0 引言
醫(yī)用數(shù)據(jù)采集" title="醫(yī)用數(shù)據(jù)采集">醫(yī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠為醫(yī)務人員及時有效的提供患者的第一手數(shù)據(jù),，有助于加強醫(yī)院的現(xiàn)代化信息管理和提高工作效率,。而在家庭保健方面，它能夠滿足人們在快節(jié)奏的工作生活中及時準確的獲知自身及家人的健康狀況,。在設備的日常使用中,，良好的人機接口" title="人機接口">人機接口設計，也將為設備使用人員節(jié)約大量的時間并提供極大的便捷,。本文主要以LM3S3748為核心,，并采用TFT液晶作為系統(tǒng)的顯示設備，而用觸摸屏和手柄控制器作為系統(tǒng)的控制設備,，介紹了其人機接口的設計方法,。
1 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)人機接口主要包括TFT液晶、觸摸屏和手柄控制器,，其結構框圖如圖1所示,。其中TFT液晶亮度好，對比度高,，層次感強,，顏色鮮艷，因此,，在不考慮耗電的情況下,，TFT液晶是一個很好的選擇。觸摸屏采用模數(shù)轉換芯片ADS7843對觸摸屏的數(shù)據(jù)進行采樣,，再對其采樣的輸出值經(jīng)過校準程序,，即可以得到其觸摸屏的物理坐標。手柄控制器采用Modbus協(xié)議,，并通過串口對核心板進行控制,。
1.1 控制單元
本系統(tǒng)的控制單元可采用TI公司的LM3S3748，支持主頻為50 MHz的ARM" title="ARM">ARM Codex-M3內核和128 KByte FIASH,、64 KByte SRAM,。同時集成有USB HOST／DEVICE／OTG、睡眠模塊,、正交編碼器,、ADC、帶死區(qū)刪,、溫度傳感器,、模擬比較器、UART,、SSI,、通用定時器，I2C,、CCP,、DMA控制器等外設,。此外，芯片內部還固化有驅動庫,，能較好的滿足系統(tǒng)需求,。
1.2 液晶接口電路
液晶可選用3.2寸TFT(240×320)26萬色彩屏觸摸模塊，該模塊支持SD卡和DATAFLASH,，同時支持16位／8位模式,。該模塊可以實現(xiàn)顯示畫面的180度任意旋轉使用，并帶觸摸屏及觸摸控制芯片,。模塊默認i8080 16位并行接口,，并可選8位并行接口方式。其液晶接口電路如圖2所示,。
1.3 觸摸屏控制電路
觸摸屏控制芯片采用的ADS7843是TI公司生產(chǎn)的4線電阻觸摸屏轉換接口芯片,。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉換器。ADS7843具有兩個輔助輸入(IN3,、IN4),，可設置為8位或12位模式。
ADS7843可以通過連接觸摸屏X+將觸摸信號輸入到A／D轉換器,，同時打開Y+和Y-驅動,，然后再數(shù)字化X+的電壓，從而得到當前Y位置的測量結果,，同理,，也可以得到X坐標的邏輯坐標。當?shù)玫絏,、Y的邏輯坐標后,，通過SPI接口將數(shù)據(jù)傳送給LM3S3748進行數(shù)據(jù)處理。其ADS7843的外部電路如圖3所示,。
1.4 RS232串口通信電路
RS232串口主要用于手柄控制器與核心板的通信,，這類似于人機接口中的鍵盤接口。它們之間通過Modbus協(xié)議進行通信,。其RS232串口通信電路如圖4所示,。
2 系統(tǒng)軟件設計
2.1 觸摸屏軟件設計
ADS7843具有兩種工作模式，分別為單端基準模式和差分基準模式,。同時還可以對其進行12位或8位轉換模式的選擇,。本設計采用差分基準模式和12位轉換模式，即：
WriteCharTo7843(0xD0),；∥送控制字10010000,，
即用差分方式+12位轉換模式，讀X坐標,；
……
WriteCharTo7843(0x90),；∥送控制字11010000,，
即用差分方式+12位轉換模式，讀Y坐標,；
CPU采用中斷方式對坐標進行讀取,。當未對屏幕進行觸摸時，ADS7843的引腳PENIRQ為高電平輸出,，當對屏幕有觸摸動作時，引腳PENIRQ變?yōu)榈碗娖捷敵?，每當CPU檢測到這個引腳的下降沿時,，系統(tǒng)進入中斷讀取坐標。其坐標值讀取的流程如圖5所示,。當CPU在每一次獲取邏輯坐標的過程中,，實際上分別對X、Y坐標進行了11次讀取,，然后將讀取到的邏輯坐標值分別存入兩個數(shù)組,，并且對這兩個數(shù)組中的值進行冒泡排序，使其從小到大依次排列后,，再去掉最大和最小的兩個數(shù)值,，并將中間值作為基準，余下數(shù)值與基準值進行求差的絕對值運算,。設計中可設定一個閥值(此閥值可根據(jù)實驗設置為5),，如果絕對值大于閥值，則拋棄此值,，最后將剩余數(shù)值求和平均,，并將其作為最終邏輯坐標值。這就是流程圖中“數(shù)據(jù)處理”所完成的功能,。
系統(tǒng)中的主程序流程圖如圖6所示,。其中觸摸屏校準處理采用了一種較為通用的校準算法。由于電阻式觸摸屏有一個共性,，那就是電壓成線性均勻分布,，所以，只要求出邏輯坐標與物理坐標的比例系數(shù),，就可以實現(xiàn)邏輯坐標與物理坐標的轉換,。首先可確定5個物理坐標點。并依次在屏幕上用“+”顯示,，同時將其坐標值用數(shù)組Set_x[4]保存起來(以X坐標為例),。校準過程中讀出的邏輯坐標值則用數(shù)組Read_X[3]存儲。最后求出邏輯坐標與物理坐標的比例系數(shù)：
K1=(Read_x[1]-Read_x[0])／Set_X[1]-Set_x[0]),；
K2=(Read_X[3]-Read_X[2])／Set_X[3]-Set_x[2]),；
KX=(K1+K2)／2,； ∥對兩次運算的值求平均得到最終的X比例系數(shù)
求得比例系數(shù)后，再以設置的第5點作為基準點(Set_X[4]),，這樣就可求出任意觸摸點的物理坐標：
X=(ReadX-Read_X[5])／KX+Set_X[4],；
同理，也可求出Y軸的物理坐標,。
2.2 Modbus通信協(xié)議
本系統(tǒng)采用Modbus作為手柄控制器與核心板之間的通信協(xié)議,。Modbus通信使用主-從技術，即僅一設備(主設備)能初始化傳輸(查詢),，其它設備(從設備)根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應反應,，主機查詢和從機回復的消息結構如圖7所示。主設備可單獨和從設備通信,，也可以廣播方式和所有從設備進行通信,。如果單獨通信，則從設備返回一消息作為回應,；而如果是以廣播方式查詢,。則不作任何回應。Modbus協(xié)議建立了主設備查詢格式,，包括設備(或廣播)地址,、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)錯誤檢測域,。從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構成,，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù),、和錯誤檢測域,。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令,，那么,，從設備將建立一個錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。
Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種傳輸模式,，但在同一個Modbus網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù),。本設計采用RTU模式，即在消息中的每8 Bit字節(jié)都包含兩個4 Bit的十六進制字符,，因而在同樣的波特率下,，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。RTU模式的消息結構如圖8所示,。當手柄控制器檢測到有按鍵被按下時,，就將被按下鍵的鍵碼按RTU消息幀的結構并通過串口發(fā)送給核心板。核心板接收到手柄控制器發(fā)送的信息后，首先進行CRC校驗,，校驗正確后,，核心板將根據(jù)鍵碼進行相應操作，并且回應手柄控制器,，若CRC校驗出錯,，則核心板回應手柄控制器錯誤信息，從而完成一次通信后,，系統(tǒng)便等待下一次通信,。
3 結束語
本文所設計的人機接口通過實際使用證明其通訊穩(wěn)定可靠，操作簡單方便,，完全可以滿足醫(yī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求,。并且該設計具有很強的移植性，可以根據(jù)使用系統(tǒng)的復雜性進行完善,。因而具有相當廣泛的使用范圍。
