关联数字变量后，底层通过协议指令，将数据发送到屏幕显示。同时数字控件支持设置显示的字体类型，显示字体的大小，显示字体的颜色，格式化显示如小数点、浮点数等进行显示。示意图如下：

2、屏幕便捷控制与控制数据下发
智能显示模块HMT070ETD-1D自带电容触摸屏，在开发工具SGTools中，有不同功能的触摸键控件，通过添加这些控件可以在屏幕中实现相应的功能，例如切换页面、开关切换、长按赋值、滑动切换、滑动赋值、键盘输入等。触摸键进行的变量赋值，数据操作，弹出键盘（菜单）的数据输入会实时下发到串口中，供APF底层MCU判断执行对应任务。示意图如下：

3、屏幕对数据的图形化显示
SGTools开发工具中，有进度条，曲线，表盘这三个我比较常用的控件。三类控件都可以在属性栏中进行显示模式的配置，进度条支持颜色模式，图标模式，图标填充模式；曲线控件支持显示点、线、顶部、底部、区域填充模式；表盘控件支持环形变色、混色、变盘指针、表盘旋转等模式。以上控件可以更直观的体现APF中的相关数据。实现方式与变量数据刷新一致。

4、远程屏幕的数据控制与访问，工程更新升级
智能显示模块HMT070ETD-1D支持网络TCP/IP通信，在开发工具中可以定义屏幕的IP地址信息，TCP端口，TFTP端口号等信息。下载到屏幕中后IP信息会自动生效，然后可以在局域网内连接相应的IP进行APF远程协议的数据交互。并且可以通过IP信息对远程屏幕进行TFTP文件上载，从而实现远程APF系统界面升级。

四、设计实现
1、变量数据刷新与数据格式化显示
APF的系统参数信息在我们底层有相应的寄存器的进行存储，因此刷新到屏幕中的数据可以直接通过底层调用获取。定义数据指针“Buf”。
构建底层数据刷新函数“topway_value()”;
说明：函数可以根据传入的APF变量地址(Address)、参数类型(Type)、数据长度(Length)、寄存器数据指针(Buf)，将信息实时通过串口刷新至屏幕对应位置进行显示。

/*******************************************************************************
* Function Name : topway_value
* Description : 刷新变量数据
* Input : Address 变量地址Type 变量类型Length 数据长度Buf 数据指针
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void topway_value(uint16_t Address,uint8_t Type,uint8_t Length,uint16_t *Buf)
{
uint16_t len;
if(Type == TOPWAY_VALUE_ADRESS)//16位数据地址
{
topway_buf[0] = TOPWAY_DATA_START;// AA头数据帧
topway_buf[1] = TOPWAY_VALUE_FNCCODE;// 82 功能码
topway_buf[2] = TOPWAY_PARAMETER_ID1;// 00 地址ID高8位
topway_buf[3] = TOPWAY_PARAMETER_ID0;// 08 地址ID低8位
topway_buf[4] = (Address & 0xff00) >> 8;//地址高8位
topway_buf[5] = Address & 0xff; //地址低8位
topway_buf[6] = Length;//数据长度
for(len=0;len<Length*2;len+=2)
{ topway_buf[len + 7] = (*Buf & 0xff00) >> 8;//数据高8位
topway_buf[len + 8] = (*Buf & 0xff);//数据低8位
Buf++;
}
topway_buf[7+Length*2] = TOPWAY_DATA_END_1;//尾数据帧1:0xCC
topway_buf[8+Length*2] = TOPWAY_DATA_END_2;//尾数据帧2:0x33
topway_buf[9+Length*2] = TOPWAY_DATA_END_3;//尾数据帧3:0xC3
topway_buf[10+Length*2] = TOPWAY_DATA_END_4;//尾数据帧4:0x3C
BufPut(&topway,topway_buf,11+Length*2);
}
else if(Type == TOPWAY_VALUE_POINT)//图标地址
{
for(len=0;len<Length;len++)
{ uint16_t Write_value = *Buf + len;
topway_buf[0] = TOPWAY_DATA_START;// AA头数据帧
topway_buf[1] = TOPWAY_VALUE_FNCCODE_1;// 3D 功能码
topway_buf[2] = TOPWAY_PARAMETER_ID1;// 00 地址ID高8位
topway_buf[3] = TOPWAY_PARAMETER_ID0;// 08 地址ID低8位
topway_buf[4] = (Address & 0xff00) >> 8;//地址高8位
topway_buf[5] = Address & 0xff; //地址低8位
topway_buf[6] = (Write_value & 0xff00) >> 8;//数据高8位
topway_buf[7] = (Write_value & 0xff);//数据低8位
topway_buf[8] = TOPWAY_DATA_END_1;//尾数据帧1:0xCC
topway_buf[9] = TOPWAY_DATA_END_2;//尾数据帧2:0x33
topway_buf[10] = TOPWAY_DATA_END_3;//尾数据帧3:0xC3
topway_buf[11] = TOPWAY_DATA_END_4;//尾数据帧4:0x3C
Address+=0x2;//取下一个地址
BufPut(&topway,topway_buf,12);
}
}
else if(Type == TOPWAY_VALUE_32BIT) //32位数据地址
{ topway_buf[0] = TOPWAY_DATA_START;// AA头数据帧
topway_buf[1] = TOPWAY_VALUE_FNCCODE;// 82 功能码
topway_buf[2] = TOPWAY_PARAMETER_ID1;// 00 地址ID高8位
topway_buf[3] = TOPWAY_PARAMETER_ID0;// 08 地址ID低8位
topway_buf[4] = (Address & 0xff00) >> 8;//地址高8位
topway_buf[5] = Address & 0xff; //地址低8位
topway_buf[6] = Length/2;//数据长度
for(len=0;len<Length;len++)
{ topway_buf[len+7] = (*Buf & 0xff);//数据低8位
Buf++;
}
topway_buf[7+Length] = TOPWAY_DATA_END_1;// 尾数据帧1:0xCC
topway_buf[8+Length] = TOPWAY_DATA_END_2;// 尾数据帧2:0x33
topway_buf[9+Length] = TOPWAY_DATA_END_3;// 尾数据帧3:0xC3
topway_buf[10+Length] = TOPWAY_DATA_END_4;//尾数据帧4:0x3C
BufPut(&topway,topway_buf,11+Length);
}
}

测试屏幕数据刷新如下显示，其中有对部分参数进行格式化显示，控制字符间距。

2、屏幕便捷控制与控制数据下发

APF系统的屏幕通过触摸键进行的VP控制操作，按键信息返回操作都会下发数据到串口，因此我们需要对屏幕发出的串口数据进行甄别，获取目标数据实现APF的控制。
构建串口的协议解析函数“queue_find_cmd()”
说明：函数用于监视串口的数据接收，并将接收的信息筛选获取符合协议的指令，返回有效指令数组(buffer)，供控制程序进行判断处理，执行相应功能。

/******************************************************************************
* 函数名称: queue_find_cmd
* 函数功能: 获取串口接收队列中一个完整的帧
* 输入参数: 缓存地址和大小
* 输出参数: 无
* 返回 值: 无
*******************************************************************************/
INT16U queue_find_cmd(INT8U *buffer,INT16U buf_len)
{
INT16U cmd_size = 0;
INT8U _data = 0;
while(queue_size()>0) //判断队列是否为空
{
queue_pop(&_data); //非空则提取数据
if(cmd_index==0&&_data!=CMD_HEAD) //帧头出错，跳过
{
continue;
}
if(cmd_index<buf_len) //防止缓冲区溢出
{
buffer[cmd_index++] = _data;
}
if(_data==CMD_TAIL_CC) //判断是否为0xCC
{
//如果检查0xCC成功，则下一步检查0x33 //否则重新检查
if(cmd_state==CMD_CHECK_TAIL_CC)
{
cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_33;
}
else { cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_CC; }
}
else if(_data==CMD_TAIL_33)
{
//如果检查0x33成功，则下一步检查0xc3 //否则重新检查
if(cmd_state==CMD_CHECK_TAIL_33)
{
cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_C3;
}
else { cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_CC;}
}
else if(_data==CMD_TAIL_C3)
{
//如果检查0xC3成功，则下一步检查0x3C //否则重新检查
if(cmd_state==CMD_CHECK_TAIL_C3)
{
cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_3C;
}
else { cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_CC;}
}
else if(_data==CMD_TAIL_3C)
{
//如果检查0x3C成功，则帧尾正确，否则重新检查
if(cmd_state==CMD_CHECK_TAIL_3C)
{
cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_OK;
}
else { cmd_state=CMD_CHECK_TAIL_CC;}
}
else
{
cmd_state = CMD_CHECK_TAIL_CC;
}
//得到正确的一帧指令
if(cmd_state==CMD_CHECK_TAIL_OK)
{ //重置标志位，返回数据长度
cmd_size = cmd_index;
cmd_state = CMD_CHECK_TAIL_CC;
cmd_index = 0;
que._head = 0;
que._tail = 0;
return cmd_size;
}
}
return 0;
}

3、屏幕对数据的图形化显示
屏幕对数据的图形化显示与数据显示实现的方式一致，主要通过底层实时刷新数据，屏幕接收变量数据后将会依据控件的属性设置显示对应效果的图形。
底层的数据刷新类似第1点。这里不作设计解析。图形化显示效果如图：

图4-2 曲线显示

图4-3 功率状态显示

4、远程屏幕的数据控制与访问，工程更新升级
屏幕的网络IP、TCP端口、TFTP端口、网关设置如图：

图4-4 网络设置

①屏幕支持RJ45网口，可以通过该接口实现TCP/IP协议通信，网络的通信设计类似第1点的串口设计。以下不作详细解析，根据屏幕的IP信息，网络端口做以下设置。测试如图：

图4-5 TCP/IP协议通信测试

②远程文件更新测试，首先远程通过TCP/IP协议发送屏幕复位指令，让屏幕进入远程更新模式。然后通过命令行“cmd”执行tftp应用的相关上载命令，进行显示工程升级，我的测试结果如图4-6。期间工程文件传输都成功完成，在网络连接正常的情况下没有出现错误。

图4-6 远程TFTP文件传输测试1

另外也可以通过拓普微官方提供的“远程升级工具”进行TFTP文件上载。测试如图：

图4-7 远程TFTP文件传输测试2

五、总结
智能显示模块HMT070ETD-1D显示方案综合测试下来比较顺利，期间进行的测试都能通过。图像数据显示流畅，按键反馈迅速，功能测试正常。在官方提供的上位机软件SGTools中，可以很方便的设计出数据相关的UI显示效果。上位机软件也很直观，资源栏、属性栏、控件区、工具栏、输出栏视图排布接近主流软件使用习惯，个人比较容易上手。
此次基于拓普微平台的智能模块开发还算比较成功，满足了我们开发的设计需求。并且官方提供的技术支持也非常及时，加速了我们整个项目组的开发进程。