新型連續測氡儀人機交互界面設計

王政霞 李志強 張致遠 李彥秋

摘要：為了滿足新型連續測氡儀在應用時的操作需求，提出了一種由串口觸摸屏與單片機構成的測氡儀人機交互界面設計方案。該方案設計了數據測量、參數設置、數據查詢和數據刪除的4個交互界面，通過對串口觸摸屏的測試完成測氡儀的人機交互功能。

關鍵詞：測氡儀;人機交互;串口觸摸屏

0 引言

過去核測量儀器的顯示器件為單色屏，較難滿足產品需求和用戶體驗需求，因此核測量儀器的顯示器件——TFT彩屏逐漸成為發展趨勢，深受用戶歡迎。大部分單片機，如51系列單片機均不支持TFT驅動外設，若需使用TFT彩屏，就需要解決高分辨率快速顯示字庫圖片的儲存和觸控操作等問題。目前的串口觸摸屏有著良好的用戶體驗，它將用戶控制與顯示部分分離，給用戶帶來良好的視覺體驗，不需要更改設計平臺以及核心控制代碼，可為用戶創造簡單、方便的使用平臺，用戶只需在原有硬件基礎上，增加串口發送和接收函數，再發送指令給設備系統，系統即可顯示機器內部的運行信息。為了滿足新型連續測氡儀在應用時的操作需求，本文提出了一種由串口觸摸屏與單片機構成的測氡儀人機交互界面設計方案。

1 測氡儀人機交互界面的構成

氡是一種遷移能力強且自然界僅存的天然放射性氣體，根據國際原子能輻射效應科學委員會報告顯示，氡及其子體所產生的輻射劑量約占全部天然輻射劑量的54%。國內外為了滿足不同環境的不同需求，針對氡濃度測量，研究了多種測量方法和測量儀器。由于靜電收集α能譜法測氡的收集效率高且測量速度快，使得該方法成為氡濃度快速測量的首選方案。新型連續測氡儀是基于靜電收集α能譜法研發的，該測氡儀是在測量室與半導體探測器之間建立高壓靜電場，經抽氣泵采樣含氡空氣，再經過高效過濾器后進入測氡儀的測量室，在這個過程中222Rn在不斷衰變，其衰變產物是帶正電荷的218Po，218Po進入高壓靜電場就會被吸附到探測器表面，當218Po再一次衰變時就會釋放出α粒子能量，這時半導體探測器就能夠高效鑒別α粒子能量，同時控制器統計單位時間內的α粒子數，最后再根據α粒子計數與氡濃度的關系確定氡濃度。針對新型連續測氡儀人機交互信息量大的情況，顯示模式采用串口觸摸屏來實現多屏切換信息，用戶不僅可以選擇有用的顯示信息，還可以對信息進行多屏顯示，這樣既能滿足用戶快速獲取數據的需求，又能確保信息同步及實時顯示。針對新型連續測氡儀的連續測氡需要，本文設計的人機交互界面主要由數據測量、數據查詢、數據刪除和參數設置等內容構成。

2 新型連續測氡儀人機交互界面設計

新型連續測氡儀的人機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顯示驅動、圖片字庫存儲、RTC顯示及各種組態控件于一體的串口顯示終端。測氡儀的主控制器只需發送命令并接收相對應的指令，就能在顯示屏上顯示相應的文本和圖片等信息，該串口處理器采用FPGA+Cortex-M3雙核設計，FPGA讀取NANDFlash圖片和控制TFT顯示，ARM解析協議，USB下載圖片，人機交互界面設計可通過內嵌“虛擬串口屏”模擬仿真器的Visual TFT串口屏完成開發調試。

新型連續測氡儀是在相同測量周期中完成氡的連續測量，靜電收集α能譜法測氡是根據α粒子計數與氡濃度的關系確定氡濃度，所以，數據測量界面中需要顯示測量周期、α粒子計數以及每個測量周期測量完畢后計算相應的氡濃度等關鍵信息內容，在氡濃度計算時，還需要根據粒子不同溫濕度條件下的收集效率進行修正，還需顯示測量過程的溫度和濕度，人機交互界面的數據測量設計效果如圖1所示。

儀器在測量之前，需對儀器的相應參數進行設置，主要包括測量模式、測量周期、不同的測量周期所對應的儀器刻度因子和儀器系統時間設置等信息，人機交互界面的參數設置設計效果如圖2所示。

儀器在完成需要的測量后，查詢不同測量周期在不同時刻下的測量結果，如粒子計數、氡濃度以及該測量過程中的溫濕度等信息，同時還可以通過向上或向下按鈕控件來切換上一測量周期或下一測量周期的測量結果，人機交互界面的數據查詢設計效果如圖3所示。

新型連續測氡儀的測量數據儲存雖然能夠儲存一年的測量結果信息，但還設置了刪除當月數據和全部數據2個按鈕控件，人機交互界面的數據刪除界面如圖4所示。

3 應用成果

本文完成了新型連續測氡儀的4個人機交互界面設計，利用Visual TFT串口屏開發調試軟件，對相應的按鈕控件和文本控件進行人機交互效果的調試。以參數設置界面為例，打開虛擬串口屏的右上角的通信記錄后，點擊界面選擇按鈕控件中的參數設置按鈕控件，就會發現通信記錄里的數據以txd文本儲存，人機交互調試過程如圖5所示。當按下參數設置界面的參數設置按鈕，按鈕的ID信息經由屏幕上傳到單片機串口，由單片機剖析按鈕ID信息，就可以確定被按下按鈕的功能和位置，確定完畢主機就會發送相關命令去控制界面功能顯示，甚至去控制外圍設備的工作。

4 結語

新型連續測氡儀采用串口觸摸屏實現了友好的人機交互，運用該方案開發的人機交互界面，不僅具有良好的人機交互效果，而且開發簡單快捷，加快了人機交互界面的設計過程。

[參考文獻]

[1] 孫紅娟.以人為本的用戶交互界面設計[J].包裝工程，2015，36（4）：113-116.

[2] 李志強.氡析出率標準裝置快速定值方法的研究與應用[D].衡陽：南華大學，2016.

[3] 李志強，肖德濤，趙桂芝，等.新型連續測氡儀研制[J].核電子學與探測技術，2015，35（12）：1246-1250.

[4] 鄭國明.影響福州城市地下空間開發的地質因素分析[J].地下空間與工程學報，2013（1）：13-17.

收稿日期：2020-04-29

作者簡介：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。