基于無線警報系統(tǒng)的LCD顯示菜單設(shè)計

摘要：為了在無線警報系統(tǒng)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、顯示及存儲等屏幕顯示功能，提出了基于4*4個鍵盤交互的LCD顯示多屏菜單設(shè)計方法。以ARM CortexTM-M0群說奈⒋理器為主控芯片，結(jié)合點陣液晶模塊HTM12864進(jìn)行C語言程序系統(tǒng)設(shè)計。對菜單數(shù)據(jù)項和功能函數(shù)進(jìn)行獨立設(shè)計，使菜單顯示窗口化，并為每個窗口配置一個按鍵處理的回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)窗口切換。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，該方法實現(xiàn)簡單，占用內(nèi)存少，操作界面簡便，達(dá)到設(shè)計方法的目的。

隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，“智能家居”已經(jīng)走入了我們的生活中。智能家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機技術(shù)、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的安全、舒適、健康的居住環(huán)境。家居報警系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，實現(xiàn)智能家居環(huán)境下的安防智能化，人機交互界面美觀可靠，操作方便等是安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

無線警報系統(tǒng)利用無線通信和傳感技術(shù)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集家庭內(nèi)的信息，并通過無線通信將異常情況及時傳輸給用戶或保安人員，用戶遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程防火防盜警報。本文介紹在智能無線警報系統(tǒng)中實現(xiàn)多級菜單功能，方便設(shè)置和操作。

在傳統(tǒng)的多級菜單的實現(xiàn)辦法上，文獻(xiàn)提出兩點改進(jìn)：把菜單項數(shù)據(jù)與功能程序分開和復(fù)用菜單項。文獻(xiàn)提出了一種基于單片機系統(tǒng)的多級菜單模塊化編程方法，使得程序編寫效率較高，軟件維護(hù)簡單。文獻(xiàn)提出基于飛思卡爾單片機MC9S08GT60控制的LCD人機界面方案，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信、字符顯示以及波形監(jiān)測等功能。文獻(xiàn)采用一鍵多義的非編碼制鍵盤用標(biāo)記轉(zhuǎn)移算法，設(shè)計出基于4個鍵盤交互的多屏菜單系統(tǒng)。

鑒于之前的改進(jìn)及設(shè)計方法，獨立LCD顯示模塊，引入菜單窗口化的設(shè)計方法，使菜單項數(shù)據(jù)和函數(shù)功能完全分離，在菜單窗口下分行顯示菜單項，同時完善LCD顯示與鍵盤處理交互方法。為智能無線警報器設(shè)計開發(fā)4 x 4鍵盤與128x64圖形點陣LCD模塊交互的程序，在不同菜單窗口下，通過函數(shù)指針調(diào)用不同的按鍵處理函數(shù)，實現(xiàn)不同菜單窗口之間的切換。具有多級菜單顯示結(jié)構(gòu)，可完成分級菜單顯示、參數(shù)設(shè)置及存儲等常用功能，而且操作方便快捷。

1 智能無線警報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能無線警報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由單片機控制模塊、GSM通信模塊、無線傳感器接收模塊、LCD模塊、電源模塊等組成。

各個模塊簡介：MCU：主控芯片，實現(xiàn)與各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和過程控制。GSM模塊：提供GSM通信功能，支持語音和短信收發(fā)，SPK和MIC由GSM模塊處理，MCU不需要參與，GSM模塊通過UART串口與MCU通信，完成警報信息的發(fā)送、接收控制和語音通信功能;Buzzer：蜂鳴器，警報時產(chǎn)生蜂鳴聲;Siren：警笛，警報時參數(shù)警笛聲;ASK433模塊：接收433Mhz警報信息;Key：包括矩形鍵盤和各類功能按鍵，用于用戶密碼的輸入、各類設(shè)置和緊急警報等;LCD顯示：采用132*64液晶顯示模塊，通過SPI與MCU通信，可通過鍵盤完成對警報手機的設(shè)置和更改，并將設(shè)置和更改數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、顯示、存儲參數(shù)等功能。

2 LCD模塊總體設(shè)計

2.1 軟硬件開發(fā)環(huán)境介紹

本系統(tǒng)使用的主控芯片為新唐的NUC100，該芯片是32位內(nèi)嵌ARM Cortex-M0內(nèi)核的微控制器，運行頻率可達(dá)50MHz，內(nèi)建128K字節(jié)的Fla sh存儲器，4K/8K/16K字節(jié)內(nèi)建SRAM和4K字節(jié)用于存儲ISP引導(dǎo)代碼的ROM。另外還有豐富的外設(shè)，如定時器，看門狗定時器，RTC，RDMA，UART，SPI/MICROWIRE，I2C，IS，PWM定時器，豐富的GPIO，PS2，12位ADC，模擬比較器，低電壓復(fù)位控制盒欠壓檢測功能。按鍵類型為4*4的矩陣，即0～9，*，#，OK，↑， ↓，DEL鍵。本系統(tǒng)使用的LCD顯示屏的類型為HTM13264，分辨率是132*64的，顯示類型為點陣，數(shù)據(jù)輸入方式為SPI。

軟件編譯環(huán)境為Keil μVision4編譯器，μVision4集成開發(fā)環(huán)境、仿真器、調(diào)試器等，提供一個單純統(tǒng)一的環(huán)境，可以快速的編輯、仿真和調(diào)試程序。通過μVision4的工具條，就可以實現(xiàn)絕大多數(shù)調(diào)試和編輯的功能。

2.2 LCD菜單顯示需求分析

根據(jù)該系統(tǒng)菜單的設(shè)計，LCD屏幕分四行顯示，每行可以允許顯示8個漢字字符，16個英文字符，如圖2所示第一行是狀態(tài)欄，顯示感應(yīng)器注冊、通信模塊信號量和電池電量，其他三行根據(jù)不同場景顯示不同的內(nèi)容，所有設(shè)置項目分三級菜單。

2.3 LCD菜單顯示原理

菜單顯示設(shè)計主要分為按鍵處理和菜單窗口兩部分，主要原理是在主程序中設(shè)置一個按鍵處理程序，各菜單窗口利用統(tǒng)一的按鍵接口函數(shù)對按鍵處理程序中的按鍵函數(shù)指針進(jìn)行重定向設(shè)定，使得按鍵處理程序能夠指向各菜單窗口。每次按鍵操作完畢，均回到主程序。

2.3.1 菜單窗口實現(xiàn)方法

除狀態(tài)欄外，將其他所有需要顯示的菜單內(nèi)容窗口化，即空閑窗口，第一級菜單窗口，第二級菜單窗口，第三級菜單窗口，之外還需要增加提示窗口。以窗口為單位來顯示，可以簡化進(jìn)入、返回操作的處理。細(xì)化窗口下的顯示，即將每個窗口分為三行顯示，每行的顯示內(nèi)容根據(jù)上級窗口的ID來定義。為每個窗口配置一個按鍵處理回調(diào)函數(shù)，在收到按鍵中斷后，交由回調(diào)函數(shù)處理當(dāng)前的窗口上的回調(diào)函數(shù)。

2.3.2 行顯示實現(xiàn)方法

顯示行的類型應(yīng)該分為可編輯字符型，可編輯密碼型和不可編輯類型。行的顯示是包含在窗口中的，需要為窗口創(chuàng)建一個顯示行的棧，或者是一個顯示數(shù)組，用來支撐列表式的顯示方式。

2.3.3 窗口進(jìn)入、退出規(guī)則

如圖3所示，為空閑界面下進(jìn)入其他菜單的處理規(guī)則，其他窗口的處理于此類似。所有非編輯窗口都做超時處理，超時后都要返回到空閑界面。窗口返回時，返回到上一窗口的進(jìn)入位置。

2.3.4 窗口具體實現(xiàn)方法

包含空閑窗口在內(nèi)，整個界面的窗口顯示共有4個窗口?？臻e窗口應(yīng)該為程序的常駐窗口，即開機后空閑窗口的顯示數(shù)據(jù)就會一直存在于RAM中，其余窗口則是根據(jù)按鍵事件的處理來創(chuàng)建和銷毀。由于無法做到動態(tài)內(nèi)存分配，所以窗口的銷毀并不會帶來內(nèi)存的釋放，而只是數(shù)據(jù)清除。每一級的窗口顯示列表根據(jù)菜單樹分級的定義應(yīng)該為一固定值，并為每一個項目條標(biāo)記一個ID，用作循環(huán)顯示以及作為類型標(biāo)記，如圖4所示。每個顯示窗口都包含3個顯示行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來為每次屏幕刷新提供數(shù)據(jù)。每個按鍵設(shè)有專門的程序處理入口。

3 系統(tǒng)運行結(jié)果

在新唐NUC100上和HTM13254的硬件平臺上，實現(xiàn)了LCD多級菜單的顯示，參數(shù)設(shè)置及存儲功能。上電初始化屏幕之后，顯示的空閑屏幕通過輸入不同的密碼進(jìn)入不同的菜單窗口，當(dāng)輸入正確的安防密碼之后，進(jìn)入安防設(shè)置界面，如圖5所示;當(dāng)輸入正確的設(shè)置密碼之后，進(jìn)入操作設(shè)置界面，如圖6所示。以上兩個不同的窗口下，都可以通過上下鍵，移動光標(biāo)，實現(xiàn)翻屏顯示;通過確定鍵進(jìn)入下一級菜單;通過返回鍵返回上一級菜單出口或者直接退出到空閑界面。

設(shè)置參數(shù)時，通過上下鍵和確認(rèn)鍵選擇要設(shè)置的參數(shù)，不可編輯類型，如安防設(shè)置窗口，直接按下確定鍵設(shè)置?？删庉嬜址?，如短信或者電話號碼設(shè)置，在進(jìn)入設(shè)置界面之后，通過上下鍵和確定鍵進(jìn)入電話號碼設(shè)置界面，通過上下鍵選擇要編輯的菜單項，此時，按下*號鍵，進(jìn)入編輯界面，如圖7所示，通過鍵盤上4*4的鍵盤矩陣，輸入大小寫字符及數(shù)字，按下確定鍵，即可保存輸入的數(shù)據(jù)，如圖8所示。

實驗結(jié)果表明，LCD菜單屏顯示界面簡潔美觀，和鍵盤交互操作方便快捷。LCD菜單的顯示程序按模塊化設(shè)計，不受其他模塊程序等其他任何程序的影響。增加鍵盤有效性檢查，視誤操作為無效操作，保持在當(dāng)前窗口，減少了用戶的操作量;當(dāng)無線安防警報系統(tǒng)功能擴增時，LCD模塊程序的結(jié)構(gòu)不變，有利于功能擴展。

4 結(jié)束語

介紹了多級菜單新的設(shè)計模式，仿照棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使菜單設(shè)計變得更為簡單方便，軟件維護(hù)更容易，為每個菜單窗口配置一個按鍵處理回調(diào)函數(shù)，產(chǎn)生按鍵中斷后，交由回調(diào)函數(shù)去處理當(dāng)前窗口上的按鍵反應(yīng)。通過安防警報系統(tǒng)實現(xiàn)的實際應(yīng)用表明，以上方法是切實有效的。同時，這些方法也為其他控制系統(tǒng)的多級菜單設(shè)計提供了參考和選擇。