电压无功控制器人机交互界面设计

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1、 本科毕业论文论文题目：电压无功控制器的人机交互界面设计学生姓名： 学号： 专业： 电子信息工程 指导教师： 学 院： 物理与电子科学学院 2012 年 05 月日1目 录中文摘要 2英文摘要 2一、 引言 3二、 控制原理 41、LCD 屏幕介绍 42、LCD 触摸屏介绍 53、介绍 6、综合控制介绍 65、有功功率 66、无功功率 77、边界震荡九区图 7三、硬件设计 8四、软件设计 9、程序流程图 9、主程序简介 0、彩屏主要程序 2、触摸模块主要程序 3五、界面显示 4六、结束语 6参考文献 623电压无功控制器的人机交互界面设计电压无功控制器的人机交互界面设计摘要：摘要：本设计以 S

2、TM32 为主控芯片，通过 LCD 彩屏显示简单友好的界面提示用户参数输入，并通过屏幕的触摸模块采集用户的输入信息，选择相应的功能，获得控制参数，最终计算出各种所需参数，对电压无功控制器的硬件部分加以控制。该设计能够使用户选择自动优化模式，使系统自动匹配电网参数，或者手工输入参数，获得理想的输出。关键词：关键词：STM32STM32 LCDLCD 电压无功控制器电压无功控制器The design of man-machine interaction interface of reactive voltage controllerDe-shui HaoAbstract: This design

3、uses STM32 as the main controller chip. LCD screen display the simple and friendly interface to users to input parameters.The touch screen gathers users input information to select the corresponding function to gain control parameters. Finally, the main controller computate all kinds of the required

4、 parameters to control voltage reactive controller hardware parts. This design enables users to choose the automatic model to make the system to match power network parameters automaticlly.On the other side, people can input parameters to obtain ideal output.Keywords: STM32 LCD voltage reactive cont

5、roller一、一、 引言引言在电力系统中，发电机输出的功率有两种，一种是有功功率，另外一种是4无功功率。有功功率是保持电设备正常运行的功率，无功功率反映了无源网络中电源与电容和电感之间的能量转换，虽未被网络消耗，但反映了网络内部与外部交换能量能力的大小。大多数电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，

6、使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。所以当无功电源容量不足时，会使电气设备的容量得不到充分利用，降低馈电线路的输电能力，增大线损，使系统电压难以保证，电网向用户输送功率的能力也受到影响。随着电网容量的不断增加，对电网无功功率的要求也与日俱增，因此解决好配电电网的无功补偿问题，对电网的安全和节能降耗有着重要的现实意义。供电系统常由于感性负载过重，造成感性无功过大，电能质量下降，功率因数过低。为提高电能质量和功率因数，维护电力系统安全、稳定地运行，常需在低压侧装设无功补偿装置。电力设备的无功补偿装置可以分为两部分，即硬件部分和软件部分，而软件部分的设备有一项重要的

7、内容即人机界面的交互部分，如果能有一个更为人性化的人机界面，势必会使无功补偿装置操作更为简单方便。二、控制原理二、控制原理无功控制器人机界面交互是以 STM32F103RBT6 芯片作为主控，以 TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器为显示屏幕，并通过外接的 LCD 触摸模块实现控制参数的输入。该主控的作用主要是操控 TFT 触摸屏，通过主控对彩屏的读写功能实现特定界面的特定菜单显示，在操作者通过触摸模块输入数据之后，主控芯片将其显示到屏幕，并进一步发送到控制系统，实现无功控制器的控制。51 1、LCDLCD 屏幕介绍屏幕介绍设计者所采用的 LCD 模块通信方式为串行数据通信模式，其数据及控制

8、引脚如下图所示：其中各引脚功能如下：CS：TFTLCD 片选信号 WR：向 TFTLCD 写入数据 RD：从 TFTLCD 读取数据 D15:0：16 位双向数据线 RST：硬复位 TFTLCD RS：命令/数据标志STM32 通过 D0 到 D15 这 15 条数据线对该模块进行数据传输，并通过其他引脚对模块传输其他控制命令。模块的控制器为 ILI9320，该控制器自带显存，其显存总大小为 172820（240*320*18/8） ，即 18 位模式（26 万色）下的显存量。模块的 16位数据线与显寸的对应关系为 565 方式，如下图所示：最低 5 位代表蓝色，中间 6 位为绿色，最高 5

9、位为红色。数值越大，表示该6颜色越深。 ILI9320 的几个重要命令列表如下：在了解 LCD 基本的功能和使用方法之后，就是对 LCD 的相关设置如下： 1）设置 STM32 与 TFTLCD 模块相连接的 IO。 这一步，先将我们与 TFTLCD 模块相连的 IO 口设置为输出，具体使用哪些 IO 口，这里需 要根据连接电路以及 TFTLCD 模块的设置来确定。 2）初始化 TFTLCD 模块。 其实这里就是上和上面 OLED 模块的初始化过程差不多。通过向 TFTLCD 写 入一系列的设 置，来启动 TFTLCD 的显示。为后续显示字符和数字做准备。 3）通过函数将字符和数字显示到 TF

10、TLCD 模块上。2、LCD 触摸屏介绍触摸屏介绍 我们一般液晶所用的触摸屏，最多的就是电阻式触摸屏了。电阻式触摸屏 利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合 的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基 层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层 外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之 间有许多细小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在 X 和 Y 两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控

11、制器侦测到这一接触并 计算出（X，Y）的位置，再根据获得的位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻 技术触摸屏的最基本的原理。 从以上介绍可知，触摸屏都需要一个 AD 转换器，一般来说是需要一个控制器 的。ALIENTEK TFTLCD 模块选择的是四线电阻式触摸屏，这种触摸屏的控制 芯片有很多，包括：ADS7843、ADS7846、TSC2046、XPT2046 和 AK4182 等。这几款芯片的驱动基本上是一样的，也就是你只要写出了 ADS7843 的驱 动，这个驱动对其他几个芯片也是有效的。而且封装也有一样的，完全 PINTOPIN。所以在替换起来，很方便。 7这里我们选用的 TFTLCD 模

12、块自带的触摸屏控制芯片为 XPT2046。 XPT2046 是一款 4 导线制触摸屏控制器，内含 12 位分辨率 125KHz 转换速率逐步逼 近型 A/D 转换器。 XPT2046 支持从 1.5V 到 5.25V 的低电压 I/O 接口。XPT2046 能通过执行两次 A/D 转换查出被按 的屏幕位置， 除此之外，还可以测量加在触摸屏上的压力。内部自带 2.5V 参考电压可以作为辅助输入、温度测量和电池监测模式之用，电池监测的电压 范围可以从 0V 到 6V。XPT2046 片内集成有一个温度传感器。 在 2.7V 的 典型工作状态下，关闭参考电压，功耗可小于 0.75mW。XPT2046

13、 采用微小 的封装形式：TSSOP-16,QFN-16(0.75mm 厚度)和 VFBGA48。工作温度范围 为-40+85。该芯片完全是兼容 ADS7843 和 ADS7846 的，关于这个芯 片的详细使用，可以参考这两个芯片的 datasheet。3、介绍介绍STM32 系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3 内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列 和 STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到 72MHz，是同类产品中 性能最高的产品；基本型时钟频率为 36MHz，以 16 位产品的价格得到比 16

14、 位 产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。两个系列都内置 32K 到 128K 的闪存，不同的是 SRAM 的最大容量和外设接口的组合。时钟频率 72MHz 时，从闪存执行代码，STM32 功耗 36mA，是 32 位市场上功耗最低的 产品，相当于 0.5mA/MHz。这里选用的芯片为 STM32F103RBT6，对于触摸屏的 控制来说，本芯片的控制能力绰绰有余。、综合控制介绍综合控制介绍基于以上各个模块的介绍，我将通过作为主控，通过编写触摸屏 的显示和触摸接受程序，在电脑终端编译连接，下载到 STM32 中，实时显示各 种信息，为用户提供友好而且易于操作的界面。5 5、有功功率有功功率定义：一个周期内瞬时功率的积分平均值。对于正弦电压及电流，复功率 的实部即有功功率。对于非正弦周期电压及电流，有功功率是直流分量功率及 基波和谐波有功功率之总和。 有功功率一般用 P 表示，P=IUCOS，其单位为 W，其中 I 为电流，U 为电 压， 为电流与电压的偏移相角。6 6、无功功率无功功率在正弦电流电路中，复功率的虚部，且供给电感的无功功