CN110488677A - 一种功放设备控制机箱人机接口系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功放设备控制机箱人机接口系统及其控制方法，包括人机接口控制器模块、备功放设备、主功放设备、上位机、调试计算机、与人机接口控制器模块连接以用于显示参数的液晶显示屏模块、与人机接口控制器模块连接以用于实现参数设备及输入控制的按键输入电路模块、与人机接口控制器模块、液晶显示屏模块及按键输入电路模块连接以用于提供相应工作电压的电源电路模块、与人机接口控制器模块、备功放设备、主功放设备、上位机连接的网络交换机。本发明能够较好地保障功放设备控制机箱功能设置的有效性和科学性，尤其是人机接口控制器模块，通过嵌入式软件开发设计，提高了功放设备控制机箱的交互性、可靠性、和工作效率。

Description

一种功放设备控制机箱人机接口系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及功放设备控制机箱人机接口技术领域，具体为一种功放设备控制机箱人机接口系统及其控制方法。

背景技术

在功放设备人机接口领域，以往情况下大部分都是采用上位机来实现，因为计算机应用发展迅速而且较广，大部分的功放设备由于需求定位单一，仅关注输出功率等，一般不关注参数的设置及人机接口，而且如果需要增加人机接口及设置功能，需要增加处理器控制和外围电路及开发相应功能软件才能实现，增加了功放设备的复杂性，也增高了系统的成本和周期。随着微处理器及数字电路的快速发展和软件开发技术的不断进步，当前越来越多的功放设备需要增加人机接口功能，特别是作为由主备功放设备组成的具有冗度功能的功放设备中。

在功放设备控制机箱研制过程中，需要增加参数设置和显示功能及与其它设备或系统进行通讯的功能，给功放设备控制机箱的设计研制带来了困难，按传统工艺设计手段，仅仅通过硬件电路元器件参数选型或调整的方式难以满足功能设计要求，因此，必须采用新技术新方法，提高功放设备控制机箱的参数设置和显示及通讯功能设计实现的有效性和科学性，促进功放设备控制机箱人机接口科学有效实施。

中国发明专利CN201620948434.9(公开日为2017年2月22日)公开了一种无线人机接口设备和长距离控制系统，该系统可以降低功能设备的功耗，系统包括长距离网关、控制模块、无线通信模块、无线人机接口设备、和无线通信模块中至少一个。缺点是该系统只是用于通信，没有涉及功放设备的参数设置与显示，以及与其它系统进行通讯。

中国发明专利201610784094.5(公开日为2017年10月24日)公开了一种通用串行总线的模拟人机接口装置自动操作方法，该系统包括人机接口装置、电子计算机以及由所述集成电路模块，适用于麦金塔操作系统Mac OS X v10.4版本及其后续的版本。缺点是该系统只是完成串行总线的模拟装置，没有涉及功放设备控制机箱的参数设置与显示，以及与其它系统进行通讯。

中国发明专利CN201710521525.3(公开日为2017年9月15日)公开了一种具有多功能人机接口模块的智能机器人系统，该系统人机接口模块包括触摸屏、语音输入单元、投影单元显示单元、指示灯和遥控模块。缺点是该系统人机接口只是应用于智能机器人系统，没有涉及功放设备控制机箱的参数设置与显示，以及与其它系统进行通讯。

中国发明专利CN201621269011.0(公开日为2017年8月11日)公开了一种配电终端新型人机接口设备，该设备包含独立的从CPU电路、RS485通讯电路，隔离电源电路、滤波电路、驱动电路、防抖电路等控制电路。缺点是该系统人机接口只是应用于配电终端，没有涉及功放设备控制机箱的参数设置与显示，以及与其它系统进行通讯。

2017年7月出版的《新型工业化》第9期第7-11页公开了基于MCGS的伺服电机驱动器人机接口设计，主要是对为改善伺服电机驱动控制器的操控和维护进行研究，通过MCGS组态软件系统开发了具备多种功能的触摸屏控制界面和通信程序的设计，实现了电机的转速控制和关键参数的监测。缺点是该系统只是实现了一个伺服电机驱动器人机接口设计，没有涉及功放设备控制机箱的参数设置与显示。

2016年2月出版的《西安工程大学学报》第137期第124-129页公开了一种基于P89C664的人机接口面板设计与实现，综合运用了LCM320240液晶和LED灯模块显示信息，利用扫描法访问键盘模块实现信息的查询或输入，扩展了2个RS232串口且分别用于面板与后台DSP核心板和用户通信，实现基于单片机的独立于装置核心板的简易人机接口面板。缺点是该系统只是实现了一个小电流系统故障选线装置的人机信息交互，没有涉及功放设备控制机箱的参数设置与显示，以及与其它系统进行通讯。

因此，针对人机接口系统设计研究，主要是在智能机器人系统、配电终端、伺服电机驱动器和小电流系统故障选线装置上的人机接口开发研究，为系统或设备提供控制、显示和通讯的功能，但是就功放设备控制机箱人机接口研究较少。有必要开展用于功放设备控制机箱人机接口系统或方法的研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种功放设备控制机箱人机接口系统及其控制方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种功放设备控制机箱人机接口系统，包括人机接口控制器模块、备功放设备、主功放设备、上位机、调试计算机、与人机接口控制器模块连接以用于显示参数的液晶显示屏模块、与人机接口控制器模块连接以用于实现参数设备及输入控制的按键输入电路模块、与人机接口控制器模块、液晶显示屏模块及按键输入电路模块连接以用于提供相应工作电压的电源电路模块、与人机接口控制器模块、备功放设备、主功放设备、上位机连接以用于接收指令、发送工作参数的网络交换机；

所述人机接口控制器模块包括用于与调试计算机通讯的串口电路、用于与液晶显示屏模块通讯的SPI电路、用于人机接口控制器模块外部I/O信号输入的按键接口电路、用于与网络交换机通讯的网口电路、用于人机接口控制器模块外部存储的SD卡电路，还包括分别与串口电路、SPI电路、按键接口电路、网口电路、SD卡电路相连接以形成一个人机接口控制、输入和输出系统的S3C2416最小系统。

进一步地，所述液晶显示屏模块上的显示参数包括设置参数显示以及工作参数显示，其中所述设置参数显示包括“通道”、“增益值”；所述工作参数显示包括“工作状态”、“温度”、“当前功率”、“故障状态”、“日期时间”。

进一步地，所述按键输入电路模块上设有八个开关按键，分别为“远程/本地”、“设置”、“上”、“下”、“左”、“右”、“确认”、“取消”。

进一步地，所述网络交换机中采用了5口千兆交换机。

进一步地，所述液晶显示屏模块中采用了SPI串口64*256点阵OLED液晶屏。

一种功放设备控制机箱人机接口系统的控制方法，具体步骤如下：

(1)初始化功放设备人机接口控制程序，人机接口控制模块启动，获取功放设备人机接口初始参数；

(2)将步骤所获取的初始参数在液晶显示屏模块上进行显示初始画面；

(3)通过人机接口控制模块将功放设备的更新数据发送到液晶显示屏模块，若接收到数据，则转到下一步，否则，仍显示初始画面；

(4)若正常接收到数据后，液晶显示屏模块会显示获取当前的工作状态及参数；

(5)通过解析串口通讯数据的“本地/远程”控制字节位，判断功放设备的控制方式是否为本地，若是，将转到下一步，若否，将直接判断是否关机；

(6)当控制方式为本地时，以扫描法访问按键输入电路模块的输入信号，当接收到有“设置”信号时，则转至光标显示，可以对参数进行设置；

(7)光标显示后，通过“左”、“右”按键设置光标移动，通过“上”、“下”按键设置工作状态或参数数量信号；

(8)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若确认信号有效，将执行发送设置数据指令及隐藏光标，完成一次正常设置过程，并退回到显示状态，否则，转至判断是否取消；

(9)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若取消信号有效，将不发送设置数据指令，直接转至隐藏光标，设置过程也将完成，并退回到显示状态，否则，转至判断是否确认；

(10)通过串口向功放设备发送设置完成后的参数；

(11)当接收到确认或取消设置参数信号后，将隐藏光标，一次设置过程完成结束；

(12)当外部电源断开后，系统将关机，否则，转至返回到显示工作状态及参数步骤；

(13)退出程序，并关机，结束人机接口软件系统。

一种功放设备控制机箱人机接口系统的功放设备控制机箱主备切换控制方法，具体步骤如下：

一、功放设备系统工作时，首先启动主功放设备工作；

二、通过网络交换机接收主功放设备的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块加以显示；

三、判断主功放设备是否故障，若发生故障，将启动备功放设备工作，否则，判断是否关机；

四、启动备功放设备工作，并且关闭主功放设备，同时完成相应的射频信号通道的切换；

五、通过网络交换机接收备功放设备的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块加以显示；

六、判断备功放设备是否故障，若发生故障，将直接关机，否则，判断是否关机；

七、通过功放设备控制机箱不断查询有无关机的控制信号，若有关机信号，将直接进入关机步骤，否则，继续接收显示当前工作功放设备工作状态及参数；

八、退出程序并关机，结束人机接口软件系统。

本发明的有益效果是：

本发明能够较好地保障功放设备控制机箱功能设置的有效性和科学性，尤其是人机接口控制器模块，通过嵌入式软件开发设计，提高了功放设备控制机箱的交互性、可靠性、和工作效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明中功放设备控制机箱人机接口系统的组成示意图；

图2为本发明中人机接口控制器模块的组成示意图；

图3为本发明中功放设备控制机箱人机接口控制方法的流程示意图；

图4为本发明中功放设备控制机箱主备切换控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1至图4所示，一种功放设备控制机箱人机接口系统，包括人机接口控制器模块1、备功放设备6、主功放设备7、上位机8、调试计算机9、与人机接口控制器模块1连接以用于显示参数的液晶显示屏模块2、与人机接口控制器模块1连接以用于实现参数设备及输入控制的按键输入电路模块3、与人机接口控制器模块1、液晶显示屏模块2及按键输入电路模块3连接以用于提供相应工作电压的电源电路模块4、与人机接口控制器模块1、备功放设备6、主功放设备7、上位机8连接以用于接收指令、发送工作参数的网络交换机5。

所述人机接口控制器模块1包括用于与调试计算机9通讯的串口电路12、用于与液晶显示屏模块2通讯的SPI电路13、用于人机接口控制器模块1外部I/O信号输入的按键接口电路14、用于与网络交换机5通讯的网口电路15、用于人机接口控制器模块1外部存储的SD卡电路16，还包括分别与串口电路12、SPI电路13、按键接口电路14、网口电路15、SD卡电路16相连接以形成一个人机接口控制、输入和输出系统的S3C2416最小系统11。

具体地，所述S3C2416最小系统11为人机接口控制器模块1的控制核心，通过采用由RM处理器S3C2416构成的最小系统，实现了对功放设备控制机箱人机接口系统的控制，提高了功放设备人机接口的灵活性能力以及提高了人机接口系统的工作效率和可靠性。

所述串口电路12为人机接口控制器模块1的通讯接口电路之一，通过MAX232AESE及外围元器件与S3C2416最小系统11相连接，提供人机接口控制器模块1的1路RS232串口通讯功能，用于与开发调试计算机通讯。

所述SPI电路13作为人机接口控制器模块的内部控制总线，通过外围元器件与S3C2416最小系统11相连接，提供人机接口控制器模块1的1路SPI总线控制功能，用于与液晶显示屏模块2通讯。

所述按键接口电路14为人机接口控制器模块1的控制信号输入电路，通过双排连插座与S3C2416最小系统11相连接，提供人机接口控制器模块的外部I/O信号的输入功能。

所述网口电路15为人机接口控制器模块1的通讯接口电路之一，通过HR911105A及外围元器件与S3C2416最小系统11相连接，提供人机接口控制器模块的网口通讯功能，用于与网络交换机5进行通讯。

所述SD卡电路16为人机接口控制器模块1的外部存储电路，通过MiniSD卡座及外围元器件与S3C2416最小系统11相连接，提供人机接口控制器模块1的外部存储数据功能。

所述液晶显示屏模块2通过1路SPI总线与人机接口控制器模块的SPI电路相连接，实现功放设备控制机箱人机接口系统的参数显示功能，具体显示参数为：一方面是设置参数显示，主要有“通道”：设置及显示当前功放主机的通道，示例：主、备(注：功放主机人机接口通道显示为“主”)；“增益值”：设置及显示功放主机的增益值，示例：1.00db；另一方面是工作参数显示：主要有“工作状态”：功放主机的工作状态，开、关；“温度”：显示功放主机的工作温度，示例：28.5℃；“当前功率”：显示功放主机的实时工作功率，示例：120W；“故障状态”：显示功放主机故障状态，示例：过反射；“日期时间”：显示功放主机工作时间：示例：2018年8月28日08:50:40。

更进一步地，为了满足系统开发复杂度和软件代码开发量减少的要求，提高显示功能的灵活性及可快速编辑能力，所述液晶显示屏模块2中采用了SPI串口64*256点阵OLED液晶屏，实现了功放设置和工作状态参数的显示。

所述按键输入电路模块3通过I/O电气接口与人机接口控制器模块的按键接口电路相连接，实现功放设备人机接口系统的参数设置及控制的输入控制，具体开关按键总共8个，分别为：“远程/本地”：“远程”,表示由上位机控制；“本地”，表示由功放主机或控制机箱自带接口控制；“设置”：显示光标，可以操作光标，进行选择设置；“上”：选择按钮，显示光标上移，触发一次，上移一行；“下”：选择按钮，显示光标下移，触发一次，下移一行；“左”：选择按钮，显示光标左移，触发一次，左移一字符格；“右”：选择按钮，显示光标右移，触发一次，右移一字符格；“确认”：确认按钮，确认当前光标设置；“取消”：取消按钮，取消当前光标设置。

所述电源电路模块4分别给人机接口控制器模块1提供+3.3V的工作电压，给液晶显示屏模块2提供+3.3V的工作电压、给按键输入电路模块3提供+5.5V工作电压，实现了功放设备控制机箱人机接口系统的工作电压的转换功能。

所述网络交换机5实现了接收上位机8的控制功放设备的指令，向上位机8发送来自主功放设备7或备功放设备6的工作参数。

一种应用于功放设备控制机箱人机接口系统的控制方法，具体步骤如下：

(1)初始化功放设备人机接口控制程序，人机接口控制模块1启动，获取功放设备人机接口初始参数。

(2)将步骤(1)所获取的初始参数在液晶显示屏模块2上进行显示初始画面。

(3)所述人机接口控制模块1将接收功放设备的更新数据通过串口发送到液晶显示屏模块2，当接收到数据，则转到下一步，否则，仍显示初始画面。

(4)若正常接收到数据后，液晶显示屏模块2会显示获取当前的工作状态及参数。

(5)通过解析串口通讯数据的“本地/远程”控制字节位，判断功放设备的控制方式是否为本地，若是，将转到下一步，若否，将直接判断是否关机。

具体地，当判断功放设备控制方式为远程控制时，转入执行设置参数区“暗”，将设置液晶显示屏参数区“暗”，只是周期性接收功放设备发送的数据进行显示，并且直接准入判断是否关机；当判断功放设备控制方式为本地方式时，将设置液晶显示屏参数区“亮”，并转到下一步判断是否有参数设置请求流程。

(6)当控制方式为本地时，以扫描法访问按键输入电路模块3的输入信号，当接收到有“设置”信号时，则转至光标显示，可以对参数进行设置。

(7)光标显示后，可以对各设置参数进行设置，通过“左”、“右”按键设置光标移动，当光标在需要设置的参数位置时，通过“上”、“下”按键设置工作状态或参数数量信号。

(8)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若确认信号有效，将执行发送设置数据指令及隐藏光标，完成一次正常设置过程，并退回到显示状态，否则，转至判断是否取消。

(9)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若取消信号有效，将不发送设置数据指令，直接转至隐藏光标，设置过程也将完成，并退回到显示状态，否则，转至判断是否确认。

(10)通过串口向功放设备发送设置完成后的参数。

(11)当接收到确认或取消设置参数信号后，将隐藏光标，一次设置过程完成结束。

(12)当外部电源断开后，系统将关机，否则，转至返回到显示工作状态及参数步骤。

(13)退出程序，并关机，结束人机接口软件系统。

一种应用于功放设备控制机箱人机接口系统的功放设备控制机箱主备切换控制方法，具体步骤如下：

一、功放设备系统工作时，首先启动主功放设备7工作。

二、通过网络交换机5接收主功放设备的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块2加以显示，具体地，此时“通道”显示为“主”。

三、判断主功放设备7是否故障，通过功放设备控制机箱人机接口系统不断查询主功放设备7的工作状态，若发生故障，将启动备功放设备6工作，否则，判断是否关机。

四、启动备功放设备6工作，并且关闭主功放设备7，同时完成相应的射频信号通道的切换。

五、通过网络交换机5接收备功放设备6的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块2加以显示，具体地，此时“通道”显示为“备”。

六、判断备功放设备6是否故障，通过功放设备控制机箱人机接口系统不断查询备功放设备6的工作状态，若发生故障，将直接关机，否则，判断是否关机。

七、通过功放设备控制机箱不断查询有无关机的控制信号，若有关机信号，将直接进入关机步骤，否则，继续接收显示当前工作功放设备工作状态及参数。

八、退出程序并关机，结束人机接口软件系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种功放设备控制机箱人机接口系统，其特征在于：包括人机接口控制器模块(1)、备功放设备(6)、主功放设备(7)、上位机(8)、调试计算机(9)、与人机接口控制器模块(1)连接以用于显示参数的液晶显示屏模块(2)、与人机接口控制器模块(1)连接以用于实现参数设备及输入控制的按键输入电路模块(3)、与人机接口控制器模块(1)、液晶显示屏模块(2)及按键输入电路模块(3)连接以用于提供相应工作电压的电源电路模块(4)、与人机接口控制器模块(1)、备功放设备(6)、主功放设备(7)、上位机(8)连接以用于接收指令、发送工作参数的网络交换机(5)；

所述人机接口控制器模块(1)包括用于与调试计算机(9)通讯的串口电路(12)、用于与液晶显示屏模块(2)通讯的SPI电路(13)、用于人机接口控制器模块(1)外部I/O信号输入的按键接口电路(14)、用于与网络交换机(5)通讯的网口电路(15)、用于人机接口控制器模块(1)外部存储的SD卡电路(16)，还包括分别与串口电路(12)、SPI电路(13)、按键接口电路(14)、网口电路(15)、SD卡电路(16)相连接以形成一个人机接口控制、输入和输出系统的S3C2416最小系统(11)。

2.根据权利要求1所述的一种功放设备控制机箱人机接口系统，其特征在于：所述液晶显示屏模块(2)上的显示参数包括设置参数显示以及工作参数显示，其中所述设置参数显示包括“通道”、“增益值”；所述工作参数显示包括“工作状态”、“温度”、“当前功率”、“故障状态”、“日期时间”。

3.根据权利要求1所述的一种功放设备控制机箱人机接口系统，其特征在于：所述按键输入电路模块(3)上设有八个开关按键，分别为“远程/本地”、“设置”、“上”、“下”、“左”、“右”、“确认”、“取消”。

4.根据权利要求1所述的一种功放设备控制机箱人机接口系统，其特征在于：所述网络交换机(5)中采用了5口千兆交换机。

5.根据权利要求2所述的一种功放设备控制机箱人机接口系统，其特征在于：所述液晶显示屏模块(2)中采用了SPI串口64*256点阵OLED液晶屏。

6.一种应用于权利要求1至5中任一项所述的功放设备控制机箱人机接口系统的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)初始化功放设备人机接口控制程序，人机接口控制模块(1)启动，获取功放设备人机接口初始参数；

(2)将步骤(1)所获取的初始参数在液晶显示屏模块(2)上进行显示初始画面；

(3)通过人机接口控制模块(1)将功放设备的更新数据发送到液晶显示屏模块(2)，若接收到数据，则转到下一步，否则，仍显示初始画面；

(4)若正常接收到数据后，液晶显示屏模块(2)会显示获取当前的工作状态及参数；

(5)通过解析串口通讯数据的“本地/远程”控制字节位，判断功放设备的控制方式是否为本地，若是，将转到下一步，若否，将直接判断是否关机；

(6)当控制方式为本地时，以扫描法访问按键输入电路模块(3)的输入信号，当接收到有“设置”信号时，则转至光标显示，可以对参数进行设置；

(7)光标显示后，通过“左”、“右”按键设置光标移动，通过“上”、“下”按键设置工作状态或参数数量信号；

(8)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若确认信号有效，将执行发送设置数据指令及隐藏光标，完成一次正常设置过程，并退回到显示状态，否则，转至判断是否取消；

(9)当参数设置完成后，通过“确认”、“取消”按键确认或取消设置参数信号，若取消信号有效，将不发送设置数据指令，直接转至隐藏光标，设置过程也将完成，并退回到显示状态，否则，转至判断是否确认；

(10)通过串口向功放设备发送设置完成后的参数；

(11)当接收到确认或取消设置参数信号后，将隐藏光标，一次设置过程完成结束；

(12)当外部电源断开后，系统将关机，否则，转至返回到显示工作状态及参数步骤；

(13)退出程序，并关机。

7.一种应用于权利要求1至5中任一项所述的功放设备控制机箱人机接口系统的功放设备控制机箱主备切换控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

一、功放设备系统工作时，首先启动主功放设备(7)工作；

二、通过网络交换机(5)接收主功放设备的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块(2)加以显示；

三、判断主功放设备(7)是否故障，若发生故障，将启动备功放设备(6)工作，否则，判断是否关机；

四、启动备功放设备(6)工作，并且关闭主功放设备(7)，同时完成相应的射频信号通道的切换；

五、通过网络交换机(5)接收备功放设备(6)的工作状态和参数，并通过液晶显示屏模块(2)加以显示；

六、判断备功放设备(6)是否故障，若发生故障，将直接关机，否则，判断是否关机；

七、通过功放设备控制机箱不断查询有无关机的控制信号，若有关机信号，将直接进入关机步骤，否则，继续接收显示当前工作功放设备工作状态及参数；

八、退出程序并关机，结束人机接口软件系统。