1.引言
變量穴施水穴播機(jī)為一種可根據(jù)田間土壤濕度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量穴施水的節(jié)水抗旱型播種機(jī)具，在使用前需對(duì)整機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置并對(duì)相關(guān)傳感器及附件進(jìn)行有效性檢測(cè)，在使用中需根據(jù)田間土壤水分的分布狀況對(duì)工作模式進(jìn)行切換。為便于用戶對(duì)該機(jī)具的操作，利于其推廣應(yīng)用，設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單、實(shí)用的人機(jī)交互界面是必不可少的。
2.硬件簡(jiǎn)介
變量穴施水穴播機(jī)控制系統(tǒng)組成如圖1所示。圖中的單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，選用臺(tái)灣Winbond公司的W78E58，它屬8位總線快速51系列單片機(jī)，其片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間為32kB，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)方向鍵（“↑”、“↓”、“→”、“←”）、確認(rèn)鍵以及返回鍵。液晶顯示模塊則采用型號(hào)為JHD192×64的點(diǎn)陣型LCD，，最多可顯示48個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字或92個(gè)（16×8點(diǎn)陣）英文字符。GPS接收機(jī)用來(lái)對(duì)機(jī)組進(jìn)行田間定位，USB模塊則用來(lái)從U盤相關(guān)文件中讀出施水量并上傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)施水量來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行施水。為實(shí)現(xiàn)水種同步，系統(tǒng)采用光電傳感器對(duì)種子的下落進(jìn)行監(jiān)控。
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3.人機(jī)交互用戶界面設(shè)計(jì)
3.1 功能設(shè)計(jì)
變量穴施水穴播機(jī)在工作之前控制系統(tǒng)要進(jìn)行自檢，工作過(guò)程中可根據(jù)需要對(duì)工作模式進(jìn)行切換，同時(shí)用戶也可單獨(dú)對(duì)其中一個(gè)附屬部件進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)，因此，在設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面時(shí)必須進(jìn)行充分的考慮。根據(jù)該機(jī)具的具體結(jié)構(gòu)及使用要求，本文設(shè)計(jì)了由4級(jí)菜單組成的人機(jī)交互界面，表1列出了各級(jí)菜單名稱及索引號(hào)(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(gè)菜單呈樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)都是唯一的。
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3.2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用C51語(yǔ)言編寫，在Keil環(huán)境下編譯和調(diào)試。人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的總體思想是以固定格式建立一個(gè)變量庫(kù)和一個(gè)菜單庫(kù)，以索引號(hào)作為各個(gè)變量和菜單的主關(guān)鍵字。變量庫(kù)中專門存放液晶顯示所涉及的變量，每個(gè)變量有一個(gè)變量索引號(hào)；菜單庫(kù)中專門存放各個(gè)菜單的內(nèi)容，每個(gè)菜單有一個(gè)菜單索引號(hào)，菜單中所涉及的變量可以從變量庫(kù)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(gè)結(jié)構(gòu),并定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量KeyTabStruct。
typedef struct
{
uchar KeyTab_MenuIndex； //當(dāng)前菜單的ID號(hào)
uchar KeyTab_MaxItems； //當(dāng)前菜單最大項(xiàng)目數(shù)
uchar KeyTab_PressEnter； //按下“回車”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的菜單ID號(hào)
uchar KeyTab_PressEsc； //按下“返回”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的菜單ID號(hào)
uchar KeyTab_PressDown； //按下“向下”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的菜單ID號(hào)
uchar KeyTab_PressUp； //按下“向上”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的菜單ID號(hào)
void (*CurrentOperate)()； //當(dāng)前菜單對(duì)應(yīng)的功能操作函數(shù)指針
}KeyTabStruct；
該結(jié)構(gòu)中共有6 個(gè)結(jié)構(gòu)元素,分別是5 個(gè)字符型和1 個(gè)指針變量，5 個(gè)字符型變量分別為當(dāng)前及各個(gè)按鍵按下時(shí)所對(duì)應(yīng)菜單的索引號(hào)，最后1 個(gè)指針變量指向需要執(zhí)行的函數(shù)。
(3).臨時(shí)菜單ID定義
uchar  iMenuID；//當(dāng)前顯示菜單的ID
uchar  iMenuNextID；//當(dāng)前菜單中需高亮顯示的菜單ID
3.2.2菜單庫(kù)的構(gòu)建
菜單庫(kù)中存放的是各個(gè)菜單的內(nèi)容，每級(jí)菜單都由兩個(gè)數(shù)組組成。第一個(gè)數(shù)組存放該級(jí)菜單的顯示字符，第二個(gè)數(shù)組存放該級(jí)菜單中每個(gè)子菜單的索引號(hào)，此索引號(hào)用來(lái)作為高亮顯示選中菜單時(shí)的依據(jù)。所有菜單庫(kù)都存儲(chǔ)在單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器中。
3.2.3變量庫(kù)的構(gòu)建
變量庫(kù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組，在結(jié)構(gòu)體數(shù)組里為每一個(gè)菜單項(xiàng)編制一個(gè)單獨(dú)的函數(shù)，并根據(jù)菜單的嵌套順序排好本菜單項(xiàng)的索引號(hào)，以及本級(jí)菜單項(xiàng)的上、下卷動(dòng)的索引號(hào)和上、下級(jí)菜單的索引號(hào)。變量庫(kù)存儲(chǔ)在單片機(jī)的內(nèi)部附加的RAM中。表4.2是專為變量穴施水穴播機(jī)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的變量庫(kù)。表中Items表示同級(jí)菜單最大項(xiàng)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(dú)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(duì)菜單庫(kù)和變量庫(kù)進(jìn)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(gè)人機(jī)交互界面的柜架，因此改動(dòng)菜單時(shí)不必修改主程序。添加菜單時(shí)只需按順序向菜單庫(kù)和變量庫(kù)中加入，刪除或修改菜單也只需對(duì)菜單庫(kù)中相關(guān)菜單進(jìn)行操作，而不影響其它程序。圖2為主程序的流程圖。當(dāng)有任意鍵被按下時(shí)，程序都會(huì)到變量庫(kù)中進(jìn)行查詢操作以確定當(dāng)前菜單應(yīng)執(zhí)行的具體操作。當(dāng)進(jìn)入某一菜單時(shí)，通過(guò)“向上”或“向下”鍵進(jìn)行菜單項(xiàng)的選擇，被選中的菜單項(xiàng)高亮顯示(即反黑顯示)。
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4.結(jié)論
本文的創(chuàng)新點(diǎn)是根據(jù)變量穴施水穴播機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，在JHD19264上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由4級(jí)菜單組成的人機(jī)交互界面。應(yīng)用結(jié)果表明，該界面穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，交互友好。本文提供的設(shè)計(jì)方法及軟件流程也可以用在具有類似人機(jī)接口的儀器設(shè)備中,特別適合于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)。