播種監視器終端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）是系統和用戶之間進行信息交換的媒介。在實際作業過程中，與播種監視器配套使用的終端由于其使用環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，由于具有作業質量好、作業效率高、性能可靠等諸多優點，受到用戶的普遍歡迎。但由于其作業幅寬大，作業行數多，為了及時發現因機械傳動故障或其它原因導致的“缺種”現象，必須配備播種監視器進行輔助作業。

播種機在田間作業時經常受到日光直射、震動顛簸、發動機噪聲等諸多不利因素的影響，因此播種監視器終端在進行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。本文結合農業生產實際，對播種監視器終端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VGUS（Viewtech Graphical User Software）組態屏，它采用變量驅動的數據傳輸方式，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境，其主要性能參數如表所示。

1.2開發工具

配套的開發軟件為該公司提供的VGUS4.3開發工具。VGUS開發工具是武漢中顯科技有限公司設計的一款組態型、用戶圖形界面設計軟件，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，擺脫了傳統終端UI設計繁瑣復雜的過程。

表終端液晶屏主要性能參數

參數數據尺寸/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/℃-20～70存儲溫度/℃-30～802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參數或工況的語音自動播報，增加信息獲取方式，減少對液晶屏參數讀取的依賴。

（4）采用遮光罩，結合萬向調節支架，通過人工調節的方式，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，也能滿足夜間作業的低照度要求。

2.2震動顛簸對于操作的影響

田間作業時，由于地況地貌的不同變化及地表雜物的影響，經常出現持續性、幅度較大的顛簸現象，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環境。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域，可以最大限度地防止“誤觸”現象的發生。

（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識別等多維交互方式，在作業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象非常普遍，受此影響，在農忙季節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混亂時，可以很方便地恢復出廠設置，避免錯誤的參數設置對播種監視器的正常工作造成不利影響。

（3）充實“幫助信息”的內容，除了文字、圖例等常規的說明方式以外，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，即約定好子程序的入口參數和出口參數，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行種管的落種數據，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，如液晶屏串口數據通信、種管落種數據采集、行進速度數據采集、系統計時、循環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） 液晶屏數據通信處理子程序;

（3） 參數設定值讀寫子程序;

（4） 按鍵識別子程序;

（5） 顯示亮度調節子程序;

（6） 模擬量采樣子程序;

（7） 種管播種狀態判斷子程序;

（8） 作業計時子程序;

（9） 作業參數統計子程序;

（10） 掉電數據保護處理子程序。

3.2液晶屏數據通信處理

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），通過發送約定格式的串口指令完成對VGUS屏的讀寫操作。相對于數據發送而言，數據接收由于其不可預期性，故對實時響應的要求較高。因此，將數據接收功能并入中斷程序之中，以提高響應速度，避免出現漏收數據的現象。但是由于定時中斷頻次高達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屏的數據通訊接收相關的操作，而將耗時較長的數據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行數、株距及播速要求。如何快速而準確地完成對種管工作狀態的判斷是一個需要解決的關鍵問題。如果要求用戶根據不同的情況進行相應的判定參數設置，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過程中，出現故障屬于偶發現象，發生故障的排種單元畢竟是少數，其它大多數排種單元還是處于正常工作狀態的，因此以所有排種單元作業參數的平均值為基準，當某一排種單元的作業參數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。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掉電數據保護處理

在實際作業中，用戶要針對不同的地況及作物的農藝要求，對作業參數進行相應的基本設定。為避免重復輸入，就需要具備參數掉電保護功能，同時，有一些重要的統計數據（如行進距離、已播面積、已播粒數等）也需要具備掉電保護功能。為了實現掉電數據保護的快速響應，確保數據安全，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，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，節約更多的電量，延長數據保護的操作時間。

（3）進行重要數據寫入操作。

（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;如果供電仍未恢復正常，則繼續上述過程，直到殘存電力耗盡為止。

4結論

播種監視器在與機具配套使用的作業過程中，由于作業地域的多變性、作業環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播種監視器通過數年來的不斷改進和完善，經過長時間的實踐作業考核和用戶評價，目前已經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、蔬菜移栽機作業性能檢測等更多場合。

參考文獻：

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