洪家平，周　炳，高美珍

(1.湖北師范大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石　435002;(2.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院， 湖北 黃石　435002)

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基于單片機(jī)的觸摸屏在電子艾灸儀中的應(yīng)用研究

洪家平1，周炳1，高美珍2

(1.湖北師范大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石435002;(2.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院， 湖北 黃石435002)

介紹了WEINVIEW TK6070觸摸屏在電子艾灸儀中的應(yīng)用方案，觸摸屏與單片機(jī)控制系統(tǒng)采用基于MODBUS 協(xié)議的串口通信，通過觸摸屏，可以對艾灸儀的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并報警提醒患者，以達(dá)到方便、安全使用的目的。這一方案有效地提升了電子艾灸儀產(chǎn)品檔次的同時也大大提高了其市場競爭力。

觸摸屏; MODBUS協(xié)議; 單片機(jī)

現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備基本都實(shí)現(xiàn)了電子化，本文要介紹的是觸摸屏在單片機(jī)控制的電子艾灸儀中的具體應(yīng)用。傳統(tǒng)的中醫(yī)艾灸是通過在患處或某個穴位處燃燒植物艾草進(jìn)行熏蒸來達(dá)到治療或輔助治療的作用，這種方法效果很好，但有一些不足的地方，比如燃燒艾草的時候煙霧比較大、有燃燒后的灰燼可能污染環(huán)境。經(jīng)過很多次不同的臨床試驗(yàn)證明，如果使用電子艾灸儀，治療效果不僅能與傳統(tǒng)的燃燒方法相媲美，而且還可以解決上述不足。

單片機(jī)控制的電子艾灸儀主要是利用單片機(jī)來控制一個加熱裝置，這個加熱裝置可以在患處或某個穴位處對植物艾進(jìn)行加熱，通過控制加熱的溫度和加熱時間來達(dá)到艾灸治療的功效。目前這一類的電子艾灸產(chǎn)品在國內(nèi)有很多，對于溫控的設(shè)置大多通過按鍵或電位器(或編碼器)旋鈕來調(diào)節(jié)，這樣的產(chǎn)品檔次相對比較低。如果配以觸摸屏來進(jìn)行操控的話，不僅操作方便、直觀、安全，而且還提高了產(chǎn)品的檔次，并且大大提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

1　工作原理

如下圖1所示是觸摸屏在單片機(jī)控制的電子艾灸儀中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)原理圖。本文選用的是STC單片機(jī)作為控制系統(tǒng)核心，觸摸屏選用的是WEINVIEW TK6070。

圖1　觸摸屏應(yīng)用的結(jié)構(gòu)原理圖

本系統(tǒng)中單片機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)二個功能，一是對艾灸頭的加熱溫度和加熱時間進(jìn)行準(zhǔn)確控制，二是實(shí)現(xiàn)與觸摸屏TK6070的通信。而TK6070觸摸屏一方面實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)控制參數(shù)(如加熱溫度、加熱時間)的設(shè)定或修改，另一方面可以用來查詢或顯示設(shè)定參數(shù)與工作狀態(tài)或?qū)嶋H值。

2　系統(tǒng)接口設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)接口的硬件設(shè)計

在圖1中，單片機(jī)與觸摸屏的硬件接口采用的是串口通信，如下圖2是它們的串口連接示意圖。圖中單片機(jī)的串口是通過串口芯片MAX232和觸摸屏串口連接的。

圖2　單片機(jī)與觸摸屏的硬件接口示意圖

2.2系統(tǒng)接口的軟件設(shè)計

單片機(jī)與觸摸屏TK6070的通信采用的是MODBUS 協(xié)議。MODBUS協(xié)議可以通過使用RS232C實(shí)現(xiàn)串口通信，該協(xié)議主要應(yīng)用于控制器之間或控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間的串口通信，并不需要考慮通信設(shè)備之間是經(jīng)過哪種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。

MODBUS串行通信協(xié)議的數(shù)據(jù)通信采用主從結(jié)構(gòu)模式，主設(shè)備端發(fā)出數(shù)據(jù)請求信息，從設(shè)備端接收到這一信息后就將數(shù)據(jù)發(fā)送到主設(shè)備端口以響應(yīng)主設(shè)備的請求，主設(shè)備端還能直接發(fā)信息修改從設(shè)備端的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸完成數(shù)據(jù)的讀、寫操作。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，MODBUS這種串行通信協(xié)議要求對通信過程中交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，可以采用奇偶校驗(yàn)算法，還可以使用LRC校驗(yàn)算法或CRC校驗(yàn)算法，這些校驗(yàn)算法分別適用于不同情況下的數(shù)據(jù)傳輸方式所使用。

MODBUS通信協(xié)議還設(shè)置了多種數(shù)據(jù)通信功能碼，如01(0x01)、02(0x02)、03(0x03)、04(0x04)、05(0x05)、06(0x06)號功能碼，它們在所有功能碼中屬于使用頻度較高的功能碼。通過這些數(shù)據(jù)通信功能碼的使用，可以方便地實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信與交換，如在程序設(shè)計過程中，使用這些通信功能碼即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對下位機(jī)系統(tǒng)中的物理量分別進(jìn)行讀、寫操作。如圖3是電子艾灸儀系統(tǒng)工作程序流程圖。

下面的代碼段是STC單片機(jī)及電子艾灸儀觸摸屏TK6070初始化的部分代碼。

Void main ()

{

P4SW|=0X70;

TMOD=0x21; //定時設(shè)置

TH0=0xd8; // 頻率12M 定時10ms

TL0=0xf0;

ET0=1;

TR0=1;

AD_Init();

UartInit();

ES=1; //中斷設(shè)置

EA=1;

buzzer=1;

ALL_JDQ_OFF;

set_mode_flag=1;

run_mode_flag=0;

pause_mode_flag=0;

time_all_over_flag=0;

run_key=0;

set_parameter_enable=1;

set_time_enable=1;

temp_contr_enable=0;

timing_enable=0;

over_num=0;

first_hotup_flag=0;

bz_enable_do=0;

num_ch=1;//用戶選擇顯示和設(shè)置的固定通道

channel=1;//后臺循環(huán)檢測的通道變量

error_ch=1;

T_error_bell=100;

error_display_enable=0;

error_display_flag=0;

err_ch_display=0; err_tip=1;

err_tip_display=0;

T_error_display=T_INT_NUM(3000);

T_key=T_INT_NUM(1000); //按住1s以上連發(fā)

T_bursts=T_INT_NUM(200); //連發(fā)間隔

T_timing=T_INT_NUM(1000); // 1s單位計時

T_error_bell=T_INT_NUM(T_error_bell); //超溫失控后蜂鳴提示間隔

T_contr_error=T_INT_NUM(200); // 1路的超溫檢測時間

T_temp_dispay=T_INT_NUM(temp_display_time); //運(yùn)行中設(shè)定溫度的顯示時間

T_over_bell=T_INT_NUM(1000);

T_contr_big_error=T_INT_NUM(500);

T_err_tip=T_INT_NUM(500);

Read_parameter();

delay_us();

delay_ms(50);

buzzer=0;

……

}

2.3系統(tǒng)接口的仿真與應(yīng)用

在easy builder 8000環(huán)境下，本系統(tǒng)觸摸屏工作仿真示意圖如圖4所示。圖中左邊部分是艾灸儀系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定或修改界面，可以修改要設(shè)定的艾灸頭的通道號、該通道艾灸頭的溫度設(shè)定值及本次艾灸治療的設(shè)定延時時間。圖4中右邊部分是本次選定的艾灸頭通道的工作狀態(tài)，如實(shí)際工作溫度值、本次治療剩余時間。右下邊有一個灸頭監(jiān)控按鈕，是用來查看該設(shè)備上連接的所有艾灸頭通道的工作狀態(tài)的。如果工作狀態(tài)異常的話，可以立即檢查并排除對應(yīng)艾灸頭通道的故障。

圖3　艾灸儀系統(tǒng)工作流程圖

圖4　在easy builder 8000環(huán)境下觸摸屏工作仿真示意圖

如圖5是12通道的電子艾灸儀的觸摸屏在實(shí)際使用過程中對接入該艾灸儀各艾灸頭通道的溫度顯示及監(jiān)測仿真截圖界面。

3　本系統(tǒng)的特點(diǎn)

本系統(tǒng)不僅克服了傳統(tǒng)艾灸燃燒艾草的時候煙霧大、有燃燒后的灰燼可能污染環(huán)境等缺點(diǎn)，而且加上了現(xiàn)代技術(shù)的元素，使用單片機(jī)和觸摸屏進(jìn)行控制，對溫度控制的實(shí)時性和準(zhǔn)確性等都有非常重要的意義，尤其是使用了觸摸屏后，能圖文并茂地顯示電子艾灸儀運(yùn)行時的各個艾灸頭通道的工作參數(shù)和狀態(tài)，并能實(shí)時在線地對工作參數(shù)進(jìn)行觸碰式修改。

圖5　12通道的電子艾灸儀溫度監(jiān)控顯示截圖

4　結(jié)語

本系統(tǒng)采用WEINVIEW TK6070觸摸顯示屏，實(shí)現(xiàn)了觸摸屏和STC單片機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)通訊，如果這些參數(shù)越限還可以實(shí)時報警提醒患者。另外，觸摸屏系統(tǒng)大容量的數(shù)據(jù)存儲功能，保存了艾灸頭詳細(xì)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以備查詢，經(jīng)過實(shí)際使用，觸摸屏能安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，方便、靈活的操作，達(dá)到了預(yù)期的效果。提升了電子艾灸儀產(chǎn)品檔次，大大提高電子艾灸儀產(chǎn)品的市場競爭力，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。最后，要特別感謝黃石鑫馬電子科技有限公司的大力支持。

[1]蔡錦達(dá)，王亮. 基于工業(yè)觸摸屏的多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計 [J].計算機(jī)應(yīng)用于軟件，2012，(11)： 299～301.

[2]尹成明,陸倩. 基于Modbus協(xié)議的89C51單片機(jī)與臺達(dá)觸摸屏通信系統(tǒng)研究 [J].煤礦機(jī)械，2013，(1)：260～262.

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[4]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(第四版)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[5]郭天祥. 51單片機(jī)C語言教程[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[6]陳在平，岳有軍.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

The application research of the touch screen based on the sign chip microcomputer in the electric moxibustion instrument

HONG Jia-ping1,ZHOU Bing1,GAO Mei-zhen2

(1.College of Computer Science and Techloge, Hubei Normal University,Huangshi435002,China;2.College of Physics and Electron Science, Hubei Normal University,Huangshi435002,China)

This paper introduces an application Scheme of WEINVIEW TK6070 touch screen in the electric moxibustion instrument. The serial communication based on the Modbus Protocol is used in the control system of the sign chip microcomputer and touch screen, to set the electric moxibustion instrument working parameters and to monitor running state and to alarm to patients by used the touch screen, in order to achieve the purpose of convenient and safe use. This scheme not only improves the products of the electric moxibustion instrument, but also the ability of the market competition is increased greatly.

touch screen; MODBUS protocol; sign chip microcomputer

2015—10—22

洪家平(1964—)，男，教授，湖北仙桃市人，主要研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、計算機(jī)控制技術(shù)。

TP635

A

1009-2714(2016)02- 0013- 05

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.003