电力设备显示方案 - 智能TFT显示模块

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，这使得电力设备的应用更加普遍。

与此同时，智能化、更复杂的用电场景，对电网设备有了更高的要求，其中用户对设备的界面交互体验尤为重视。拓普微带网口的智能显示TFT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电网设备人机交互，提升用户体验。

目标

基于拓普微HMT070ETD-1D的电网设备界面开发，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：

• 实时显示电网各项参数的数据 - 在电网设备运行过程中，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。
• 便捷交互，方便控制、切换、修改参数 - 用户可以通过触摸屏控制切换显示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。
• 数据信息图形化显示 - 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。
• 支持远程数据查询，远程显示工程更新 - 电网设备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LCD屏幕中显示工程也可以通过以太网远程进行更新升级。

功能需求

此次设计将使用拓普微的智能显示模块和上位机软件 SGTools，开发设计电力设备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，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，可以预先定义屏幕上要显示的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。数字控件关联到数字变量的地址，底层通过协议指令将数据发送到变量里，屏幕自动显示。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：

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变量数据刷新与数据格式化显示示意图

2. 屏幕控制与控制数据下发

拓普微智能显示模块 HMT070ETD-1D 自带电容触摸屏，在开发工具 SGTools 中，用户可以调用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，供底层 MCU 判断执行对应任务。示意图如下：

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屏幕便捷控制与控制数据下发示意图

3. 数据的图形化显示

在 SGTools 开发工具中，有进度条，曲线，表盘这三个比较常用的控件。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数据。实现方式与变量数据刷新一致。

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屏幕对数据的图形化显示

4. 远程的屏幕数据访问与控制

拓普微 HMT070ETD-1D 支持网络 TCP/IP 通信，在开发工具中可以定义屏幕的地址信息，TCP 端口，TFTP 端口等信息。工程下载到屏幕后 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 TOPWAY 协议的数据交互。并且可以通过 IP 信息对远程屏幕进行 TFTP 文件推送，从而实现远程工程更新升级。

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设计实现

1. 数据显示与刷新

电网设备的系统参数信息在智能TFT显示模块有相应的寄存器用于存储，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。

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2. 屏幕的控制与控制数据下方

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，获取目标数据从而实现设备的控制。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. 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自动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：

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曲线显示

功率状态显示

4. 远程屏幕控制与数据访问，工程更新

屏幕的网络IP、TCP端口、TFTP端口、网关设置如图：

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 网络设置

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。发送数据和查询状态测试如图：

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TCP/IP协议通信测试

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，测试结果如下图。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。

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远程TFTP文件传输测试 

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：

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拓普微远程TFTP文件传输测试

总结

拓普微出产的带网络功能的智能TFT显示模块十分适合在电网设备中使用，高清的分辨率、组态的界面开发方式、远程操控的能力，给用户带来全新的体验，是电网设备显示部分的不二之选。