煙草移栽機人機接口的設(shè)計

摘要：煙苗的株距和傾斜度直接影響煙草移栽的后期生長，所以就需要能夠通過人機接口清楚地監(jiān)控?zé)熋绲闹昃嗪蛢A斜度，利用AT89C52單片機設(shè)計了一個人機接口和交互的界面。為了減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，對人機接口進行了模塊化的設(shè)計，將鍵盤、LCD、外圍接口全部固化到模塊中，由于它承擔(dān)了3個專用接口芯片的工作，因此可以降低成本，優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：煙草移栽機；人機交互；AT89C52

中圖分類號：S223.99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：0439-8114（2013）13-3156-03

煙苗移栽是煙草生產(chǎn)中一個重要的環(huán)節(jié)，從目前煙草移栽機發(fā)展現(xiàn)狀來看，影響煙苗移栽的一個主要因素是移栽的煙苗東倒西歪和疏密不一，這樣會影響煙苗初期的生長發(fā)育[1]。通過人機接口可以清楚地監(jiān)控和調(diào)節(jié)煙苗的株距和傾斜度[2]。由于單片機的資源是有限的，再加一個人機接口界面無疑使系統(tǒng)更加復(fù)雜，如把單片機作為接口芯片使用，它不僅可以完成多個接口芯片的功能，還可完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和控制功能。如果將相應(yīng)的軟件、硬件（單片機、LCD、鍵盤）都封裝在一個模塊內(nèi)，在開發(fā)單片機應(yīng)用系統(tǒng)時作為一個部件來使用，則可以大大簡化軟、硬件的設(shè)計，減輕系統(tǒng)主單片機負(fù)擔(dān)，從而降低成本。用戶在使用該模塊時只需要將該模塊接在系統(tǒng)單片機的串口上，并簡單編程即可完成鍵盤輸入、復(fù)雜的LCD圖形顯示和人機交互處理。

1 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計采用AT89C52單片機、LCD顯示以及4鍵組合式鍵盤三部分組成。此外用戶可根據(jù)需要擴充外部EEPROM以存儲更大的漢字字模、點陣圖形庫。對外提供標(biāo)準(zhǔn)的全雙工UART接口，所有命令和數(shù)據(jù)都經(jīng)此接口傳輸，它的波特率為9 600 b/s。

當(dāng)用戶按下某個按鍵時，模塊內(nèi)置的單片機立即產(chǎn)生外部中斷來響應(yīng)這一事件（內(nèi)置單片機的外部中斷0優(yōu)先級低于串口中斷）。首先完成鍵值處理任務(wù)，然后根據(jù)需要，將此鍵值在模塊內(nèi)處理或經(jīng)由串口發(fā)送出去，最后由液晶顯示模塊進行顯示。

實現(xiàn)多功能接口的關(guān)鍵是主機和多功能接口之間的通信。在模塊中，如果內(nèi)置單片機的串口工作方式是模式3，模塊外主機可以向模塊發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，模塊也可以主動發(fā)送數(shù)據(jù)。多功能模塊在收到主機發(fā)來的操作指令后，對操作碼進行軟件譯碼。根據(jù)操作碼的內(nèi)容轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作通道，并從操作數(shù)據(jù)部分獲取所需要的數(shù)據(jù)[3]。系統(tǒng)框圖見圖1。

2 人機接口硬件選擇

2.1 硬件控制電路設(shè)計

AT89C52單片機的輸入/輸出接口分配如圖2。P1.0～P1.3輸出口控制組合式鍵盤；由內(nèi)置的AT89C52的P0口提供指令、地址和數(shù)據(jù)，由P3.6、P3.7提供寫、讀信號，由P2.6提供數(shù)據(jù)、命令指示信號，由P2.7 提供片選信號。

2.2 單片機的選擇

AT89C52系列單片機是美國愛特梅爾公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS八位單片機，此單片機使用愛特梅爾公司的高密度和非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，它可以兼容標(biāo)準(zhǔn)的51指令系統(tǒng)，有3種封裝形式來適應(yīng)不同場合的要求。

2.3 液晶顯示模塊的選擇

使用內(nèi)置T6963C控制器的256×256點陣圖形液晶顯示模塊。T6963C常用于中小型液晶顯示器件，通常與圖像液晶顯示模塊組裝到一起，以內(nèi)藏液晶顯示模塊出現(xiàn)，其主要特點是T6963C是點陣液晶顯示控制器，可以和8位處理器的接口直接相連；T6963C液晶顯示的字體可以通過軟件以及硬件進行設(shè)置，字體主要有4種形式。

在內(nèi)藏的液晶顯示模塊上實現(xiàn)T6963C芯片與行或列驅(qū)動器以及顯示緩沖區(qū)8 kb的RAM進行連接，同時也可以在已經(jīng)使用的硬件上設(shè)置數(shù)據(jù)的傳輸方式、顯示窗口長和寬等。內(nèi)藏T6963C的單屏點陣圖形液晶顯示模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。它的初始化設(shè)置可以直接通過管腳設(shè)置。因此在初始化時，可以通過編寫的指令在顯示功能上進行設(shè)置。T6963C的指令可帶1～2個參數(shù)。若指令中有參數(shù)，則執(zhí)行每條指令時就需要先送入?yún)?shù)，再送入指令代碼。每次操作之前最好先進行狀態(tài)字檢測，因為不同的狀態(tài)位的作用不同，因此執(zhí)行不同指令必須檢測不同的狀態(tài)位[4]。

3 軟件設(shè)計

C51的軟件系統(tǒng)是軟件設(shè)計的核心部分，但是軟件和硬件又是相輔相成的。需要在硬件系統(tǒng)上進行數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，單片機的編程逐漸用C語言取代了匯編語言，該系統(tǒng)就使用C語言進行編程，而開發(fā)環(huán)境使用的是Keil C51。

Keil C51是ARM公司專門針對51單片機的硬件系統(tǒng)要求進行設(shè)計的，它支持很多MCS-51系列的單片機，Keil C51集編輯、編譯、仿真于一體，同時支持匯編以及C語言的程序設(shè)計，界面友好，簡單易學(xué)而且好用，在51系列單片機的學(xué)習(xí)和開發(fā)的整個過程中，Keil C51軟件的使用為程序設(shè)計開發(fā)環(huán)境提供了一個高效能的平臺。主程序流程圖如圖4。

4 系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)仿真軟件使用的Proteus是英國Labcenter公司研發(fā)的關(guān)于電路開發(fā)和進行實物仿真的一個軟件。目前，對單片機進行仿真的軟件很多，但是一般只能對其軟件進行仿真和調(diào)試，硬件電路的調(diào)試還是需要在實際電路板上進行。

通過系統(tǒng)仿真可以對煙苗株距的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，還可以在人機交互界面對該數(shù)據(jù)進行處理，以達(dá)到煙苗的理想株距。

5 小結(jié)

設(shè)計以AT89C52單片機作為基礎(chǔ)，結(jié)合液晶顯示和組合鍵盤將圖形、數(shù)字、符號集成于一體，當(dāng)操作人員進行株距調(diào)整時[5]，只需要對鍵盤直接輸入就可以完成；使用時直接將該模塊接到單片機的串行接口上，通過該模塊可以提高程序的可移植性。最后，通過Protues軟件對整個模塊進行了聯(lián)合仿真，仿真的結(jié)果符合設(shè)計的要求。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 周建春.基于單片機和PC串口通信的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計[D].江蘇蘇州：蘇州大學(xué)，2010.

[5] 張傳斌.我國煙草生產(chǎn)機械化的現(xiàn)狀及思考[J].農(nóng)業(yè)機械，2009（6）：66-67.