1.引言
變量穴施水穴播機為一種可根據(jù)田間土壤濕度，實現(xiàn)自動變量穴施水的節(jié)水抗旱型播種機具，在使用前需對整機進行初始化設(shè)置并對相關(guān)傳感器及附件進行有效性檢測，在使用中需根據(jù)田間土壤水分的分布狀況對工作模式進行切換。為便于用戶對該機具的操作，利于其推廣應(yīng)用，設(shè)計一簡單、實用的人機交互界面是必不可少的。
2.硬件簡介
變量穴施水穴播機控制系統(tǒng)組成如圖1所示。圖中的單片機是系統(tǒng)的控制中心，選用臺灣Winbond公司的W78E58，它屬8位總線快速51系列單片機，其片內(nèi)程序存儲空間為32kB，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間為512字節(jié)。系統(tǒng)采用4×4型矩陣鍵盤，各鍵分別代表“0”-“9”、4個方向鍵（“↑”、“↓”、“→”、“←”）、確認鍵以及返回鍵。液晶顯示模塊則采用型號為JHD192×64的點陣型LCD，，最多可顯示48個（16×16點陣）漢字或92個（16×8點陣）英文字符。GPS接收機用來對機組進行田間定位，USB模塊則用來從U盤相關(guān)文件中讀出施水量并上傳給單片機，單片機根據(jù)施水量來控制執(zhí)行機構(gòu)進行施水。為實現(xiàn)水種同步，系統(tǒng)采用光電傳感器對種子的下落進行監(jiān)控。
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3.人機交互用戶界面設(shè)計
3.1 功能設(shè)計
變量穴施水穴播機在工作之前控制系統(tǒng)要進行自檢，工作過程中可根據(jù)需要對工作模式進行切換，同時用戶也可單獨對其中一個附屬部件進行檢測和試驗，因此，在設(shè)計人機交互界面時必須進行充分的考慮。根據(jù)該機具的具體結(jié)構(gòu)及使用要求，本文設(shè)計了由4級菜單組成的人機交互界面，表1列出了各級菜單名稱及索引號(ID)。為增加程序的可讀性，菜單的ID定義為有代表意義的字符。從表1可看出，整個菜單呈樹形拓撲結(jié)構(gòu),每個節(jié)點的父節(jié)點都是唯一的。
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3.2 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件采用C51語言編寫，在Keil環(huán)境下編譯和調(diào)試。人機交互界面設(shè)計的總體思想是以固定格式建立一個變量庫和一個菜單庫，以索引號作為各個變量和菜單的主關(guān)鍵字。變量庫中專門存放液晶顯示所涉及的變量，每個變量有一個變量索引號；菜單庫中專門存放各個菜單的內(nèi)容，每個菜單有一個菜單索引號，菜單中所涉及的變量可以從變量庫中抽取。
3.2.1相關(guān)參數(shù)及結(jié)構(gòu)體定義
(1).與菜單操作有關(guān)的按鍵定義
#define KeyUp 10 //“向上”鍵鍵碼
#define KeyEnter 11 //“向下”鍵鍵碼
#define KeyEsc 12 //“返回”鍵鍵碼
#define KeyDown 14 //“回車”鍵鍵碼
(2).根據(jù)需求，建立一個結(jié)構(gòu),并定義一個結(jié)構(gòu)體變量KeyTabStruct。
typedef struct
{
uchar KeyTab_MenuIndex； //當前菜單的ID號
uchar KeyTab_MaxItems； //當前菜單最大項目數(shù)
uchar KeyTab_PressEnter； //按下“回車”鍵時轉(zhuǎn)向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressEsc； //按下“返回”鍵時轉(zhuǎn)向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressDown； //按下“向下”鍵時轉(zhuǎn)向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressUp； //按下“向上”鍵時轉(zhuǎn)向的菜單ID號
void (*CurrentOperate)()； //當前菜單對應(yīng)的功能操作函數(shù)指針
}KeyTabStruct；
該結(jié)構(gòu)中共有6 個結(jié)構(gòu)元素,分別是5 個字符型和1 個指針變量，5 個字符型變量分別為當前及各個按鍵按下時所對應(yīng)菜單的索引號，最后1 個指針變量指向需要執(zhí)行的函數(shù)。
(3).臨時菜單ID定義
uchar  iMenuID；//當前顯示菜單的ID
uchar  iMenuNextID；//當前菜單中需高亮顯示的菜單ID
3.2.2菜單庫的構(gòu)建
菜單庫中存放的是各個菜單的內(nèi)容，每級菜單都由兩個數(shù)組組成。第一個數(shù)組存放該級菜單的顯示字符，第二個數(shù)組存放該級菜單中每個子菜單的索引號，此索引號用來作為高亮顯示選中菜單時的依據(jù)。所有菜單庫都存儲在單片機的Flash存儲器中。
3.2.3變量庫的構(gòu)建
變量庫實質(zhì)上是一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，在結(jié)構(gòu)體數(shù)組里為每一個菜單項編制一個單獨的函數(shù)，并根據(jù)菜單的嵌套順序排好本菜單項的索引號，以及本級菜單項的上、下卷動的索引號和上、下級菜單的索引號。變量庫存儲在單片機的內(nèi)部附加的RAM中。表4.2是專為變量穴施水穴播機人機交互界面設(shè)計的變量庫。表中Items表示同級菜單最大項目數(shù)，子菜單ID=99，表示菜單已到底；父菜單ID=99，表示菜單已到頂；弟菜單ID=99和兄菜單ID=99，表示該菜單為獨生子；函數(shù)FunNull為空函數(shù)。
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3.2.3主程序
主程序的任務(wù)是對菜單庫和變量庫進行解碼操作，完成液晶顯示和鍵盤響應(yīng)的功能。主程序僅提供一個人機交互界面的柜架，因此改動菜單時不必修改主程序。添加菜單時只需按順序向菜單庫和變量庫中加入，刪除或修改菜單也只需對菜單庫中相關(guān)菜單進行操作，而不影響其它程序。圖2為主程序的流程圖。當有任意鍵被按下時，程序都會到變量庫中進行查詢操作以確定當前菜單應(yīng)執(zhí)行的具體操作。當進入某一菜單時，通過“向上”或“向下”鍵進行菜單項的選擇，被選中的菜單項高亮顯示(即反黑顯示)。
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4.結(jié)論
本文的創(chuàng)新點是根據(jù)變量穴施水穴播機的結(jié)構(gòu)特點和使用要求，在JHD19264上設(shè)計并實現(xiàn)了由4級菜單組成的人機交互界面。應(yīng)用結(jié)果表明，該界面穩(wěn)定可靠，操作簡單，交互友好。本文提供的設(shè)計方法及軟件流程也可以用在具有類似人機接口的儀器設(shè)備中,特別適合于具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)。