注塑机嵌入式控制系统图形界面的设计与实现

引言

    工业注塑机逐渐向着特大型，精密仪器的方向发展，因而对控制系统的要求越来越高，如今基于嵌入式的专用计算机控制系统已经占据了主导地位闭，这类控制系统能够满足特定的注塑需求，实现高精度的控制功能，存储大量的模具资料。

    更可靠，更直观的控制界面是控制系统发展的要求。本文的界面就是为注塑机的一种嵌入式控制系统设计的，与传统的控制界面相比，具有以下优势：多种控制功能、良好的通信功能、实时性强、图形动画界面。提高了界面的易用性、可靠性和美观性。

1 嵌入式控制系统的结构

    本文设计的工作界面基于一种嵌入式控制系统，该控制系统采用上位机+下位机的结构，如图1所示。

    上位机完成人机接口、控制算法、系统管理等功能，硬件上选用PCI04总线结构的VDX一6354，功能强大。其外围接口包括：普通键盘和鼠标、任意尺寸的VGA或者TFT液晶显示屏和触摸屏、CF卡、以太网口、串口、USB口及音频接口等。软件上选用Windows XPe操作系统，可支持多种通用语言，如C++，可靠性高，处理速度快，人机界面友好。

    下位机负责数据采集、开关量I／O、数据预处理、D／A转换等任务，根据需要选择了16位低功耗高性能的MSP430F149芯片。

    上、下位机之间通过RS一485实现串行通信，传输速度快，距离远，并且能够组网，使系统具有良好的可扩展性。

2 工作界面的设计与实现

    本系统上位机操作系统是Windows，因而用C++来进行界面开发就十分方便，并且界面实时性好，友好易用。因此本文运用VC++的MFC，编写基于对话框的工作界面，并且选用上位机串口进行通信。

图1 嵌入式控制系统结构图

    2．1界面结构

    该界面可对注塑机运作情况进行监控，并可通过调整参数等而改变注塑机的工作，根据需求，主要可划分为监控界面和设置界面。

    界面操作流程如图2所示:系统启动，自检完成后进入主画面，从该界面可进人六种操作模式，任何一个操作模式在运行前都应该通过串口向下位机申请信号量，没有取得该信号量的时候不被允许进入该项操作。

图2上位机界面操作流程图

    监控部分:生产状况及各主要参数之监察页面是整个界面系统的重点，承载了主要的控制工作。因为有三种控制工作方式，监控部分可划分为三个子界面，分别是:手动控制模式，半自动控制模式和全自动控制模式。手动模式时上位机发出一个命令，下位机控制注塑机完成一个生产动作;半自动模式时上位机发出一个命令，下位机控制注塑机完成一个生产周期;全自动模式时下位机控制注塑机自动完成上位机设定的N个生产周期。

    设置部分:各动作与状态参数之设置页面。可分为系统参数设置模式，手动调模模式和系统调试模式三个子界面。

    2.2半自动控制界面的设计与实现

    下面以监控工作模式的半自动控制界面为例，分析界面的具体设计与实现。

    2.2.1界面的设计

    整个界面可分为标题栏、菜单栏和工作区三大部分。标题栏显示软件图标，以及当前工作页面名称。菜单栏可实现控制功能以及页面跳转。主工作区对生产状况及各主要参数进行监察。

    主工作区又可分为三个部分:工作环境监控，工艺流程监控，工作情况监控与警报，如图3所示。

    工作环境监控:如时间显示、环境温度显示等等。

    工艺流程监控:将一个塑模的整个工艺周期分为9个工作段，并且以动画形式表现在界面上，更直观方便的实现了对注塑机工作的实时监控。工作情况监控与警报:显示警报监控下的压力值、温度比、运行动作、螺杆转速、动作完成情况等等。

    2.2.2半自动控制模式的实现

    该模式实现的控制功能为:上位机界面向下位机系统发出一个命令，下位机控制注塑机完成一个工作周期。

    算法实现如下:设定一个BULL型控制变量m_w,默认为FALSE，如果菜单项命令“开始/下一模”被点击，该变量变为TRUE，并且向下位机发送开始信号，下位机收到信号后按顺序调用完成一个塑模的9个工作段的全部代码，控制机器完成一周期工作，并且向上位机发送停止信号，上位机收到信号后将m w变为FALSE，界面同时停止监控。部分代码示例如下:

    1)菜单项命令“开始/下一模”被点击时，m_w的状态设定:

  图3半自动模式

    2.3“异或擦除”动画的实现

    为了在实现多种控制功能的基础上，满足人机的友好交互，这里将高实时性且易实现的C++“异或擦除”动画技术运用于界面的开发，将注塑机的实时工作情况以动画形式表现在界面上，更直观方便的实现了监控，如图3所示。

    该动画原理是:在图像所在原位置反色画出图像，二者相消，相当于擦除原图像:并在新位置绘出新图像。如果反复不断地擦除和重新绘画，图像看起来就会像是在屏幕上穿越移动。它占用内存资源少且执行速度快，而诸如利用动态开辟图视口方法、利用显示页和编辑页交替变化、利用画面存储再重放的方法等程序比较复杂，且要对图像不断进行存取操作，这需要耗费大量内存资镶，降低系统实时性，而异或攘除法动画则可以很好解决上述问题。

    该动画的实现过程如下:根据工艺流程独立编写各个工作段显示代码，下位机运行到哪个工作段，上位机获得相应信号，调用相应图像显示代码，以显示当前工作画面。部分代码示例(如开模工作段)如下：

3 串口通信的实现

    本界面提供了与下位机通信的接口，从而形成了一个功能比较完整的系统。通信串口选用RS一485[61，异步，半双工传输，默认通讯协议方式采用ASCII方式。它数据最高传输速率高，抗共模噪声干扰性好，传输距离远，并且能够组网，使系统具有良好的可扩展性。

    安装驱动后，将RS485串口模拟为上位机的COM口，就可以利用VC的通信控件MSComm编程串口通信，进行串口初始化，捕捉并处理各种通信事件，完成接收数据、发送数据等通信管理。该控件采用事件驱动的接收方式。

    向下位机发送数据的部分实现代码如下：

    送数据

    }

4 结束语

    本文构建了基于嵌入式控制系统的注塑机图形工作界面，在完成多种控制功能和通信任务的基础上，将“异或擦除”动画技术运用于嵌入式工作界面开发，实现了图形化的工作监控。测试证明，该界面能够准确稳定地完成实时监控、通信、显示功能，达到了预期的良好效果。

    本文创新点：充分利用硬件资源，实现了多种上位机控制模式算法，并且把“异或擦除”动画技术应用于工业控制(此方法也同样适应用于其他微控制器的人机工作界面)，选用RS485通信增强了系统的可扩展性。