基于按键触发方式的PDA寿命检测系统

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基于按键触发方式的PDA寿命检测系统


摘要：开发了一种基于按触发方式的PDA产品寿命检测系统。详细介绍了该系统的功能、工作原理、设计方案及硬件结构；并针对实时性较强的多任务程序设计，介绍了集中调用、参数返回的程序调用方法。实际应用表明，该系统安全性高，稳定可靠、操作简单灵活。    关键词：按键触发 接触力检测 界面转换
由于PDA产品外观小巧、操作方便、便于携带，使其深受消费者的青睐。有些袼顺使用过程中经常出现屏幕损坏、按键失效等现象，导致产品的寿命达不到规定要求。所以作为PDA产品关键部件的屏幕，其寿命往往决定PDA产品的使用寿命，而作为易损件的按键也是限制PDA产品寿命的一个瓶颈。本文研制的检测系统可用来检测PDA产品在规定的极限温度和湿度环境中按键的疲劳寿命。
1 检测原理
通常，PDA产品都具有节能工作模式或者自动关功能，若长时间不对其进行操作，屏幕就处于非工作状态。屏幕检测就是不断地触发PDA产品的按键，保证屏幕在检测过程中处于工作状态。检测时，PDA产品被放在一个温度和湿度可调的密闭环境中。

    按键寿命检测是记录按键在正常状态下被按下的次数。方法是在按键间的接触力，如果接键力在正常范围内，则认为按键处于正常工作状态，按键触发次数加1；如果接触力超出正常范围，则认为按键被卡死；如果接触力低于正常范围，则认为按键没有及时弹起。后两种情况都认为按键出现故障。
2 系统组成及功能介绍
检测控制系统由主控电路、触发检测装置、人机交互装置、电源自动关闭定时装置和电压变换及过流保护装置组成，如图1所示。

    CPU为控制系统的核心，采用89C55WD单片机，该芯片自带看门狗电路，片内存储器容量大，完全兼容其它51系列单片机的特点，使得外围电路简单。由于要同时检测多个PDA产品，选用8255A对89C55WD的I/O口进行扩展。触发记录采用×25045完成，该芯片具有电压保护功能并具有4K串行输入的E2PROM，可用来记录按键被按下的次数。当检测系统停止工作时，E2PROM记录的数据不会丢失；当系统再次工作时，可以在上次记录的基础上进行记录。触发检测装置包括按键触发探头（这里采用继电器）、压力传感器、放置PDA产品的伸缩滑道及温度湿度可调的密封容器。

    检测时，被测PDA产品按照一定顺序放置在伸缩滑道的规定位置上，CPU通过调整继电器的通电时间及通电频率控制触发探头接触PDA产品的按键的时间及触频率。

    压力传感器检测按键及触发探头接触时的压力，检测结果经过A/D转换接口被送到CPU进行处理。
继电器和CPU之间设有光电隔离及功率放大电路，前者阻止继电器电流的变化对主控制电路的干扰，后者用于放大继电器的驱动电流。
人机交互装置包括键盘和LCD显示两部分。通过操作键盘，操作者可以选择被测对象、输入检测时间和触发频率等检测参数，还可随时停止对某个PDA的检测。LCD为操作者提供了上述参数的设置界面，并实时地显示设置的检测参数、检测的时间进程和按键的触发次数。

    利用电源自动关闭定时装置可以设定检测系统的工作时间，当操作人员忘记关闭检测系统的电源时，系统会自动继电，防止事故发生。该定时装置的定时时间可调。
电压变换及过流保护装置将220V交流电转换为稳定的5V及１2V直流电。由于有时需要同时对多个PDA产品检测，系统的输出电流较大，因此为保护直流电源，这里采取了过流保护措施。
3 系统的硬件设计
硬件设计主要包括继电器输出控制设计、LCD显示和键盘电路设计等部分。
3．1 继电器输出控制电路
继电器输出控制电路如图2所示。功放电路采用ULN2803。ULN2803是八组NPN型达林顿功放三极管集成芯片，典型的输入电压是5V，集电极输出功率可达50V×600mA。续流二极管D用来保护ULN2803，L、RL分别为继电器的电感和内阻，Bi、Ci为八路输入输出中的一路。光电隔离电路采用TLR521。控制信号由89C55WD产生，通过8255A的输出口加在TLP521的输入端。
3．2 LCD显示电路设计
LCD采用内藏T6963C控制器的图形液晶模块。点阵为160×128，工作频率为5.5MHz，可满足实时监控的要求，并带有背光。图3为89C55WD与该液晶控制模块的电路连接图。
3．3 键盘电路设计
这里采用4×4键盘，十个数字键、四个方向键、一个“确认”键和一个“清除”键。键盘电路和A/D转换电路都比较简单，不再多述。
4 系统软件设计
4．1 集中调用、参数返回的程序调用方法
集中调用是指只有主程序具有调用某些子程序的权限，而子程序之间没有相互调用的权力；参数返回就是指当前从某个子程序转换到另一个子程序时，程序并不直接进入后者的入口地址，而是将后者的入口地址作为参数返回，主程序根据该参数调用相应的子程序。该方法有效地避开了多个子程序相互嵌套、递归调用的层次太深的缺陷，使程序运行可靠、可读性强。
本软件系统包括定时中断、时间处理、触发控制、触发压力检测、键盘处理及各界面显示等子程序。这里通过介绍主程序及检测状态界面子程序来说明集中调用、参数返回的程序设计方法在子程序相互转换中的实现。限于篇幅，其它子程序不作详细介绍。
4．2 主程序设计
根据液晶屏幕的大小，半显示的内容分为四类，分别用四种界面显示，即开机界面、检测状态界面、参数设置界面和停止检测选择界面，每一界面对应一个子程序。
检测状态界面如图4所示，它将操作者设置的每个PDA产品的检测参数、监控进程（已完成的检测时间）和按键被按下的次数实时地显示出来。由于要同时检测多个PDA产品，该界面由若干帧组成，每一帧显示四个PDA产品的检测情况，具有设置、停止、继续和返回四个命令按钮。
参数设置界面为操作者提供了对检测参数进行设置的环境，包括选择要测试的PDA产品以及设置检测时间、继电器触发频率等。
停止检测选择界面可以让操作者有选择地终止某个正在检测的PDA产品，而不影响其它产品的正常检测。
以上四类界面子程序间的相互转换采用了集中调用、参数返回的程序调用方法，图5为主程序流程图。
4．3 检测状态界面子程序
参见图4，操作者可通过键盘上的方向键将屏幕光标移动到屏幕上的四个命令按钮处，按下键盘上的“确认”键，表示该命令按钮被选中。程序进入到该子程序时，首先判断设置按钮是否被选中，如果选中则将参数设置子程序的入口地址为返回值返回主程序，主程序根据该返回值调用参数设置子程序。若该按钮没有被选中，则继续判断其它按钮是否被选中。如果所有按钮都没有被选中，则依次调用时间处理子程序、触发控制子程序、触发力检测子程序，读取压力传感器的输入值并进行A/D转换及其它处理。最后调用键盘处理子程序判断是否有功能键被按下，进入到检测状态界面子程序入口处，完成一个循环。检测状态界面子程序框图如图6所示。其它界面子程序的设计方法与此类似，这里不再说明。
经用户使用证明，本文介绍的PDA按键触检测控制系统可以在不同温度、湿度下对PDA屏幕及按键进行寿命检测，且安全可靠、操作简单、使用灵活、具有很好的人机交互界面。