基于UCGUI嵌入式用户图形界面的某型装备检测诊断系统设计

管飞 范会来 刘中峰

摘   要：针对某型装备单元部件故障定位手段缺乏的难题，基于UC/GUI嵌入式用户图形界面，设计了集自检、备件检测、实装检测、示教于一体的新型检测诊断系统。该系统采用C8051F020单片机和S3C2440 ARM9微处理器，综合应用数据采集、LCD触摸控制及显示、串口通信等技术进行系统硬件设计，并基于UC/GUI构建了全新的菜单系统。

关键词：UC/GUI嵌入式用户图形界面系统  C8051F020  串口通信

中图分类号：TP391.4                               文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0152-04

Abstract：Aiming at the problem of the lack of a type of ordnance equipment unit fault location method， based on UC/GUI embedded graphic user interface， designs a new detection and diagnosis system. the system function includes the self-inspection， Spare parts testing， the actual equipment testing and theory teaching. The system adopts C8051F020 MCU and S3C2440 ARM9 microprocessor， integrated application data acquisition ，LCD touch control and display， serial communications and other technology to build the hardware system， and based on UC/GUI constructs a new menu system.

Key Words：UC/GUI embedded user graphical interfaces system; C8051F020; Serial communication

随着我国国防建设的稳步推进，军械装备的维修保障能力要求也越来越高，单元部件故障定位已成为目前装备保障重要的研究课题。而要将单元部件故障定位更细、更准，就意味着需要模拟的条件和检测的参数越多，因此对软硬件系统的要求也越高。而嵌入式用户图形界面以其轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等技术优势，无疑成为解决上述问题的最佳选择。

1  系统总体方案

根据某型装备的结构特点和接口特征，结合智能化、模块化、小型化、便捷性的技术要求，我们设计了如图1所示的系统总体方案。

操作人员通过触摸屏控制或按键控制，结合UC/GUI菜单系统输入测试指令，而后由控制及显示单元（S3C2440）通过串口通信将指令送入测试单元（C8051F020），驱动条件生成电路工作，模拟条件信号送入被检设备。最后采集被检设备反馈的数据进行分析处理，并将处理的结果，一路通过串口通信送入控制及顯示单元显示相应的图片及字符，另一路直接驱动故障警示单元的指示灯显示及蜂鸣器工作。

2  电源管理单元

如图2所示，系统采用AC 220V和装备车体电源供电两种方式，通过供电电源选择开关进行选择控制。为确保安全，在两条通路分别设置了保险，并采用滤波器和DC/DC电源模块实现了电气隔离，保证检测诊断系统内部电路与外供电源线路间不相互干扰。

3   测试单元及故障警示单元

如图3所示，测试单元以C8051F020为核心，通过I/O接口实现端口供电控制、自检/检测控制、功率驱动控制、A/D采集控制、故障警示;通过A/D接口和信号调理电路实现模拟量的产生和检测;通过URT0和SP3223E电平转换芯片实现操作流程控制及检测结果显示。

如图3所示，C8051F020的I/O端口输出首先通过总线收发器74LVC4245A，完成3.3V到5V的逻辑电平转换（DIR控制端口为低电平），同时通过在74LVC4245A的输出端口上拉1kΩ排阻至GND，确保输出初始状态为低电平。

端口供电控制电路采用电子开关CD4066实现+5V输出控制，同时为防止CD4066端口暗电流影响，下拉10kΩ电阻至地，保证CD4066开关未选通时端口默认输出为低电平;采用74LS04、TIL113和DS2Y-12V继电器的组合电路实现+24V的输出控制。自检/检测控制电路中，I/O端口控制信号通过7407缓冲驱动后控制74LS244工作，选通自检或检测的TTL电平信号;通过74LS138和AD7503选通自检或检测的模拟量信号。驱动控制电路采用74LS04、TIL113光电隔离电路实现信号控制，采用达林顿管MJ11032组合电路和桥式驱动整流电路实现功率驱动。桥式驱动整流电路由双DS2Y-12V继电器和四个功率二极管组成，通过四个功率二级管满足电流驱动要求，通过两个继电器的交叉导通保证电机的正反向控制，同时也保证了电机驱动控制的安全。

测试单元软件系统执行流程如图4所示，主要实现测试单元与控制及显示单元间的信息交互。

软件系统初始化后进入主程序，主程序首先检查串口连接状态，若连接上则对串口数据帧状态进行扫描，接收并判别控制及显示单元送来的启测指令，实时响应各种状态变化，启动条件生成电路输出各种信号，并实时接收被测对象反馈的数据进行判别，若正常则驱动“自检好”或“正常”LED指示灯点亮，若不正常则驱动“故障”LED指示灯点亮和蜂鸣器报警，同时将检测结果以串口数据帧形式送至控制及显示单元软件程序，判别测试结果并显示相关图片及字符，最后反馈端口复位指令，将测试单元各端口复位，等待下一次检测执行。

4  控制及显示单元

操作显示控制部分由7吋LCD彩色液晶屏/触摸屏、键盘与键盘控制器、ARM9系统组成，如图5所示。ARM9系统由三星ARM9、S3C2440核心电路、电源电路、存储器电路组成。S3C2440核心电路内置LCD控制器、触摸屏控制器、UART接口电路。

LCD控制器主要控制LCD彩色液晶屏的显示，触摸屏控制器主要完成触摸屏信息的采集和转换。UART接口电路完成与测试单元的通信。键盘与键盘控制器采用沁恒CH451键盘控制芯片，主要完成键盘信息的采集及与S3C2440核心电路的通信。

控制及显示单元开发了基于UC/GUI的全新菜单系统，可实现任意级数的菜单，解决了以往菜单系统级数受限的问题，解决了单一按键实现多种功能的问题。此菜单系统是以UC/GUI为环境，利用其自动存储设备功能实现以图片为核心、以菜单数据结构为框架，构建多级菜单系统。使用自动存储设备更新变化显示区域的功能，构建更新显示数据结构、菜单数据结构，建立更新变化显示函数、菜单显示函数、菜单执行函数，以按键功能为驱动，控制更新显示数据结构数据更新，达到菜单显示及执行功能。

为了实现“少按键多功能”的设计需求，构建了以按键功能驱动为核心的菜单系统，具体进行了以下设计：

（1）对每个按键定义多种不同的功能;

（2）对每个按键定义执行函数;

（3）定义菜单结构体;

（4）对每个菜单赋予按键功能、执行函数、父子菜单指针。

系统采用“确定”、“向上”、“向下”、“返回”四按键实现操作控制，通过“上”、“下”对子菜单进行选择，通过“确定”和“返回”对选中的项目进行执行和退出操作。系统同时也可采用触摸屏作为输入设备完成操作控制，触摸屏定义了10个热区，其中有4个热区对应为四个按键的功能，另外的6个热区对应为操作子菜单的功能，通过对热区的点击，实现对子菜单功能的选择。具体软件流程如图6所示。

5  结语

本文作者的創新点：第一，基于C8051F020单片机和S3C2440微处理器控制内核，应用数据采集、LCD触摸及显示控制等技术，构建了集自检、备件检测、实装检测、示教于一体的新型检测诊断系统;第二，采用C语言编程和帧通信协议，实现了双机串口通信，并基于UC/GUI嵌入式用户图形界面系统构建了以图片为核心、以菜单数据结构为框架的多级菜单系统，实现了自检/检测项目选择、检测结果实时显示、检测对象及操作方式辅助说明等功能;第三，该系统采用装备车体电源和AC220V两种供电方式，触摸屏控制和按键控制两种操作控制方式，操作简便，功能完善，可靠性高，安全性和使用性好。

参考文献

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