基于嵌入式技术的智能仪器触摸屏接口设计

　　0　引言

　　在现代化生产中,为了确保机械设备安全可靠地运行,通常要采用适宜的仪器仪表,利用故障诊断技术及时发现故障,并采取合理的维修或保护措施来排除故障,预防和避免事故的发生[1]。基于对仪器尺寸、便携性和操作方便性的考虑,在工业领域如煤炭、钢铁、冶金、电力、化工等行业中大量的仪器仪表和设备,都逐渐选用触摸屏作为系统的输入设备[2-3]。

　　针对这一情况,作者在开发面向机械故障诊断的智能仪表过程中,对触摸屏输入接口进行了研究。设计了四线电阻式触摸屏与PXA255处理器的接口电路,分析了Linux框架下的字符设备驱动程序设计原理,完成了触摸屏的接口驱动程序开发,并设计了用触摸屏作为输入设备的MiniGUI用户程序。触摸屏作为仪器的输入设备,人机交互直截了当,大大方便了现场操作人员的使用。

　　1　硬件结构和工作原理

　　依据工作原理和传输介质的不同,触摸屏主要分电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式等多种类型。电阻式触摸屏是一块4层透明的复合薄膜屏[4-5],如图1所示。下面是玻璃或有机玻璃构成的基层;上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层;中间是两层金属导电层,在导电层之间有许多细小的透明隔离点把两层隔开。两个金属导电层是触摸屏的工作面,其两端各涂有一条银胶,称为触摸屏工作面的一对电极。四线式触摸屏的X工作面和Y工作面分别加在两个导电层上,共有4根引出线,分别连到触摸屏的X电极对和Y电极对上。在触笔触摸屏幕时,两导电层在接触点处接触。电阻式触摸屏作为输入设备与显示屏配合使用时,其工作的实质就是通过测量X、Y两个方向电阻的分压,确定触摸屏的触点坐标,并将该坐标映射到显示屏坐标上,从而实现人机交互。由于电阻式触摸屏工作面与外界完全隔离,受环境影响小,所以具有不怕灰尘和水汽、稳定性高、不漂移等优点,特别适合工业现场使用[4]。

　　在设计过程中,选用ADS7843作为触摸屏接口的AD转换芯片[6],它具有12位的转换精度,最大支持4 096×4 096点阵的LCD,满足仪器设计要求。

　　仪器系统处理器选用IntelXscale架构的PXA255处理器[7],用其GPIO口模拟SPI接口与ADS7843进行通信。其接口原理如图2所示。ADS7843完成采集通道的切换和接触点处电压的采集,其操作时序主要由控制字输入、电压采集和模数转换组成,详见参考文献[6]。只要在驱动程序中根据时序要求向DIN口发送控制字,即可从DOUT处得到相应通道的采集结果。

　　2　触摸屏接口驱动程序

　　Linux驱动程序是系统内核的一部分,它把软件和硬件分离开来,并向上提供应用程序访问硬件的通信接口,向下管理保护系统硬件。触摸屏在Linux下被定义为字符设备,其驱动主要完成触点电压的采集,并向用户空间传递X坐标、Y坐标和笔动作(按下、抬起或拖拽)数据。当触笔按下时, ADS7843的11脚输出低电平,触发PXA255通用IO口的12脚产生外部中断,开启定时器,实现触摸屏的动作。触摸屏的驱动流程如图3所示。