變量穴施水穴播機人機交互界面設計

1.引言
變量穴施水穴播機為一種可根據田間土壤濕度，實現自動變量穴施水的節水抗旱型播種機具，在使用前需對整機進行初始化設置并對相關傳感器及附件進行有效性檢測，在使用中需根據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，利于其推廣應用，設計一簡單、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組成如圖1所示。圖中的單片機是系統的控制中心，選用臺灣Winbond公司的W78E58，它屬8位總線快速51系列單片機，其片內程序存儲空間為32kB，片內數據存儲器空間為512字節。系統采用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盤相關文件中讀出施水量并上傳給單片機，單片機根據施水量來控制執行機構進行施水。為實現水種同步，系統采用光電傳感器對種子的下落進行監控。

3.人機交互用戶界面設計
3.1 功能設計
變量穴施水穴播機在工作之前控制系統要進行自檢，工作過程中可根據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，在設計人機交互界面時必須進行充分的考慮。根據該機具的具體結構及使用要求，本文設計了由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構,每個節點的父節點都是唯一的。

3.2 軟件設計
系統軟件采用C51語言編寫，在Keil環境下編譯和調試。人機交互界面設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相關參數及結構體定義
(1).與菜單操作有關的按鍵定義
#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).根據需求，建立一個結構,并定義一個結構體變量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
uchar KeyTab_PressEnter； //按下“回車”鍵時轉向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressEsc； //按下“返回”鍵時轉向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressDown； //按下“向下”鍵時轉向的菜單ID號
uchar KeyTab_PressUp； //按下“向上”鍵時轉向的菜單ID號
void (*CurrentOperate)()； //當前菜單對應的功能操作函數指針
}KeyTabStruct；