新型連續(xù)測(cè)氡儀人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

王政霞 李志強(qiáng) 張致遠(yuǎn) 李彥秋

摘要：為了滿足新型連續(xù)測(cè)氡儀在應(yīng)用時(shí)的操作需求，提出了一種由串口觸摸屏與單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)氡儀人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)方案。該方案設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)測(cè)量、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)刪除的4個(gè)交互界面，通過(guò)對(duì)串口觸摸屏的測(cè)試完成測(cè)氡儀的人機(jī)交互功能。

關(guān)鍵詞：測(cè)氡儀;人機(jī)交互;串口觸摸屏

0 引言

過(guò)去核測(cè)量?jī)x器的顯示器件為單色屏，較難滿足產(chǎn)品需求和用戶體驗(yàn)需求，因此核測(cè)量?jī)x器的顯示器件——TFT彩屏逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)，深受用戶歡迎。大部分單片機(jī)，如51系列單片機(jī)均不支持TFT驅(qū)動(dòng)外設(shè)，若需使用TFT彩屏，就需要解決高分辨率快速顯示字庫(kù)圖片的儲(chǔ)存和觸控操作等問(wèn)題。目前的串口觸摸屏有著良好的用戶體驗(yàn)，它將用戶控制與顯示部分分離，給用戶帶來(lái)良好的視覺(jué)體驗(yàn)，不需要更改設(shè)計(jì)平臺(tái)以及核心控制代碼，可為用戶創(chuàng)造簡(jiǎn)單、方便的使用平臺(tái)，用戶只需在原有硬件基礎(chǔ)上，增加串口發(fā)送和接收函數(shù)，再發(fā)送指令給設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)即可顯示機(jī)器內(nèi)部的運(yùn)行信息。為了滿足新型連續(xù)測(cè)氡儀在應(yīng)用時(shí)的操作需求，本文提出了一種由串口觸摸屏與單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)氡儀人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)方案。

1 測(cè)氡儀人機(jī)交互界面的構(gòu)成

氡是一種遷移能力強(qiáng)且自然界僅存的天然放射性氣體，根據(jù)國(guó)際原子能輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)報(bào)告顯示，氡及其子體所產(chǎn)生的輻射劑量約占全部天然輻射劑量的54%。國(guó)內(nèi)外為了滿足不同環(huán)境的不同需求，針對(duì)氡濃度測(cè)量，研究了多種測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器。由于靜電收集α能譜法測(cè)氡的收集效率高且測(cè)量速度快，使得該方法成為氡濃度快速測(cè)量的首選方案。新型連續(xù)測(cè)氡儀是基于靜電收集α能譜法研發(fā)的，該測(cè)氡儀是在測(cè)量室與半導(dǎo)體探測(cè)器之間建立高壓靜電場(chǎng)，經(jīng)抽氣泵采樣含氡空氣，再經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器后進(jìn)入測(cè)氡儀的測(cè)量室，在這個(gè)過(guò)程中222Rn在不斷衰變，其衰變產(chǎn)物是帶正電荷的218Po，218Po進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)就會(huì)被吸附到探測(cè)器表面，當(dāng)218Po再一次衰變時(shí)就會(huì)釋放出α粒子能量，這時(shí)半導(dǎo)體探測(cè)器就能夠高效鑒別α粒子能量，同時(shí)控制器統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的α粒子數(shù)，最后再根據(jù)α粒子計(jì)數(shù)與氡濃度的關(guān)系確定氡濃度。針對(duì)新型連續(xù)測(cè)氡儀人機(jī)交互信息量大的情況，顯示模式采用串口觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)多屏切換信息，用戶不僅可以選擇有用的顯示信息，還可以對(duì)信息進(jìn)行多屏顯示，這樣既能滿足用戶快速獲取數(shù)據(jù)的需求，又能確保信息同步及實(shí)時(shí)顯示。針對(duì)新型連續(xù)測(cè)氡儀的連續(xù)測(cè)氡需要，本文設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面主要由數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)刪除和參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容構(gòu)成。

2 新型連續(xù)測(cè)氡儀人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

新型連續(xù)測(cè)氡儀的人機(jī)交互采用廣州大彩光電科技有限公司推出的串口觸摸屏，該顯示屏是集TFT顯示驅(qū)動(dòng)、圖片字庫(kù)存儲(chǔ)、RTC顯示及各種組態(tài)控件于一體的串口顯示終端。測(cè)氡儀的主控制器只需發(fā)送命令并接收相對(duì)應(yīng)的指令，就能在顯示屏上顯示相應(yīng)的文本和圖片等信息，該串口處理器采用FPGA+Cortex-M3雙核設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA讀取NANDFlash圖片和控制TFT顯示，ARM解析協(xié)議，USB下載圖片，人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)可通過(guò)內(nèi)嵌“虛擬串口屏”模擬仿真器的Visual TFT串口屏完成開(kāi)發(fā)調(diào)試。

新型連續(xù)測(cè)氡儀是在相同測(cè)量周期中完成氡的連續(xù)測(cè)量，靜電收集α能譜法測(cè)氡是根據(jù)α粒子計(jì)數(shù)與氡濃度的關(guān)系確定氡濃度，所以，數(shù)據(jù)測(cè)量界面中需要顯示測(cè)量周期、α粒子計(jì)數(shù)以及每個(gè)測(cè)量周期測(cè)量完畢后計(jì)算相應(yīng)的氡濃度等關(guān)鍵信息內(nèi)容，在氡濃度計(jì)算時(shí)，還需要根據(jù)粒子不同溫濕度條件下的收集效率進(jìn)行修正，還需顯示測(cè)量過(guò)程的溫度和濕度，人機(jī)交互界面的數(shù)據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)效果如圖1所示。

儀器在測(cè)量之前，需對(duì)儀器的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括測(cè)量模式、測(cè)量周期、不同的測(cè)量周期所對(duì)應(yīng)的儀器刻度因子和儀器系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置等信息，人機(jī)交互界面的參數(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)效果如圖2所示。

儀器在完成需要的測(cè)量后，查詢不同測(cè)量周期在不同時(shí)刻下的測(cè)量結(jié)果，如粒子計(jì)數(shù)、氡濃度以及該測(cè)量過(guò)程中的溫濕度等信息，同時(shí)還可以通過(guò)向上或向下按鈕控件來(lái)切換上一測(cè)量周期或下一測(cè)量周期的測(cè)量結(jié)果，人機(jī)交互界面的數(shù)據(jù)查詢?cè)O(shè)計(jì)效果如圖3所示。

新型連續(xù)測(cè)氡儀的測(cè)量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存雖然能夠儲(chǔ)存一年的測(cè)量結(jié)果信息，但還設(shè)置了刪除當(dāng)月數(shù)據(jù)和全部數(shù)據(jù)2個(gè)按鈕控件，人機(jī)交互界面的數(shù)據(jù)刪除界面如圖4所示。

3 應(yīng)用成果

本文完成了新型連續(xù)測(cè)氡儀的4個(gè)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，利用Visual TFT串口屏開(kāi)發(fā)調(diào)試軟件，對(duì)相應(yīng)的按鈕控件和文本控件進(jìn)行人機(jī)交互效果的調(diào)試。以參數(shù)設(shè)置界面為例，打開(kāi)虛擬串口屏的右上角的通信記錄后，點(diǎn)擊界面選擇按鈕控件中的參數(shù)設(shè)置按鈕控件，就會(huì)發(fā)現(xiàn)通信記錄里的數(shù)據(jù)以txd文本儲(chǔ)存，人機(jī)交互調(diào)試過(guò)程如圖5所示。當(dāng)按下參數(shù)設(shè)置界面的參數(shù)設(shè)置按鈕，按鈕的ID信息經(jīng)由屏幕上傳到單片機(jī)串口，由單片機(jī)剖析按鈕ID信息，就可以確定被按下按鈕的功能和位置，確定完畢主機(jī)就會(huì)發(fā)送相關(guān)命令去控制界面功能顯示，甚至去控制外圍設(shè)備的工作。

4 結(jié)語(yǔ)

新型連續(xù)測(cè)氡儀采用串口觸摸屏實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)交互，運(yùn)用該方案開(kāi)發(fā)的人機(jī)交互界面，不僅具有良好的人機(jī)交互效果，而且開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單快捷，加快了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)過(guò)程。

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收稿日期：2020-04-29

作者簡(jiǎn)介：王政霞（1997—），女，湖南婁底人，在讀碩士研究生，研究方向：電子與通信工程。