新型连续测氡仪人机交互界面设计

王政霞 李志强 张致远 李彦秋

摘要：为了满足新型连续测氡仪在应用时的操作需求，提出了一种由串口触摸屏与单片机构成的测氡仪人机交互界面设计方案。该方案设计了数据测量、参数设置、数据查询和数据删除的4个交互界面，通过对串口触摸屏的测试完成测氡仪的人机交互功能。

关键词：测氡仪;人机交互;串口触摸屏

0 引言

过去核测量仪器的显示器件为单色屏，较难满足产品需求和用户体验需求，因此核测量仪器的显示器件——TFT彩屏逐渐成为发展趋势，深受用户欢迎。大部分单片机，如51系列单片机均不支持TFT驱动外设，若需使用TFT彩屏，就需要解决高分辨率快速显示字库图片的储存和触控操作等问题。目前的串口触摸屏有着良好的用户体验，它将用户控制与显示部分分离，给用户带来良好的视觉体验，不需要更改设计平台以及核心控制代码，可为用户创造简单、方便的使用平台，用户只需在原有硬件基础上，增加串口发送和接收函数，再发送指令给设备系统，系统即可显示机器内部的运行信息。为了满足新型连续测氡仪在应用时的操作需求，本文提出了一种由串口触摸屏与单片机构成的测氡仪人机交互界面设计方案。

1 测氡仪人机交互界面的构成

氡是一种迁移能力强且自然界仅存的天然放射性气体，根据国际原子能辐射效应科学委员会报告显示，氡及其子体所产生的辐射剂量约占全部天然辐射剂量的54%。国内外为了满足不同环境的不同需求，针对氡浓度测量，研究了多种测量方法和测量仪器。由于静电收集α能谱法测氡的收集效率高且测量速度快，使得该方法成为氡浓度快速测量的首选方案。新型连续测氡仪是基于静电收集α能谱法研发的，该测氡仪是在测量室与半导体探测器之间建立高压静电场，经抽气泵采样含氡空气，再经过高效过滤器后进入测氡仪的测量室，在这个过程中222Rn在不断衰变，其衰变产物是带正电荷的218Po，218Po进入高压静电场就会被吸附到探测器表面，当218Po再一次衰变时就会释放出α粒子能量，这时半导体探测器就能够高效鉴别α粒子能量，同时控制器统计单位时间内的α粒子数，最后再根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度。针对新型连续测氡仪人机交互信息量大的情况，显示模式采用串口触摸屏来实现多屏切换信息，用户不仅可以选择有用的显示信息，还可以对信息进行多屏显示，这样既能满足用户快速获取数据的需求，又能确保信息同步及实时显示。针对新型连续测氡仪的连续测氡需要，本文设计的人机交互界面主要由数据测量、数据查询、数据删除和参数设置等内容构成。

2 新型连续测氡仪人机交互界面设计

新型连续测氡仪的人机交互采用广州大彩光电科技有限公司推出的串口触摸屏，该显示屏是集TFT显示驱动、图片字库存储、RTC显示及各种组态控件于一体的串口显示终端。测氡仪的主控制器只需发送命令并接收相对应的指令，就能在显示屏上显示相应的文本和图片等信息，该串口处理器采用FPGA+Cortex-M3双核设计，FPGA读取NANDFlash图片和控制TFT显示，ARM解析协议，USB下载图片，人机交互界面设计可通过内嵌“虚拟串口屏”模拟仿真器的Visual TFT串口屏完成开发调试。

新型连续测氡仪是在相同测量周期中完成氡的连续测量，静电收集α能谱法测氡是根据α粒子计数与氡浓度的关系确定氡浓度，所以，数据测量界面中需要显示测量周期、α粒子计数以及每个测量周期测量完毕后计算相应的氡浓度等关键信息内容，在氡浓度计算时，还需要根据粒子不同温湿度条件下的收集效率进行修正，还需显示测量过程的温度和湿度，人机交互界面的数据测量设计效果如图1所示。

仪器在测量之前，需对仪器的相应参数进行设置，主要包括测量模式、测量周期、不同的测量周期所对应的仪器刻度因子和仪器系统时间设置等信息，人机交互界面的参数设置设计效果如图2所示。

仪器在完成需要的测量后，查询不同测量周期在不同时刻下的测量结果，如粒子计数、氡濃度以及该测量过程中的温湿度等信息，同时还可以通过向上或向下按钮控件来切换上一测量周期或下一测量周期的测量结果，人机交互界面的数据查询设计效果如图3所示。

新型连续测氡仪的测量数据储存虽然能够储存一年的测量结果信息，但还设置了删除当月数据和全部数据2个按钮控件，人机交互界面的数据删除界面如图4所示。

3 应用成果

本文完成了新型连续测氡仪的4个人机交互界面设计，利用Visual TFT串口屏开发调试软件，对相应的按钮控件和文本控件进行人机交互效果的调试。以参数设置界面为例，打开虚拟串口屏的右上角的通信记录后，点击界面选择按钮控件中的参数设置按钮控件，就会发现通信记录里的数据以txd文本储存，人机交互调试过程如图5所示。当按下参数设置界面的参数设置按钮，按钮的ID信息经由屏幕上传到单片机串口，由单片机剖析按钮ID信息，就可以确定被按下按钮的功能和位置，确定完毕主机就会发送相关命令去控制界面功能显示，甚至去控制外围设备的工作。

4 结语

新型连续测氡仪采用串口触摸屏实现了友好的人机交互，运用该方案开发的人机交互界面，不仅具有良好的人机交互效果，而且开发简单快捷，加快了人机交互界面的设计过程。

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收稿日期：2020-04-29

作者简介：王政霞（1997—），女，湖南娄底人，在读硕士研究生，研究方向：电子与通信工程。