CN105388795A - 一种小型化人机交互系统 - Google Patents

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CN105388795A CN201510964783.XA CN201510964783A CN105388795A CN 105388795 A CN105388795 A CN 105388795A CN 201510964783 A CN201510964783 A CN 201510964783A CN 105388795 A CN105388795 A CN 105388795A
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王克
宋光伟
赵伯海
莫晓婷
石勇
张宇
耿祎
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    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers

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Abstract

本发明提供一种小型化人机交互系统，包括系统控制模块、指令输入模块、显示输出模块和目标设备，所述指令输入模块用于发送操作指令，所述系统控制模块用于实时接收指令输入模块发送的操作指令，并根据操作指令生成控制指令发送给目标设备，同时所述系统控制模块实时接收目标设备的状态信息；所述系统控制模块根据接收的操作指令、目标设备的状态信息和系统控制模块的菜单状态信息向显示输出模块发送相应的显示指令，所述显示输出模块用于根据显示指令显示目标设备的状态信息或控制结果信息。本发明的有益效果是结构简单，功能完备，使用方便。

Description

一种小型化人机交互系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其是涉及一种小型化人机交互系统。
背景技术
随着电子技术的不断发展，各种电子设备不断推陈出新，同时对于电子设备的控制和状态显示即人机交互系统要求越来越高，需要完成的功能越来越多，同时由于电子设备本身尺寸的原因，在不过多牺牲整机性能的前提下人机交互系统应尽可能小型化。这就造成了一种矛盾，即当人机交互系统完全集成在电子设备整机中时，虽然可以简化人机系统与整机的通信和控制，并且可以保证系统尺寸要求，但当人机交互系统功能越完备，整机资源开销就越大，从而影响整机的其他性能；而当人机交互系统完全独立于整机设备时，与整机的数据通信和控制会大大复杂化，无法保证系统小型化与功能完备性同时兼顾。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术不足，提供一种小型化人机交互系统，结构简单，功能完备，使用方便。
本发明的技术方案是：一种小型化人机交互系统，包括系统控制模块、指令输入模块、显示输出模块和目标设备，所述指令输入模块用于发送操作指令，所述系统控制模块用于实时接收指令输入模块发送的操作指令，并根据操作指令生成控制指令发送给目标设备，同时所述系统控制模块实时接收目标设备的状态信息；所述系统控制模块根据接收的操作指令、目标设备的状态信息和系统控制模块的菜单状态信息向显示输出模块发送相应的显示指令，所述显示输出模块用于根据显示指令显示目标设备的状态信息或控制结果信息。
进一步，所述系统控制模块包括指令获取单元、指令转换单元、目标设备状态识别单元、系统菜单状态单元和显示指令生成单元，所述指令获取单元和系统菜单状态单元分别与指令转换单元相连接，所述指令获取单元、系统菜单状态单元和目标设备状态识别单元分别与显示指令生成单元相连接。
进一步，所述显示输出模块包括LED显示阵列，所述LED显示阵列的型号为HCMS-2963。
进一步，所述指令输入模块包括，按键确定、按键取消/返回、按键向上/向左和按键向下/向右。
进一步，所述显示输出模块还用于显示系统控制模块的菜单状态信息。
进一步，所述系统控制模块通过IIC通信协议与目标设备进行双向数据通信。
进一步，所述系统控制模块通过SPI通信协议向显示输出模块发送相应的显示指令。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，利用系统控制模块作为处理核心，以四键薄膜按键电路为核心的指令输入模块和以LED阵列为核心的显示输出模块所构成的一种小型化人机交互系统，可方便的实现人机交互功能，即按照用户设定对目标设备输入多种指令，并实时显示目标设备各状态信息，并且由于实现了系统的小型化，方便安装在多种目标设备之上。
附图说明
图1是本发明的原理结构框图；
图2是本发明的系统控制模块结构框图；
图3是本发明的指令输入模块结构框图；
图4是本发明的显示输出模块结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1-图4本发明的结构框图所示，本发明提供一种小型化人机交互系统，包括系统控制模块、指令输入模块、显示输出模块和目标设备，所述指令输入模块用于发送操作指令，所述系统控制模块用于实时接收指令输入模块发送的操作指令，并根据操作指令生成控制指令发送给目标设备，同时所述系统控制模块实时接收目标设备的状态信息；所述系统控制模块根据接收的操作指令、目标设备的状态信息和系统控制模块的菜单状态信息向显示输出模块发送相应的显示指令，所述显示输出模块用于根据显示指令显示目标设备的状态信息或控制结果信息。
所述系统控制模块包括指令获取单元、指令转换单元、目标设备状态识别单元、系统菜单状态单元和显示指令生成单元，所述指令获取单元和系统菜单状态单元分别与指令转换单元相连接，所述指令获取单元、系统菜单状态单元和目标设备状态识别单元分别与显示指令生成单元相连接。
所述显示输出模块包括LED显示阵列，所述LED显示阵列的型号为HCMS-2963。所述指令输入模块包括，按键确定、按键取消/返回、按键向上/向左和按键向下/向右。所述显示输出模块还用于显示系统控制模块的菜单状态信息。
所述系统控制模块通过IIC通信协议与目标设备进行双向数据通信。所述系统控制模块通过SPI通信协议向显示输出模块发送相应的显示指令。
本实例的工作过程：结合附图对本发明作进一步描述。图1是本发明的原理结构框图。整个人机交互系统分为三大功能模块，分别是系统控制模块、指令输入模块和显示输出模块，各个功能模块功能独立、职责明晰，同时不同功能模块之间通过数据线及控制线连接，传递数据信号及控制信号，从而使三个功能模块构成一个具备完整功能的系统。系统控制模块是整个人机交换系统的核心处理模块，主要由MCU及其外围电路构成，它负责采集和接收指令输入模块发送来的操作指令及目标设备的实时状态信息，并将接收到的信息进行处理，转化成目标设备可识别的控制指令和显示输出模块的显示指令，并分别将其发送给相应的其他模块或设备中去，最终完成对目标设备的状态显示和实时控制操作。用户指令输入主要依靠四键薄膜按键结合系统菜单进行选择操作，系统菜单已经预先编制好并储存在系统控制模块中，用户通过菜单选择相应的操作对目标设备进行各种控制。人机交互系统的菜单、目标设备的实时状态信息和用户对其进行各种控制操作的结果将实时显示在显示输出模块的LED阵列上，具体显示内容由系统控制模块根据用户的指令及目标设备的状态，结合菜单运行的情况综合处理后控制给出。
图2是系统控制模块结构框图。系统控制模块包括ATMEGA8型号的MCU及其外围电路构成。由图中可以看出，系统控制模块包括指令获取单元、指令转换单元、系统菜单状态单元、目标设备状态信息识别单元和显示指令生成单元。指令获取单元主要用来判断用户按下四个按键(“确定”、“返回/取消”、“向上/向左”和“向下/向右”)中的哪个按键，系统菜单状态单元子模块用来记录当前系统菜单所处的状态，两个单元的结果实时汇总到指令转换单元中，用以判断用户选择的操作动作，并将其转化为目标设备可识别的控制指令待发送。同时目标设备状态信息识别单元不断发起同目标设备的数据通信，以获取相应设备的状态信息。其中，系统控制模块与目标设备之间通过IIC通信协议进行数据的双向传递，人机交互系统向目标设备主要发送控制指令，目标设备向人机交互系统主要发送目标设备的实时状态信息及用户控制结果等信息。显示指令生成单元主要是根据指令获取单元、系统菜单状态单元和目标设备状态信息识别单元三个单元的运行结果生成显示指令及LED阵列控制指令，并发送到输出显示模块中用以控制LED阵列显示的内容。
图3是指令输入模块结构框图。由图中可以看出，指令输入模块主要由四键按键电路构成。之所以选择四键按键，是因为由“确定”、“返回/取消”、“向上/向左”和“向下/向右”四个按键可以构成一个最简单且完备的输入系统，通过和系统菜单界面配合，可以完成菜单中任意设定的操作。图中1和2分别连接系统控制模块中的MCU的INT0和INT1两个外部中断引脚，3和4则分别连接系统控制模块中的MCU的两个普通IO口，且这两个IO口在非中断状态下均为输出高电平。具体判断过程参见表1。
表1指令输入模块按键判断
图4是显示输出模块结构框图。显示输出模块主要由型号为HCMS-2963的LED阵列构成，此型号的LED阵列支持SPI通信协议，每个LED阵列包含四个独立的显示屏，每个显示屏可以显示一位数字、字母或文字。由图中可以看出，可以根据实际需要连接多个LED阵列，构成LED阵列组。LED阵列显示的内容由系统控制模块通过SPI通信协议发送的显示指令来控制。当多个LED阵列组成LED阵列显示组时，要将SPI通信协议中时钟信号(SPI_CLK)、片选信号(SPI_NSS)和其他控制指令并联同时接入各个LED阵列芯片的相同引脚，同时将输入数据信号(SPI_DIN)以串联的形式接入各个LED阵列芯片。串联的具体方式为：前一个LED阵列芯片的DOUT引脚连接下一个LED阵列芯片的DIN引脚，输入数据信号(SPI_DIN)从第一片LED阵列芯片的DIN输入DOUT输出，进入第二片LED阵列芯片的DIN，依次类推，直至进入最后一片LED阵列芯片的DIN引脚，从而完成所有LED阵列芯片的显示数据传输。这样设计可以最大程度节省系统控制模块MCU的数字资源，理论上不论外接多少LED阵列，只需要占用MCU四个IO口就能完成所有LED阵列显示的控制。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种小型化人机交互系统，其特征在于：包括系统控制模块、指令输入模块、显示输出模块和目标设备，所述指令输入模块用于发送操作指令，所述系统控制模块用于实时接收指令输入模块发送的操作指令，并根据操作指令生成控制指令发送给目标设备，同时所述系统控制模块实时接收目标设备的状态信息；所述系统控制模块根据接收的操作指令、目标设备的状态信息和系统控制模块的菜单状态信息向显示输出模块发送相应的显示指令，所述显示输出模块用于根据显示指令显示目标设备的状态信息或控制结果信息。
2.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述系统控制模块包括指令获取单元、指令转换单元、目标设备状态识别单元、系统菜单状态单元和显示指令生成单元，所述指令获取单元和系统菜单状态单元分别与指令转换单元相连接，所述指令获取单元、系统菜单状态单元和目标设备状态识别单元分别与显示指令生成单元相连接。
3.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述显示输出模块包括LED显示阵列，所述LED显示阵列的型号为HCMS-2963。
4.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述指令输入模块包括，按键确定、按键取消/返回、按键向上/向左和按键向下/向右。
5.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述显示输出模块还用于显示系统控制模块的菜单状态信息。
6.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述系统控制模块通过IIC通信协议与目标设备进行双向数据通信。
7.根据权利要求1所述的小型化人机交互系统，其特征在于：所述系统控制模块通过SPI通信协议向显示输出模块发送相应的显示指令。
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