播種監(jiān)視器終端UI及控制軟件設計

1、    播種監(jiān)視器終端ui及控制軟件設計    單愛軍劉春旭許劍平摘要：用戶界面（user interface，簡稱 ui，亦稱使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行信息交換的媒介。在實際作業(yè)過程中，與播種監(jiān)視器配套使用的終端由于其使用環(huán)境和用戶群體的特殊性，對其ui設計提出了更高的要求。為此，以沃爾農裝科技有限公司生產的2bjq系列高速精量播種機配套的bjq-18播種監(jiān)視器為例，對其終端ui設計進行了具體說明，同時對相應控制軟件的設計做了簡要介紹。關鍵詞：播種監(jiān)視終端;ui;播種機;控制軟件精量播種機尤其是大型氣吸式高速精量播種機，由于具有作業(yè)質量好、作業(yè)效

2、率高、性能可靠等諸多優(yōu)點，受到用戶的普遍歡迎。但由于其作業(yè)幅寬大，作業(yè)行數(shù)多，為了及時發(fā)現(xiàn)因機械傳動故障或其它原因導致的“缺種”現(xiàn)象，必須配備播種監(jiān)視器進行輔助作業(yè)。播種機在田間作業(yè)時經(jīng)常受到日光直射、震動顛簸、發(fā)動機噪聲等諸多不利因素的影響，因此播種監(jiān)視器終端在進行ui設計時要采取相應的措施解決上述問題。同時，由于拖拉機駕駛員的技術水平普遍不高，使得ui設計的復雜程度也會受到一定的限制。本文結合農業(yè)生產實際，對播種監(jiān)視器終端ui的設計進行了詳細說明，并對終端控制軟件的邏輯框架及主要的功能模塊進行簡要介紹。1終端ui設計1.1vgus組態(tài)屏終端使用的液晶屏選用了武漢中顯科技有限公司生產的vgu

3、s（viewtech graphical user software）組態(tài)屏，它采用變量驅動的數(shù)據(jù)傳輸方式，所有顯示的字符、圖標等都定義為一個變量，并分配變量存儲地址、定義顯示格式，然后生成配置文件并下載保存到串口屏里。在需要刷新顯示時，用戶僅需將變量內容和變量存儲地址通過串口對應發(fā)送給串口屏，串口屏會自動按照定義好的顯示格式顯示。終端液晶屏選用的型號為 sdwe070t09t/c/n，該型號為高亮度型產品，可適用于野外工作環(huán)境，其主要性能參數(shù)如表所示。1.2開發(fā)工具配套的開發(fā)軟件為該公司提供的vgus4.3開發(fā)工具。vgus開發(fā)工具是武漢中顯科技有限公司設計的一款組態(tài)型、用戶圖形界面設計軟件

4、，用戶只需要通過“準備工程素材”“設計工程界面”以及“下載配置文件”三個步驟，就可以完成復雜的人機交互設計，擺脫了傳統(tǒng)終端ui設計繁瑣復雜的過程。表終端液晶屏主要性能參數(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)尺寸/in7分辨率800×480顯示色彩64k真彩色背光類型led壽命/h20000亮度/cd·m-21000（軟件可調）可視角度l：70°r：70°u：50°d：70°工作溫度/-2070存儲溫度/-30802終端ui設計需要解決的問題2.1陽光直射對于可視性的影響試驗證明，盡管選用的液晶屏亮度高達1000 cd/m2，但是在陽光直射的情況下依然無法有效地辨

5、識較為細小的文字內容。為解決這一問題，采用了如下幾種技術手段：（1）盡量采用較大尺寸的圖形變量的顯示方式，避免使用小點陣的字符顯示方式，可以有效地提高辨識度和操作便捷性。（2）采用以黑色或深藍色為底色，白色或明黃色等為圖標顏色，形成強烈的反差對比，使顯示內容清晰可辨、易讀易懂。（3）采用人工語音合成技術，在必要的時候進行作業(yè)參數(shù)或工況的語音自動播報，增加信息獲取方式，減少對液晶屏參數(shù)讀取的依賴。（4）采用遮光罩，結合萬向調節(jié)支架，通過人工調節(jié)的方式，改變顯示終端的朝向，避免陽光直射的干擾。（5）采用光線傳感器結合軟件自動亮度調節(jié)功能，對于顯示亮度進行智能控制，既能適應白天陽光充足的應用場合，也

6、能滿足夜間作業(yè)的低照度要求。2.2震動顛簸對于操作的影響田間作業(yè)時，由于地況地貌的不同變化及地表雜物的影響，經(jīng)常出現(xiàn)持續(xù)性、幅度較大的顛簸現(xiàn)象，從而對機手的按鍵操作產生不利影響。為此，設計時采取了以下幾種措施：（1）采用電阻式觸摸屏。相對于電容式觸摸屏而言，電阻式觸摸屏是通過壓力傳感的方式工作的，具有更高的防止誤觸性能，更加適用于顛簸作業(yè)環(huán)境。同時，支持戴手套操作，為機手提供了更大的便利性。（2）在終端ui設計時，盡量采用大尺寸的觸摸按鍵區(qū)域設計，上下或左右相鄰的功能按鍵應留有足夠尺寸的安全區(qū)域，可以最大限度地防止“誤觸”現(xiàn)象的發(fā)生。（3）增加ccd攝像頭及定向麥克風等外設，通過手勢識別及語音

7、識別等多維交互方式，在作業(yè)時盡量避免直接按壓的輸入方式，提高操作的便捷性和易用性。2.3機手技術水平普遍較低的影響目前，農村勞動力大量外流的現(xiàn)象非常普遍，受此影響，在農忙季節(jié)機手屬于炙手可熱的稀缺資源，用戶沒有過多的選擇余地。但是，農村人口受教育程度相對較低，因此在終端ui設計時要考慮以下幾個問題：（1）ui的復雜程度不能過高，將常用的功能集中在主界面中，不常用的輔助功能或參數(shù)設置功能集成在設置子界面中。設置子界面如圖1所示。（2）增加“一鍵恢復”功能。當用戶由于錯誤設置或其它原因導致設置參數(shù)混亂時，可以很方便地恢復出廠設置，避免錯誤的參數(shù)設置對播種監(jiān)視器的正常工作造成不利影響。（3）充實“幫

8、助信息”的內容，除了文字、圖例等常規(guī)的說明方式以外，輔之以圖片、視頻、音頻等多媒體資料，幫助用戶盡快掌握操作要領。幫助信息畫面如圖2所示。（4）在ui界面的右下角顯示產品技術支持人員的微信二維碼，機手可以通過掃碼的方式與相關人員取得聯(lián)系，再通過電話或視頻聊天的方式解決所遇到的問題。3控制軟件終端的硬件核心選用深圳宏晶公司的stc單片機，型號為stc12c5a60s2，因此其控制軟件的編寫采用mcs-51匯編語言，編譯環(huán)境為“偉福6000”軟件模擬器，通過官方提供的stc-isp v4.83編程軟件進行燒錄編程操作，軟件調試采用rs-232串口輔助的方式。由于程序代碼量較大，故采用分段調試的方式

9、，即約定好子程序的入口參數(shù)和出口參數(shù)，先將子程序單獨調試完成，再逐步增加主程序內容和子程序調用，每一步都要進行串口模擬驗證，最終完成整個程序的調試。下面將控制程序的邏輯框架以及主要的功能模塊進行簡要介紹。3.1控制程序的邏輯框架控制軟件需要同時處理多達18行種管的落種數(shù)據(jù)，為了提高檢測的實時性，采用了引入t0定時中斷的方式，即每1/4096 s定時中斷1次。在中斷服務程序中，主要處理一些對實時性要求較高的進程，如液晶屏串口數(shù)據(jù)通信、種管落種數(shù)據(jù)采集、行進速度數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)計時、循環(huán)顯示及隱藏菜單進入識別等。此外，供主程序調用的子程序主要列舉如下：（1） 液晶屏初始化子程序;（2） 液晶屏數(shù)據(jù)通

10、信處理子程序;（3） 參數(shù)設定值讀寫子程序;（4） 按鍵識別子程序;（5） 顯示亮度調節(jié)子程序;（6） 模擬量采樣子程序;（7） 種管播種狀態(tài)判斷子程序;（8） 作業(yè)計時子程序;（9） 作業(yè)參數(shù)統(tǒng)計子程序;（10） 掉電數(shù)據(jù)保護處理子程序。3.2液晶屏數(shù)據(jù)通信處理vgus屏遵從寄存器讀寫指令（0x80、0x81）、變量存儲器讀寫指令（0x82、0x83）及擴展指令（0x85），通過發(fā)送約定格式的串口指令完成對vgus屏的讀寫操作。相對于數(shù)據(jù)發(fā)送而言，數(shù)據(jù)接收由于其不可預期性，故對實時響應的要求較高。因此，將數(shù)據(jù)接收功能并入中斷程序之中，以提高響應速度，避免出現(xiàn)漏收數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。但是由于定時中斷頻

11、次高達4096次/s，因此中斷服務程序的處理時間非常有限，在這里只處理與vgus屏的數(shù)據(jù)通訊接收相關的操作，而將耗時較長的數(shù)據(jù)處理部份放到主程序之中，相互之間通過設立特定標志來完成操作功能識別。3.3種管播種狀態(tài)判斷由于種植作物的種類不同以及農藝要求的地域差異，同一臺機器可能要適應不同的作業(yè)行數(shù)、株距及播速要求。如何快速而準確地完成對種管工作狀態(tài)的判斷是一個需要解決的關鍵問題。如果要求用戶根據(jù)不同的情況進行相應的判定參數(shù)設置，不僅繁瑣還容易出錯，必定無法得到用戶的認可。為此，引入了“平均值判斷法”解決了這個問題。其基本原理是在實際作業(yè)過程中，出現(xiàn)故障屬于偶發(fā)現(xiàn)象，發(fā)生故障的排種單元畢竟是少數(shù)，

12、其它大多數(shù)排種單元還是處于正常工作狀態(tài)的，因此以所有排種單元作業(yè)參數(shù)的平均值為基準，當某一排種單元的作業(yè)參數(shù)與之偏差超過一定閾值時，即可判定該排種單元處于故障狀態(tài)。采用這一方法極大地提高了設備的適用性及使用的便捷性，在實際應用中取得了非常好的效果。3.4掉電數(shù)據(jù)保護處理在實際作業(yè)中，用戶要針對不同的地況及作物的農藝要求，對作業(yè)參數(shù)進行相應的基本設定。為避免重復輸入，就需要具備參數(shù)掉電保護功能，同時，有一些重要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（如行進距離、已播面積、已播粒數(shù)等）也需要具備掉電保護功能。為了實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護的快速響應，確保數(shù)據(jù)安全，在設計上引用了stc12c5a60s2單片機內置的低電壓檢測中斷功能，在

13、硬件上將電瓶電壓連接至單片機的p1.1管腳。當電瓶電壓降至98 v以下時，立刻進入低電壓檢測中斷服務程序，主要進行以下幾項操作：（1）延時1 ms，再次讀取低電壓檢測狀態(tài)，防止電壓抖動引起誤判。（2）確認屬于異常掉電后，關閉液晶屏的供電電源，節(jié)約更多的電量，延長數(shù)據(jù)保護的操作時間。（3）進行重要數(shù)據(jù)寫入操作。（4）檢測當前電壓是否恢復正常，如果恢復正常，則打開液晶屏電源，重新啟動系統(tǒng);如果供電仍未恢復正常，則繼續(xù)上述過程，直到殘存電力耗盡為止。4結論播種監(jiān)視器在與機具配套使用的作業(yè)過程中，由于作業(yè)地域的多變性、作業(yè)環(huán)境的復雜性及操作人員技術水平的局限性，在終端ui設計時要對上述不利因素加以充分考慮，采取切實有效的技術措施加以解決。bjq-18播種監(jiān)視器通過數(shù)年來的不斷改進和完善，經(jīng)過長時間的實踐作業(yè)考核和用戶評價，目前已經(jīng)達到批量生產的技術水準，能夠取得這樣的階段性成果，與上述問題的解決是密不可分的。如果將相關技術路線稍加變通，就可以應用到播種機排肥檢測、蔬菜移栽機作業(yè)性能檢測等更