基于智能显示模块的APF系统信息显示方案

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

此次设计将通过智能显示模块HMT070ETD-1D和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

通过上位机开发工具SGTools，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：

图3-1 变量数据刷新与数据格式化显示示意图

 

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：

图3-2 屏幕便捷控制与控制数据下发示意图

 

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。

图3-3 屏幕对数据的图形化显示

 

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。

图3-4 远程屏幕的数据控制与访问以及工程更新升级

 

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   {  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   { 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 {  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         {             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。

审核编辑：汤梓红