人机界面设计

人机界面设计（共12篇）

人机界面设计 篇1

用户使用操控设备时总要依赖图标和说明与产品进行沟通, 而不是产品本身传达出来的信息进行人机互动。将人—机—环境的协调关系作为整个人机界面系统进行设计研究, 避免操作者产生各种不适应进而提高人机界面操作性能。

用户和机器之间存在一个面, 这个界面被称作为人机界面, 引为人与产品的交互关系。也就是说机器的运行状态通过界面操作和显示系统传递给用户, 实现从机器到用户的信息传输。产品的用户界面包括产品外观、可视性操作、产品说明和品牌标识的应用。

人机界面中的“人”是指作为工作主体的人, 包括使用者、决策人员、操作人员等。人机界面中的“机”是指人所控制的一切对象的总称, 包括人操作和使用的一切工具和工程系统。笔者以大型设备单晶炉手持操控器这一典型的工业用生产设备为例展开研究, 生产制造业为了追求经济利益, 往往只注视产品功能性而忽略了产品外观设计的宜人性。

设计改良的对象为原厂提供的T80A手操器, 该手操器用于操控单晶硅锅炉生产, 从外观上将整个手操器界面可以分三大区域 (图1) :上方显示器件、按钮操控区、手柄持握部位。公司为节省成本将设计的内部元件直接安装入通用机壳来使用的。但其界面表意不明确, 不能给使用者一个舒心的使用感受更没能实现优良的用户沟通。

一、操控设备人机界面特性

方便良好的操作界面会降低操使用者的误操作, 简易可视性的操作界面会使人与产品之间的情感体验互动变得更积极, 产品操作变得更直观有趣吸引消费者。界面设计不合理就会导致用户操作事故, 严重影响系统运行的安全与稳定, 同时对操作人员造成心理或生理上的伤害。因此分析研究人机界面设计的合理程度就显得十分必要, 操控设备具有以下几个特性。

1. 高准确性。

作为重工业生产领域的操控设备在执行任务时不允许出现任何小的失误。由于操控设备属于系统元件是整个操作系统的一端, 只有保证了产品的准确性, 才能保证设备系统的准确性。

2. 良好的宜人性。

在重型加工作业环境中长时间工作容易使操作者产生不良情绪, 尤其一些涉及生产安全的加工制造企业, 良好的用户操作体验会简单、明确的传达信息同时减少记忆负荷, 此外舒适的外观形态都会体现良好的宜人性。

3. 适用范围广。

操控设备具有高可靠性、高稳定性和高安全性且应用范围广的显著特点, 它所传递出的信息能否可靠地被使用者接收并且准确的反馈, 直接影响其工作效率和操作的舒适性。该手操器设计是单晶炉的附属设备, 属于低批量操控设备设计, 专业化强并与生产安全紧密相关。设计者在设计操控设备时需要谨记用户界面、用户输入硬件 (如触摸屏、键盘、按钮) 、处理元件、电源系统、模制塑料零件等部件之间的相互作用。

二、操控器人机界面分类及设计原则

界面可以分为软界面和硬界面, 软界面是指软件界面, 就是计算机系统中与用户交流的接口通道, 是显示屏看到的计算机显示屏幕的交互界面设计;硬界面则是指硬件界面, 是客观的操控接触面, 是人机交流的媒介, 体现人与产品的交互关系, 亦称用户界面。在产品设计领域我们重点研究硬件界面应用。硬件界面的设计原则有以下几点。

1. 操控设备外观尺度与比例的设计原则。

操控设备通常分控制区和持握区, 运用“黄金分割”的原则安排各部件, 线条的分割需体现规则和秩序, 同时设备表面忌转折面过多, 一方面防积存污垢另外减免对手掌心的过度施压, 简洁和稳定感的造型更能突显设备的严谨、可靠性。

2. 操控设备控制面板的布置原则。

操控设备控制面板长宽尺度应该按手掌尺寸、视线范围的操作要求进行设计。如显示屏幕和操作按键的设计, 尤其是按钮应按使用中功能不同区域进行划分, 比如单晶炉操控器应根据功能需求不同, 进行大小、形状、类别及位置的设计。例如可以利用三角形本身的形状特征结合功能需求强化了方向指示性 (图2) , 合理的操控面板会提高工人的认知度。

3. 操控设备外观色彩的设计原则。

色彩作为产品设计构成中极为重要的构成因素, 任何产品, 光靠良好的性能、美观的造型是不够的, 其色彩也非常重要。首先, 产品的主色调必须根据产品功能来决定;其次, 应该考虑到改产品使用的环境和气候条件、温度等因素。另外, 还要注意产品的形状、质地与色彩的统一。比如空调一般不太适合用纯暖色, 若选用纯度高的暖色往往给人一种制冷效果特差的感觉。

根据说设计的产品属性来选用合适的色彩系统, 为了使应使操作者在工作时保持平和的情绪和愉悦的心情, 在色彩应用上不宜过沉闷, 也不于刺激与兴奋。一般此类工业产品需注重安全色的应用。多用黑白色配以安全色, 具有适当的对比效果。此外还可以利用色彩来对设备形态进行修正达到视觉上的稳定性, 利用分割错觉调整视觉上的尺寸比例感觉, 达到视觉上的平衡增强产品的重量感。我国标准规定的安全色为红色、黄色、蓝色、绿色四种, 并规定黑、白两种色为对比色。安全色的四种颜色具有以下特性:红色:醒目明显, 能使人产生兴奋感和刺激性。辨认度很高, 所以用其表示危险、禁止和紧急停止的信号。但容易使人神经紧张, 有不安感。黄色:黄色是明度最高的颜色, 比红色更高, 黄色与黑色组成的条纹是视认性最高的色彩, 特常用作警告信号。蓝色:注目性和视认性虽然都不高, 但与白色配合使用会产生较好效果, 因此适合用作指令标志的颜色。绿色:绿色是环保、年轻的代表, 具有舒适、安静、安全等的心理效应, 所以用作提示安全的信息。

4.

另外, 还有很多影响因素, 如工作环境与安排、人体因素的设计、物理空间与安排、照明、环境气氛、噪音和运动影响等。

三、结语

友善的用户界面不但能增加产品使用的方便性, 也能减少使用错误, 使产品发挥最大的功能。在界面设计中强调交互, 一方面是人主动的接受和反馈, 另一方面是来自物的信息传递。在进行界面设计时要顾全局, 设计者要充分考虑到操控设备整个系统中功能、情感、环境的综合性, 提高对用户体验设计的关注。

人机界面设计 篇2

如何在 iPhone 应用程序中体现这些优秀的设计原则呢?

一、拟物映射

将你的应用程序的对象和操作按照现实世界中的对象与操作仿造。特别是对于新手用户，这项技术能够帮助他们快速领会你的应用程序是如何工作的。

文件夹是一个经典的软件隐喻。在现实世界中人们把文档放到文件夹中，所以他们很快会明白把数据放到计算机的文件夹中。 在iPhone上，开关控件是一个很棒的隐喻。

图标设计中符号寓意也要注意。与现实世界中人的公共的心智模型一直，才能产生共鸣。

【值得注意的是】当您设计您的应用程序时，请认识到 iPhone 操作系统存在的隐喻，并且不要对这些隐喻重新定义。同时，检查你的应用程序执行任务是的表现，看看是否有自然的隐喻可以使用。请记住，相比为您的应用程序单独增加一个合适的符合真实世界的对象和操作的用户界面，使用标准的控件和操作反而更好。除非你选择的隐喻能被您的绝大部分用户理解，包括那些会增加而不是减少用户困惑的隐喻。

二、直接操作

直接操纵意味着人们觉得他们都在控制切实的而不是抽象的东西。遵循直接操纵的原则的好处是，用户更容易了解他们的操作对于操纵对象所产生的结果。

因为其多点触摸界面，iPhone 操作系统的用户享受着高度的直接操纵的愉悦感受。使用手势操作让用户对他们在屏幕上看到的对象，感觉上更具亲和力，和控制感，因为他们不必使用任何中间设备(如鼠标)操纵它们。

为了提高你的 iPhone 应用程序中的直接操纵感，请确保：

当用户对在屏幕上的对象执行操作时，要保持他们可见

用户的操作结果是立即地显而易见

三、即点即看

iPhone 应用程序是比一个人更善于记忆一些选项列表，命令，数据等。利用这个优势，以列表的形式给用户提供选择或选项，所以用户可以方便地扫描然后做选择。尽量减少文本输入使用户不必花费大量的时间打字，这样也避免了应用程序执行错误检查，

提供选择给用户，而不是要求更多开放性的输入，同时,允许可以让用户集中精力在你的应用程序完成任务，而不是去记忆如何操作它。

四、反馈

用户除了要看到他们操作的结果，还需要得到操作控件时的即时反馈，以及在长时间操作中的状态报告。

您的应用程序应提供明显的变化来响应每个用户操作。例如，确保列表选项时在用户点击时暂时的高亮。声音提示也很有效，但它不能成为主要或唯一的反馈机制，因为人们可能会在无法听到声音，或他们必须关闭声音的地方，使用携带 iPhone 操作系统的设备。况且，您也不想与 iPhone 操作系统的声音进行竞争，因为用户常把它认为是警告。

当系统暂时繁忙时，iPhone 操作系统自动地提供操作反馈：

显示活动指示器;

当系统操作持续超过好几秒时，你的应用程序应显示消耗时间进度，并且，如果有的话，显示解释性信息;

显示操作后的状态信息;

动画是向用户提供反馈的一种良好方式，它微妙而富有含义。动画贯穿于整个iPhone操作系统中，甚至在非沉浸式应用程序中。但作为提供反馈的一种手段，动画只是常用于提高用户体验，它本身并不是用户体验的焦点。

五、让用户去控制

让用户来触发并控制行为，而不是您的应用程序。保持行为的简单和直接，使用户能够很容易地理解并记住他们。尽可能使用标准的控件和用户已经熟悉的行为。

在开始之前应提供充分的取消操作的机会，当用户触发一个可能造成破坏的行为时，务必与用户进行确认。尽可能使用户能够正常地中止一个操作的进行。

六、高度的遵循美学

尽管一个应用程序的最终目的是为了完成某个任务，这项任务甚至可能是玩游戏，我们也不应低估界面的重要性。这是因为界面对功能有强大的影响力：如果一个应用程序看起来很混乱或不合逻辑的话，也必然是很难理解和使用的。

美的东西体验就是好的——这是一个基本法则。就像好看的人总是让人们感觉舒适亲和。

审美的完整性并不是一个用来衡量您的应用程序有多漂亮的标准。它的作用是衡量外观与功能相匹配的完整性。例如，一个高效的应用程序应保持微妙的装饰元素以及装饰背景，同时又通过标准控制和行为以突出任务。

例如一个身临其境的应用，用户期望一个美丽的界面外观，承诺乐趣和鼓励发现。虽然身临其境的应用往往是侧重于提供注意力的转移，它的外观仍然需要和任务结合起来。要确保你设计的用户界面元素在这样的应用程序里是细致的，因此它们才能提供一个内部一致的体验。

人机交互界面在设计方面的完善 篇3

关键词：人机交互 界面 设计 要点 完善

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2016）02-0064-02

人机交互是社会发展的未来趋势，实现人机交互，不仅是科学技术水平发展的必然，也是人们在生活水平不断提高的情况下所提出的新要求。设计人机交互界面是实现人机交互的关键，只有简单易懂、操作方便、功能完善的界面，才能满足人际交互不断提升的要求。但是，目前人机交互界面设计还存在一些不足之处，导致用户体验始终达不到较高水平。因此，必须对人机交互界面进行优化设计，不断提升其性能。

一 人机交互界面设计的基本原则

设计人机交互界面的目的就是为人和机器之间提供一个协调操作的界面，通过这一界面可以实现人机互动，达成用户所需的各种功能。人机交互界面所涉及的范围很广，不论是何种用途的人机交互界面，在设计过程中都应该遵循一些基本的设计原则，确保设计出来的人机交互界面能够符合用户的实际需求。

第一，人机交互界面设计需要满足易用性原则。不论是什么产品，其所面对的用户都是各种各样的，这些不同的用户之间存在学历差异、认知差异以及知识结构差异等多方面的不同。因此在设计人机交互界面时，就应该对这些因素全面考量，确保用户可以在不借助说明书的情况下就可以对界面功能形成大致认识。

第二，人机交互界面设计需要满足规范性原则。规范性原则是设计人机交互界面所必须遵循的原则，其主要涉及到界面图标、标签提示、对齐方式、等待过程、菜单结构等多个方面的内容。所以，在设计过程中，设计人员应该从菜单条、状态栏、工具栏、滚动条以及快捷菜单等方面加强交互界面的规范性设计。

第三，人机交互界面设计应该协调与美观。对于用户而言，操作界面是否美观协调，会直接决定其是否会产生购买欲望或是能够顺利操作。比如，对于手机的交互界面而言，若是美观性较低，或是协调性不好，那么消费者就不会购买这款手机。所以，在设计中加强协调性和美观性的考量是十分重要的。

第四，人机交互界面设计应该体现出独特性。对于一款产品而言，其必定和其他类似的产品存在区别。而且对于企业自身而言，必定是希望自己的产品能够在市场竞争中打败同类型的产品。由此，就需要在人机交互界面设计中体现出独特性，并且切实反映出企业自身的特色，以便得到消费者的认可。

第五，人机交互界面设计应该确保安全性。对于人机交互而言，由于机器本身和用户都可能出现各种各样的意外情况，从而引起不安全问题产生。因此，就需要在人机交互界面设计中加强安全性考量，避免发生意外情况。比如，应该对用户无意识输入的无效数据有效识别，并且控制程序不做出反应。而对某些控件也应该设置用户权限，避免用户输入不安全的数据。

最后，人机交互界面设计应该突出快捷性。在智能化趋势不断明显的当下，快捷性是用户提出的新要求，越来越多的用户希望在人机交互界面中能够实现快捷操作。比如，在文件操作方面，就应该设计打印、关闭等快捷键。在系统菜单上，也需要设置帮助、工具等快捷键，以满足用户的各种需求。

二 人机交互界面设计的要点

（一）整体框架设计要点

整体框架设计是人机交互界面设计的一个重要环节，其所包含的内容较多，主要有典型页面设计、登陆页面设计、系统首页设计等。

在典型页面设计方面，首先应该注意整体页面的位置，即对长、宽、高进行合理的控制。在页面基本框架构成方面，主要应该对系统logo、导航、菜单、内容显示页、查询等进行合理布置。此外，还需对页面显示的分辨率进行控制，确保显示清晰。在登陆页面设计以及系统首页设计这两个方面，其所需要注意的问题和典型页面设计基本一致。

在配色设计方面，首先应该满足基本的系统配色原则，确保界面设计配色的规范性。其次需要对系统主体背景配色进行设计，确保其和界面配色相适宜。最后就是系统辅助配色设计，其也应该在满足系统配色的基础上，最大程度贴合整体配色风格。

在字体设计方面，一般人机交互界面常用主体包含了汉字和英文这两种，针对某些交互界面可能还存在日语、德语等。在字体设计方面首先就是要确定字体类型，这需要根据用户对象合理选择。然后，需要对字体大小进行确定。这应该根据交互界面的大小尺寸合理确定。最后应该对字体颜色进行设计，使其和系统配色相得益彰。

在信息提示方面，首先应该对必添项提示进行设计，其主要包括了必添项的字体、项前标示以及输入框颜色等。对等待提示设计，则需注重进度条、提示形式的设计。对删除提示，应该在字体、大小、内容和颜色等方面进行统一设计。对保存提示也需要在颜色、字体、大小和内容上实现统一设计。

（二）界面元素设计要点

整体框架只是人机交互界面设计的基础，界面元素设计才是其中最为核心关键的环节。就人机交互界面而言，界面元素主要包含了logo图标、导航、菜单、表格、按钮、文本框等。

在设计logo图标时，除去前边所讲的大小、颜色和字体等，其定位也是非常重要的。对于人机交互界面而言，logo图标定位应该从人体工程学的角度出发，选择最符合人体视觉的位置。不仅如此，在logo图标设计上，还需充分融入企业元素，让用户能够切实感受到相关企业的企业文化。

在设计导航时，需要对导航形式、导航字体、导航颜色以及位置等合理设计。在设计的过程中不仅要考虑用户的实际体验，还需结合界面设计的实际情况，确保满足协调性和美观性。

在设计菜单时，需要对菜单级数、菜单展开风格、菜单菜单位置、菜单字体、菜单背景以及边框颜色等合理设计。菜单级数最好控制在3级以内，展开风格一般是纵向展开，菜单位置一般位于界面顶部或是底部，但是也可设计于界面的侧边。菜单背景应该和界面整体风格相适应，边框颜色也需要和界面整体配色相符合。对于不同级别的菜单，还需在字体、颜色和大小上体现出一定区别。endprint

在设计表格时，对标题字体、大小、颜色和位置都需要精确控制。此外，对于表格行，需要控制行高、背景颜色以及每页的显示行数。还需对单元格间距、数据单位位置、表格主体内容提及页数表述等进行控制。

此外，在人机交互界面设计中，还需对按钮、文本框、下拉框、单选框等多个方面加强设计控制，确保设计满足基本原则，能够符合用户的实际需求。

三 人机交互界面设计的完善

（一）以人为本

以人为本，展开说来就是人机交互界面设计应该以用户的实际需求作为设计准则，围绕用户的根本需求设计人机交互界面，如此才能提升用户对人机交互界面设计的满意度。因此，在设计人机交互界面之初，就应该对用户群体进行全面调研，切实了解用户的需求，以及其对当前同类产品的评价。然后，可以对用户群体进行特征提取，对用户的普遍需求、心理特征、行为活动、个体差异等全面进行分析，再将其融入到人机交互界面设计当中。比如，如果人机交互界面的产品是面向儿童群体，那么就需要充分考量儿童的特点。儿童思维简单、活泼好动，因此界面设计就应该简洁明了、色彩鲜亮，在保证儿童能够快速操作的同时充满兴趣。再比如，若是手机的人机交互界面，其面向的用户数量庞大、特点各异，这是若是要充分考量所有用户的特点就显得不切实际了。因此，这就需要对产品进行定位，划分出具体的用户人群，然后在对其进行设计调研。不仅如此，在设计的过程中还需将用户引入其中，让用户参与设计活动，在人机交互界面中体现出用户意志，如此才能设计出符合用户群体的人机互动界面相关产品。

（二）情感因素

人机交互界面并不是单纯的操作界面，其应该在设计中融入情感元素，使其体现出生命力，情感因素可以从交互界面的构成元素上得到体现。在设计的过程中，需要设计者对用户情感客观审视，并通过颜色、字体、排版等设计体现出这些情感因素。只有人机交互界面充满了情感因素，才能使用户对产品产生兴趣，从而真正深入了解并认同一款产品。对于一款产品而言，不论是手机还是平板电脑，用户在使用之前都需要下载一些必要的软件。在设计交互界面时，不仅设计一个美观协调的下载界面，还需设计人性化的引导界面，通过引导帮助用户完成新产品的配置和软件下载。不仅如此，还可以加入一些交互界面，在用户下载新软件的时候能够进行一些其他的事项。在界面的按钮设计上，还可以融入企业的标示，让用户能够感受到企业设计这一款产品时的心意。比如，以微软推出的surface 3为例，其在人机交互界面的设计上就体现出了情感因素，简洁美观的交互界面，以灰色调配以surface字样的界面背景，不仅给用户一种沉稳大气的体验感受，更彰显出微软自身的企业文化。

（三）操作设计

操作是人机交互界面所必须考虑的问题，不论界面设计多么美观协调，若是操作性不好，就会导致用户的使用感受大打折扣。因此，在人机交互界面的设计过程中，必须注重操作设计，不仅要确保操作的便捷高效，还需符合用户的使用习惯。比如，在手机的设计中，对于音量键的设计就应该符合大众的使用习惯。大部分人都是右手持机，习惯音量键在手机右侧上方位置，或者是左侧上方位置，这样就能够直接用大拇指或是食指调控音量。再比如在滑屏设计上，大部分用户的使用习惯是向左或是向右滑动屏幕，因此若是设计成向上或是向下滑动屏幕，势必会导致用户操作体验不佳。所以，在实际设计应该尽量避免这种设计出现，确保操作设计符合用户习惯，以及能够方便地进行操作。此外，在操作设计上还需加强安全设计，即对用户的误操作进行安全保护，避免一些意外操作导致产品出现问题。

结束语

人机界面上位机图元设计 篇4

工控软件中图形组态是最重要的组成部分,组态软件和HMI软件上位机部分有很大的相似之处:对页面上图元文件的组态。面向对象的程序设计,让图元的管理维护简单易行,就完成了图元设计的基本功能。此外相似类型的图元,在属性的设计上尽量继承同一个基类,避免重复定义,同时让用户在使用时更加方便。

2 系统实现

2.1 开发环境

整个系统采用面向对象的程序语言Delphi实现,使用Delphi 7 作为开发环境。Delphi是快速开发工具,有一个功能强大的组件库(Component Library)。我们利用Delphi组件库体系结构中灵活的组件和类技术,开发一个具有文件(File)、编辑(Edit)、窗口(Windows)、通讯(Communicate)和帮助(Help)等功能的图形编辑系统。

2.2 窗体的设计

这个系统总体上采用多文档窗体(MDI)设计,新建项目的时候选择MDI Application,用这个作为父窗体。此外系统中需要一个主组态界面fmdesign,在这个界面上编辑图形;需要一个工具窗体fmtool,从这个窗体上选择图元,供fmdesign绘制。需要一个属性窗体fmProperty,用于配置fmdesign页面上的图形的参数,还需要一个项目窗体fmprogect,在这个窗体上选择项目中的其他一些页面。这几个窗体采用fmMDIChild样式,作为子窗体。考虑到在页面设计的时候可能存在一个用户工程中需要多个页面的情况,在页面设计窗体中使用Tpagecontrol控件,用page来管理各个页面的图元对象。图1是系统的几个窗体

2.3 图元类的设计

这里讲的图元是广义的图元,不仅指直线、矩形、圆、椭圆等图形,还包括文本,以及由这些简单图元组合而成的复杂图元。在窗体上绘制图元,需要定义图元的位置、大小等几何属性,还需要定义一些样式属性(画笔颜色,填充颜色,线宽)等。要绘制、修改图元需要得到图元的控制点,根据处理控制点的方式不同分成两种类型,分别处理。

2.3.1 矩形结构的图元(矩形、椭圆、圆、文本、复杂图元等)

绘制这类图元的时候,图元决定了一个矩形区域,图元的高度、宽度属性跟矩形区域的宽度和高度相对应(如图2)。在绘制、修改图元的时候只要捕捉矩形的边界,可以通过修改矩形的边界来达到修改图元属性的目的。TGraphicControl类定义了一个TCanvas对象,还有一个Paint虚函数用于被重载。把Canvas对象的Width和Height属值给图元的Width和Height。为了给图元增加样式属性,在子类中增加Fpen,FBrush两个属性对CANVAS中的pen,Brush赋值。

为了避免重复定义,提高代码的重用性,在TGraphicControl和图元之间增加一个类(TRectXY):处理矩形结构的图元的公共的属性,作为矩形结构图元的父类。

以指定的宽高,绘出矩形。其他的图元类类似。

对这类图元的选中、移动、放大缩小、复制、删除等操作,选中操作是基础,这里主要判断鼠标左键按下时鼠标光标所在的点是否在某个图元对象的canvas对应的矩形区域内,如果在则在canvas的四个角上绘出小正方形以表示这个图元被选中。可以把图元的操作做成一个类,集中管理。

2.3.2 非矩形结构的图元(直线、折线、多边形等)

这部分图元的管理要复杂一些,比如折线在绘出重新修改的时候需要多个控制点,那么以上那种基于矩形图元的概念就不够了。在图元的属性中我们定义一个二维数组(X1,Y1),(X2,Y2)……(Xk,Yk)用于保存各个控制点的坐标,数组的长度k由新建图元的时候控制点的个数确定。只需取max(X1,X2……Xk),min(X1,X2……Xk),max(Y1,Y2……Yk),min(Y1,Y2……Yk),在控制点序列中找到包含这些控制点所在的最小矩形区域,我们把图元绘制在这个区域所决定大小的一个Canvas对象上,在这个控制点我们采用把图元直接绘制在一个canvas对象上。所以这类图元我们可以继承TRectXY类,增加一个控制点数组属性。

为了提高选中操作时的相应速度,首先判断点击点是否在一个矩形区域内,如果在一个非矩形结构图元的矩形区域内,再显示这个图元的控制点。

在设计图元的时候把图元的各个控制点保存在图元的属性之中,根据一定的算法判断出选中图元后,在各个控制点处绘出高亮小正方形,通过擦除重画的方式实现对图元的修改。

这类图元没有width,height这样的属性,控制点数组是这类图元的核心属性,paint函数中根据数组中的点绘出图形。还有就是IsSelected函数的定义,判断这些图元是否被选中。

也可以专门定义一个图元管理类,管理这类图元。

2.4 文件的保存

在程序的运行过程中,图元作为对象保存在内存中,不保存在文件中,只有在用户点击保存的时候,才把图元保存在文件中,这样避免了频繁的读取文件,提高了系统的运行速度。文件的保存需要对每一个图元的属性记录在文件中,本文把属性都保存在行文本文件中。用户保存文件时,程序对整个工程中的页面作一个扫描,对每一个页面上的图元逐一进行扫描,把图元的标志字段、图元的属性作为行文本保存在文本文件中。不同的图元类型,用关键词区分,每个图元单独占一行,一个图元的各个属性之间用分隔符“,”分割开。例如页面上有两个图元分别是矩形和椭圆,在文本文件中为

分别表示矩形,位置在屏幕上的(103,45)处,宽度为80,高度为30,画笔颜色为黑色,填充颜色为白色,画笔宽度为1;椭圆,在屏幕上位置为(279,50)宽度为100,高度为50,画笔宽度为1,颜色为黑色,填充颜色为红色。

2.5 文件的打开

文件的打开跟文件的保存过程相反,需要把文本文件还原为窗体上的图形文件。这样在打开页面文件的时候,根据保存文件时的结构,逐行读取文本,碰到图元标志关键字,系统调用相应的类创建对象,对象的属性来自行文本后面的属性字段。顺序是先创建页面对象,然后再每个页面上创建相应的图元。

3 结束语

本文论述了人机界面软件中上位机创建图元库的一般方法,并用Delphi语言做了实现。通过一定的编码规则,可以把文本文件转换为二进制形式,把二进制文件下载到人机界面下位机,可供下位机解释运行。这个系统满足了人机界面的设计需要,实际运行中效果良好。

参考文献

[1]徐承志,张振东.基于OO技术图形编辑器的设计.电脑学习,第6期,P25-26.2004.12.

[2]王伟,张淋江.基于Delphi组件技术的文本编辑器的实现.郑州牧业工程高等专科学校学报,27卷,第4期P32-332007.11.

人机界面设计 篇5

一种基于MODBUS的嵌入式人机界面的设计与实现

错误检测主程序 ">

现场总线是一种用于底层工业控制和测量仪表之间的总线，人机界面设备就是作为现场总线中，控制器和操作者之间的通信员它可以完成现场控制器与操作者之间数据的接收和发送。本设计使用Atmel单片机89C52作为主要控制芯片，用以东芝丁6963C为控制芯片的128＊64液晶比O作为显示界面，采用工业标准通信协议MOOBUS作为数据信息交互的介质，主要功能是完成对工业网络中现场控制器数据的采集显示，根据需要设定数据并发送到现场控制器完成控制任务，实现人机之间控制信息的交互传送。文章分别介绍了硬件设计电路和软件的设计过程，并介绍了一种好用和简单的MOOBUS从设备调试工具 Modbus slave。

系统硬件电路框图如图2。

电路部分十分简单，包括看门狗电路、4个按键的直接连接、程序扩展电路、RS232电平转换部分、液晶点阵连接部分。

MAX7OS的功能是：上电复位程序监视。89C52正常工作，执行喂狗程序时，不断从P17输出脉冲信号至MAX705的WDI脚，当单片机程序跑飞后，Pl.7不再输出脉冲信号MAX705的WDI脚在1.6S内收不到脉冲信号，将在MAX70S的RESTE端产生高电平，产生复位信号，将单片机复位，迫使程序复位到入口处。

针对AT89C52硬件资源比较丰富，考虑采用直接方式设计键盘电路，而且可以简化电路。键盘采用4个开关直接控制。开关的一段通过电阻连接电源和 欢迎到访我的豆丁主页：http:///hechaoscut(文档精灵)本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。

AT89C52的P10～P13管脚，而另一端接地。由于P10～P13是低电平工作，当不同的开关接通时，根据采集到不同端口是高还是低电平，来执行相应的按键子程序。

考虑到使用LCD具有较强的表现能力和丰富的表现方式，所以扩展了32K的EPROM27256。是为实现产品升级，完成丰富菜单，强大功能，表现动画准备的。

128＊64液晶显示器LCO采用直接访问方式，直接访问方式是把内置T6963C控制器的液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在单片机的总线上。模块的数据线接单片机的数据总线上，片选及寄存器选择信号线由单片机的地址总线提供，读和写操作由单片机的读写操作信号控制。按口电路如图2所示，在图中使用了地址线AS作为模块的寄存器选择线C/D，使用地址线A15作为模块操作的片选线；模块的VO端所接的电位器是作为液晶驱动电源的调节器，调节显示的对比度。使用该种连接方式，不用考虑T6963C的时序图，不用对LCD的管脚进行单独的操作来满足时序，就像读写外部RAM一样，笔者认为比采用要在程序中实现时序的间接访问连接方式方便。

考虑到在常温下，LCD的额定电流为0。4ma所需的功率很小，再加上RS232串口集成电路MAX232有两路发送器、两路转换器，使用其中一套完成电平转换用来通信，另一套正好用来产生-10V，该电压由MAX232的14端供LCD显示画面使用。

下面介绍软件部分，主要完成一下功能按键的查询和响应、画面的显示和刷新通过MOOBUS协议完成数据的接收和传输通信。

软件结构清晰，按模块分为三大块主程序部分、T0定时中断、串口中断部分。

（1）主程序部分

主程序流程图如图3所示，主要完成一些初始参数的设定，其中LCD的初始化包括：液晶屏的尺寸光标的位置和形状等这部分程序在购买LCD时厂家会附带的，根据需要修改一下即可满足要求；还有就是将需要显示的汉字进行编码。定时器使用的是T0选择方式1，采用50ms中断查询按键，考虑到还有串口中断，使用了默认的中断优先级，即T0中断高于串口中断。这种安排已通过试验调试。在等待中断部分安排了循环执行喂狗程序目的是在程序正常执行时起到看门狗的作用，在等待中断过程中系统又不认为是死机。

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main: Icall clearmemory;清内存 Icall initlcd;初始化Icd mov sp,#stackpointer;堆栈为65h mov tmod.#21h:t0方式1，t1方式2 mov radixcursor.#10h mov currentpagenumber,#01h;指定初始 页号为1 mov page number,currehtpagenumber setb es setb ea mov th1,#Ofdh;设定波特率9600bps mov tl1.#Ofdh setb tr1;启动定时器t1 mov scoh.#Od0h mov 2ch,用来辅助发送 mov 2bh.#10h Icall setuptimer0;初始化定时器t0,并启动t0 setb ren Icall chaxuhsj;发送查询命令 Icall showpage;显示页面 dieloop: 欢迎到访我的豆丁主页：http:///hechaoscut(文档精灵)本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。

nop Icall feeddog;执行喂狗程序

jmp dieloop;循环等待中断

（2）T0定时中断部分

流程图如图4所示，这部分主要功能是完成按键的查询，并转去执行相应的子程序本系统中一共有四个编程键，依次可实现修改数据、增加值、减少值和翻页功能。当我们按下修改键后（即光标被激活）修改键可以用来移动光标位置此时按增加键和减少键可以分别增加和减少数值。其中翻页键是一个复用键如果直接按翻页键（不激活光标），那么它的功能就是在不同的页面之间切换，并从现场收集各页数据并显示到LCD上：而当光标处在被激活状态下时，按下翻页键就可以向现场控制器（如DSP）发送数据达到控制目的这种一键复用的设计，在电子商品中特别常见通过软件的设计减少了按键的数量，是一个比较有实际价值的设计已被广泛使用。键盘采用50ms定时中断设计，一般人手按键的起落时差远大于50ms所以可以满足设计要求而且在后面软件部分进行了去抖动，等待按键抬起功能的设计。timer0int: pushdph pushdpl pushacc pushpsw movthi0。#4bh 欢迎到访我的豆丁主页：http:///hechaoscut(文档精灵)本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。

movtl0。#Dfdh clrtr0;关定时器

movp1,＃Offh;置p1口为输入状态

mova,p1;读按键

epla anda,#00001111b;屏蔽高4位

jzgoret00;无键按下

movpgbkey,a Icalldelay;有键按下delay10ms去抖动

Icallwait;等待按键抬起

Icallseankey;转去执行相应的按键子程序

goret00: setbtr0;开定时器

poppsw popacc popdpl popdph ren（3）串口中断部分

这部分的主要功能是通过MODBUS协议完成数据的查询和发送。先对MODBUS做个简单的介绍该协议通信使用主从技术，即仅主设备能初始化传输（查询）其它设备（从设备），根据主设备查询提供的数据作出相应反应。按传输模式分为ASCII和RTU方式。本设计采用RTU方式。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。每个消息必须以连续流的方式传输。

MODBUS协议建立了主设备查询的格式设备地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域从设备回应消息也由MODBUS协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。

查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息例如功能代码03是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息：从何寄存器开始读及要读的寄存器数量错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。

回应：如果从设备产生正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应数据段包括了从设备收集的数据：像寄存器值或状态。如果有错误发生功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。

举一个关于功能码03H的例子。

主站询问报文格式：

从站应答格式：

serialportint: 欢迎到访我的豆丁主页：http:///hechaoscut(文档精灵)本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。

push dph push dpl push acc push psw jbc ri, receive Icall chaxunsj;发送查询命令

sjmp return receive: mov r0 ,2bh;指定用来存接收数据的地址指针

mov a,sbufall clr riall mov @r0 ,a inc 2bh mov a,2bh Icall crc;进行crc校验

Icall showpage return: pop psw pop acc pop dpl pop dph reti

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笔者使用了Modbusslave软件仿真下位机，模拟MOD-BUS的从设备。通过该软件，用所设计人机界面可以读取具体设备的具体各类寄存器的数据，同样可以写数据到指定设备中指定的各类寄存器中，这样就完成了数据的接收和传送。

软件界面设计 篇6

关键词：软件界面设计；界面；软件

中图分类号：TP393.092文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 06-0000-01

Software Interface Design

Duan Tao

(Information Section,Affiliate Hospital of North Sichuan Medical College Hospital,Nanchong637000,China)

Abstract:This paper introduced what is software interface design,software interface design principle,the current status and development direction.

Keywords:Software interface design;Interface;Software

界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，包括硬件界面和软件界面，是计算机科学与心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究领域。近年来，随着信息技术与计算机技术的迅速发展，网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为国际计算机界和设计界最为活跃的研究方向。

软件用户界面（Software User Interface）是指软件用于和用户交流的外观、部件和程序等等。如果你经常上网的话，会看到很多软件设计很朴素，看起来给人一种很舒服的感觉。有的软件很有创意，能给人带来意外的惊喜和视觉的冲击。也有部分软件页面上充斥着怪异的字体，花哨的色彩和图片，给人网页制作粗劣的感觉。软件界面的设计，既要从外观上进行创意以到达吸引眼球的目的，还要结合图形和版面设计的相关原理，从而使得软件设计变成了一门独特的艺术。软件界面设计是为了满足软件专业化标准化的需求而产生的对软件的使用界面进行美化、优化、规范化的设计分支。

软件界面设计分为结构设计、交互设计、视觉设计三个部分。

一、结构设计（Structure Design）

结构设计也称概念设计（Conceptual Design），是软件界面设计的骨架。通过对用户研究和任务分析，制定出软件产品的整体架构。基于纸质的的低保真原型（Paper Prototype），可提供用户测试并进行完善。在结构设计中，目录体系的逻辑分类和语词定义是用户易于理解和操作的重要前提。

二、交互设计（Interactive Design）

交互设计的目的是使软件产品让用户能简单使用。任何软件产品功能的实现都是通过人和机器的交互来完成的。因此人的因素应作为设计的核心被体现出来。交互设计的原则如下：

1.有清楚的错误提示。误操作后，系统提供有针对性的提示。

2.让用户控制界面。如“下一步”、“完成”等，面对不同层次提供多种选择，给不同层次的用户提供多种可能性。

3.允许兼用鼠标和键盘。同一种功能，同时可以用鼠标和键盘。提供多种可能性。

4.允许工作中断。例如QQ等聊天软件的断点续传功能。

5.使用用户的语言，而非技术的语言。

6.提供快速反馈。给用户心理上的暗示，避免用户焦急。

7.方便退出。如IE浏览器的退出，是按一个键完全退出，还是一层一层的退出。提供两种可能性。

8.导航功能。随时转移功能，很容易从一个功能跳到另外一个功能。

9.让用户知道自己当前的位置，使其做出下一步行动的决定。

三、视觉设计（Visual Design）

在结构设计的基础上，参照目标群体的心理模型和任务达成进行视觉设计。包括色彩、字体、页面等。视觉设计要达到用户愉悦使用的目的。视觉设计的原则如下：

1.界面清晰明了。允许用户定制界面。

2.减少短期记忆的负担。让计算机帮助记忆，例：UserName、Password、IE进入界面地址可以让机器记住。

3.依赖认知而非记忆。如打印图标的记忆、下拉菜单列表中的选择。

4.提供视觉线索、图形符号的视觉刺激、GUI（图形界面设计）。

5.提供默认（default）、撤销（undo）、恢复（redo）的功能。

6.提供界面的快捷方式。

7.尽量使用真实世界的比喻。如：电话、打印机的图标设计，尊重用户以往的使用经验。

8.完善视觉的清晰度，条理清晰；图片、文字的布局和隐喻不要让用户去猜。

9.界面的协调一致。

10.同样功能用同样的图形。

11.色彩与内容。整体软件不超过5个色系，尽量少用红色、绿色。近似的颜色表示近似的意思。

软件界面设计作为软件设计的基础，在漫长的软件发展中，界面设计工作一直没有被重视起来。做界面设计的人也被贬义的称为“美工”。其实软件界面设计就像工业产品中的工业造型设计一样，是产品的重要卖点。一个友好美观的界面会给人带来舒适的视觉享受，拉近人与电脑的距离，为商家创造卖点。软件界面设计不是单纯的美术绘画，他需要定位使用者、使用环境、使用方式并且为最终用户而设计，是纯粹的科学性的艺术设计。检验一个软件界面的标准既不是某个项目开发组领导的意见也不是项目成员投票的结果，而是最终用户的感受。所以界面设计要和用户研究紧密结合，是一个不断为最终用户设计满意视觉效果的过程。

现在的软件用户对软件操作界面美观程度和使用方便性的要求越来越高，这也对很多软件公司对界面的设计制作提出了更高的要求，原来那些比较简陋的操作界面已经没有办法满足用户的视觉和交互需求，近年来在在国外，用户界面设计被重视起来，从事这项工作的人员有了一个新的称谓：Information Architecture，信息建筑师。它不仅仅是指“美工”，而是具有心理学、软件工程学、设计学等综合知识的人。

参考文献：

[1]米兰达•麦克柯林迪克.现代主义和抽象艺术[M].桂林:广西师范大学出版社,2003

人机界面设计 篇7

人机界面 (Human-Machine Interface, 简称HMI) 是电子系统中实现人机交互的数字终端设备, 其基本功能是通过LCD屏幕显示系统运行状态或参数变化, 通过控制按钮设置工作参数或输入操作指令。HMI以8位、16位或32位微控制器为核心, 并配有外部通信接口, 利用RS485/422、CAN等标准总线还可实现多台HMI与现场控制器的网络互连[1~3]。

现实中有一些应用系统, 如行走机器人监控系统、无线抄表系统、手持遥控系统等, 由于被控设备或操作人员处于移动状态, 不能使用存在线缆约束的有线HMI, 必须在现场控制器与HMI之间建立某种形式的无线连接[4,5]。可供选用的无线技术有Ir DA、Bluetooth、WUSB、Zig Bee、GPRS、Wi-Fi等, 其中, Zig Bee作为低速无线个域网 (LR-WPAN) 规范, 具有协议简单、终端功耗小、成本低、可靠性高、组网能力强等优点, 是实现设备间短距离、低速率无线互连的较好选择。

1 无线HMI的结构

无线HMI由JN5139微控制器、液晶触摸屏、导航按键、蜂鸣器、有线通信接口、字库存储器、实时钟等单元组成, 如图1所示。JN5139作为HMI控制器, 除用于各输入/输出设备和功能芯片的驱动和控制外, 还通过所建立的Zig Bee网络, 实现与现场控制器的无线连接, 接收并执行其发送的输出控制命令, 并向其传送设备输入信息。

JN5139为Jennic公司推出的第二代单片无线微控制器, 内部集成了32位RISC CPU、2.4GHz IEEE802.15.4射频收发器、192KB ROM、96KB RAM以及多种接口部件。方便起见, 直接选用已通过FCC、ETSI等认证的JN5139模块, 该模块将微控制器芯片及其外围晶振、串行FLASH存储器、陶瓷天线等部件整合在30mm×18mm的4层PCB板上, 具有优良的电磁兼容性。

2 无线HMI的硬件实现

图2为无线HMI的具体硬件电路。根据不同外设和功能芯片的接口要求, 充分利用JN5139片上资源, 实现同类型接口对应信号线的匹配连接, 简化了系统硬件结构。图中JN5139异步串口0经MAX232电平转换后成为RS232接口, 既可用于程序的调试以及代码或字库文件的下载, 也可作为与现场控制器近距离有线连接的标准接口。

2.1 液晶触摸屏及导航按键

液晶显示选用分辨率为240×320, 尺寸为3.2in的16位色TFT LCD模块, 该模块内置ILI9320驱动器, 采用8位并行传输模式, 8条数据线和5条控制线由JN5139的13根I/O口线直接驱动。图3为LCD模块典型工作时序。显示控制通过对ILI9320内部寄存器进行读写实现, 先利用控制通道写入要访问的寄存器地址索引, 再利用数据通道写入或读出相应的数据。大部分寄存器与显示参数设置有关, 多数是在显示器上电时进行初始化。对显存 (GRAM) 的访问通过地址计数器 (AC) 间接实现, 首先向R20h、R21h寄存器写入水平及垂直显示方向的GRAM地址分量, 作为地址计数器AC的初始值, 接下来对R22h寄存器进行的数据读写将自动映射到AC对应的GRAM单元, 且AC会在每次GRAM写操作后根据R03h中AM、I/D1、I/D0的设置自动进行地址调整, 提高了GRAM连续写入的效率[6,7]。

4线电阻式触摸屏由ADS7846芯片控制, JN5139通过DIO20接收笔中断信号, 通过1#SPI口向ADS7846发送控制字并读取A/D转换结果, 进而利用线性标度变换解算出触点位置坐标。LCD背光采用5只白光LED, 其亮度由JN5139 T0_OUT端输出的PWM波控制。

导航按键包括上、下、左、右4个方向键和1个确认键, 主要用于菜单的便捷操作。为减少JN5139 I/O口开销, 利用1路A/D转换器实现按键的检测。每个按键对应不同范围的分压值, 根据A/D转换结果的数字量范围即可确定是否有键按下以及哪个键按下。

2.2 字库存储器

字库存储器选用32Mbits串行Flash芯片SST25VF032B, 该芯片采用SPI接口, 由JN5139的2#SPI口直接驱动。采用自动地址增量字编程模式在SST25VF032B中预先存入多套ASCII西文字库及GB2312一二级汉字库, 0#扇区 (最低4KB空间) 为字库索引表, 可通过字库编号检索出每套字库的点阵宽度、高度以及在SST25VF032B中的偏移地址。

2.3 实时钟

PCF8563为I2C接口低功耗时钟芯片, 除正常的时钟/日历功能外, 还具有可编程频率输出、定时器、闹钟报警、低压监视等功能。工作电压为3V时, 休眠电流仅为0.25μA。

JN5139内置硬件I2C接口, 其SIF_CLK、SIF_D引脚分别与PCF8563串行时钟线SCL和串行数据线SDA相连。PCF8563的器件地址为A2H (写操作) 和A3H (读操作) , 片内16个可寻址寄存器的地址为00H~0FH。

3 无线HMI软件结构

Jennic SDK集成了开发Zig Bee应用所需的Code Blocks IDE、C语言工具链、IEEE 802.15.4/Zig Bee协议栈、JN5139外设驱动库和BOS操作系统, 可利用Code Blocks的工程向导创建无线HMI程序框架, 程序中通过调用不同的API函数或自定义函数, 实现对外设中断、协议栈事件和传输帧的处理。

无线HMI系统软件以非抢占式任务调度器BOS为核心, 由BOS控制Zig Bee协议栈任务 (包括网络层NWK、应用子层APS和Zig Bee设备对象ZDO) 和用户任务的执行, 不同任务之间利用事件进行通信, 通过消息传递实现数据交换。

系统复位入口为App Cold Start函数, 主要负责网络参数设置、系统初始化并启动BOS, BOS获得控制权后, 通过调用JZA_bo App Start函数启动Zig Bee协议栈, 并以协调器 (Coordinator) 身份自动完成网络的创建。接下来, BOS周期性地调用JZA_v App Event Handler函数, 执行时间读取、屏幕刷新等用户任务, 发生协议栈事件 (如数据发送确认) 或外设中断 (如定时器中断、串口中断、触摸屏笔中断等) 时, 自动执行JZA_v Stack Event或JZA_v Peripheral Event函数中的事件处理代码, 显示控制指令的接收处理通过JZA_b Af Msg Object函数实现, 按键键值和触摸屏触点坐标的发送通过afde Data Request函数实现。

4 应用设计

无线HMI应用系统的结构如图4所示, 图中主控器配接Zig Bee无线接口模块, 并且该模块以路由器 (Router) 身份加入无线HMI建立的Zig Bee网络。主控器与HMI应用层之间通过命令帧和状态帧进行信息交换。命令帧和状态帧均是相对于主控器而言, 通过发送命令帧实现其对HMI的显示控制、背光调整、实时钟设置以及蜂鸣器驱动, 通过接收状态帧获知HMI发送的命令执行结果、按键键值或触摸屏触点坐标。

Zig Bee接口模块的结构比较简单, 硬件方面仅为一块JN5139模块组成的最小系统, 通过串口连接主控器。软件方面, 以Router身份加入网络后, 一方面通过JZA_v Peripheral Event函数监视串口状态, 收到主控器发送的命令帧后, 将其拼装为MSG帧, 通过afde Data Request函数传送给HMI;另一方面, 通过JZA_b Af Msg Object函数检测是否收到HMI发送的MSG帧, 是则将其拆解为状态帧并通过串口传送给主控器。

5 结束语

本文研制的无线HMI利用Zig Bee网络实现主控器与HMI之间的信息交换, 数据传输率可达250Kbps, 开阔地通信距离为50-100m, 通过增加网络节点还可实现更大范围多个主控器与多个HMI之间的互连。笔者通过二次开发, 先后设计出LED大屏幕现场调试器以及空调集控系统无线遥控面板, 使用效果理想。随着相关技术的不断成熟, 基于无线连接的HMI将获得更加广泛的应用。

摘要：针对特殊应用系统中进行信息交互的需要, 提出一种基于ZigBee的无线人机界面设计。采用支持IEEE802.15.4/ZigBee协议的JN5139无线微控制器, 配置带触摸屏的TFT-LCD显示器、导航按键、实时钟、蜂鸣器和字库存储器, 利用所建立的ZigBee网络, 实现与现场控制器的无线连接及数据交换。与有线人机界面相比, 具有节省线材、安装灵活、使用方便等优点, 应用前景广阔。

关键词：ZigBee,人机界面,HMI,LCD,触摸屏

参考文献

[1]王有庆, 田涌涛, 李从心.工控机与触摸显示屏的主从式通信研究[J].计算机工程, 2003, 29 (14) :161-162.

[2]郭远东, 黄荣瑛, 陈友东, 等.基于μC/OS的数控系统人机界面设计[J].机床与液压, 2005 (9) :30-31, 100.

[3]朱清.基于单片机控制的人机界面应用研究[J].工业控制计算机, 2009, 22 (12) :5, 7.

[4]周游, 方滨, 王普.基于WirelessUSB LS技术的低成本无线人机接口设备设计及应用[J].世界电子元器件, 2004 (4) :65-68.

[5]刘宇, 李建黎.基于蓝牙技术的无线显示屏系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2010 (1) :61-63, 66.

[6]怯肇乾.人机界面中的LCD控制驱动与接口设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2004 (11) :9-12.

农机设备人机界面设计质量的控制 篇8

1 农机设备人机界面设计的特征

1.1 明确实用功能, 同时注重产品的精神功能

农机设备是一种以机械结构为主的设备, 其实用功能必须很明确, 要求性能可靠, 操作安全, 结实耐用成为了农机产品设计的普遍理论, 在这种设计理念的指使下, 往往忽视了产品的艺术表现。随着人们生活水平的提高, 对工作环境和生产工具的艺术品位的需求越来越强烈, 要求工业设计师恰到好处地把握农机设备功能与造型的关系。保证产品实用功能的同时, 科学设计人机界面, 适度地艺术造型;不仅可以农机产品形态美观、结构合理, 还可以使性能得到最好发挥。

1.2 受产品本身的技术及成本制约, 人机界面设计可变空间小

农机设备一般运用在农业生产中, 比如播种、耕地、收割等, 一般材料以金属板材、型材等为主, 加工工艺以铸、锻、焊、铆、折、弯、剪切等冷热工种为主, 造型自然不象模具成型的塑料制品那么自如。因此, 工业设计师应该充分认识产品的实用功能、材料性能、加工工艺等基本技术指标, 力图设计实用功能可靠、操作安全舒适、形式简洁优美、生产成本低廉的产品。

2 农机设备人机界面设计质量的控制要点

农机设备人机界面可分为软件人机界面和硬件人机界面。从广义上来说, 通常所说人机界面只是硬件界面。在硬界面设计中通过对人与机的分析比较确定任务分配, 选择合适的交互方式, 从功能性、认知性、审美性等几个方面进行设计, 然后对整体风格进行设计。这样的设计方法更具有操作性和指导性。当然, 硬界面和软界面不是完全切然分开的, 在软件界面设计中, 主要通过用户的调查和认知分析, 建立用户思维模型和任务模型, 选择合适的交互方式, 对软件界面进行具体的设计。两者在一定程度上是相互独立的个体, 又是相互关联的, 所以在设计人机界面的过程中各个环节必须有着不同的侧重点。

2.1 产品调研阶段对产品进行深入地技术解构和重组

农机设备的人机界面设计主要是实现产品最终的实用功能。工业设计师必须对实现产品实用功能的技术和形成产品形态的加工技术进行深入地调研。调研就是技术解构的过程, 具体内容为: (1) 农机设备所要实现的实用功能; (2) 实现实用功能的工作原理; (3) 实现实用功能的内部结构与机构; (4) 实现实用功能的操作界面和认知界面; (5) 产品零部件的材料和加工工艺; (6) 该产品的行业标准。在调研的基础上, 与其他各类人才一道, 对产品的工作原理、功能、结构、机构、材料、加工工艺、操作界面和认知界面等再进行创新设计, 即产品技术重组的过程。

2.2 产品方案阶段建立统一的认知平台

产品设计统一认知平台的建立是设计管理的重要组成部分, 有利于提高交流的效率, 这个交流不单单指设计师内部之间的交流, 还指设计与外界的交流, 主要是与客户之间的交流。

认知平台视角的选择要符合两个基本原则, 一个是要符合美观的要求, 另一个要符合最大限度的展示产品的要求。对于大型产品, 由于产品人机界面分散, 不可能在不同视角全面表现设计构思。不同视角表现出的产品造型构思, 不能很好地综合评价方案的优劣。为此, 在设计大型产品时, 我们必须选择统一的视角。在一般情况下, 我们选择30~60°或者45°的视角来展示设计方案。当设计的产品厚度和宽度接近时可用30~60°的视角, 可以避免图形呆板, 还有如果要表现物体的一个主要面时用这个方法也不错;当设计的产品宽度大于厚度时, 适合用45°的视角来展示, 它能够为两个立面提供较好的展示视角而不显得单调。另外, 透视的准确性与否相当的重要, 它是视角选择的基础与前提。

2.3 细节设计与整体的关系

农机设备的人机界面是人关注的焦点, 是产品造型设计的重要部位。在产品整个造型设计方案确定之后, 人机界面的细节设计可以更加突出产品造型的品味, 是画龙点睛之作, 是产品造型设计的收关过程, 直接决定产品造型设计的最终效果。人机界面细节设计必须在整体造型风格控制的范围之内, 保持与整体的协调性。设计中, 需不断调整细节与整体关系。

2.4 产品方案与实际比例关系

农机设备体积庞大, 方案设计的草图和草模型一般是按工业设计师感知的结构比例手工制作出来的, 与实际比例的吻合程度决定设计的成败。过程选择的方案必须进行理性分析。把选定造型方案绘制出外观三视图, 与实际产品及其零部件尺寸比例一一对应分析。按实际比例修改造型方案, 最终确定方案是否仍具有造型的优势。如果经实际比例修整已不具备造型优势, 就停止该方案造型设计方向的努力。

2.5 农机设备视错觉的矫正

人类需要依靠眼睛、耳朵、舌头、皮肤、鼻子等器官反映外界事物的具体特征, 如果所感知的印象不反映或者不符合外部客观事物的本来面目, 就产生了所谓的错觉。视错觉是由人类特定的视觉生理特征及生活经验共同作用产生的。对于农机设备, 视错觉的问题是无法回避的。视错觉主要表现为: (1) 构形错觉:长度错觉、大小错觉、形状错觉、空间错觉等。 (2) 色彩错觉:膨胀与收缩的面积错觉、前进与后退的距离错觉、色彩轻重的量感错觉、冷色与暖色的温度错觉等。

摘要：本文针对农机设备的使用环境及特点, 在人机界面设计过程中, 提出建立统一认知平台的方法;如何协调产品细节设计与整体的关系、产品方案与实际比例关系具体的技巧。

煤矿监控系统人机界面设计与控制 篇9

1 煤矿监控系统人机界面的设计原则

对于工业软件来说, 从实用性角度考虑, 为了便于用户的使用及控制, 除了具备必要的功能外, 还要求具有友好的人机界面, 因此在对煤矿监控系统的人机界面进行设计时需要遵循以下设计原则。

1.1 以用户为中心

在对煤矿监控系统的人机界面进行设计时, 用户应作为其首要出发点, 以人为本, 切实考虑用户的使用体验, 保证不同能力、不同经验的用户都能迅速上手, 并完成系统的相关操作。例如, 为了提高用户的辨识度, 界面中的不同信息可以根据用户的喜好, 设置不同的字体和颜色进行显示, 以引起用户的注意。

1.2 一致性

一致性系统人机界面的一个重要的设计原则, 其要求系统在工作方式上与人的思维方式保持一致, 适应人的工作习惯。例如, 在信息的显示以及输入中, 界面的布局应与人的思维习惯相一致, 从而减少用户学习使用系统的负担, 保证用户能够对系统的使用迅速上手。

1.3 界面布局合理性

不合理的界面布局, 不仅会降低用户的工作效率, 还会导致出错率升高, 不利于监控系统的应用。因此, 在设计煤矿监控系统的人机交互界面时, 界面形状大小的设计要符合人的视觉范围等生理特性, 同时保证各功能按钮及显示窗口等层次鲜明, 给用户以井然有序之感。

1.4 非精确交互性

键盘和鼠标作为系统精确性较高的输入设备, 而人的行为动作的精确性却难以达到输入设备的要求, 导致误操作可能会给系统带来不利的影响。因此, 系统需要能与用户以非精确的方式进行交互, 对用户的错误输入进行智能的识别和纠正, 避免误操作对系统造成的不利影响。

1.5 多样化交互方式

随着信息技术的不断发展成熟, 除了传统的文字和鼠标操作外, 人机之间可以采用更加丰富的交互方式, 如语音、手势和用户动作等。因此, 在设计煤矿监控系统时, 应考虑采用多样化的交互方式, 以提高系统与用户之间的交互能力, 提升用户的体验。

2 煤矿监控系统人机界面的设计

煤矿监控系统人机界面作为系统与用户间的交互通道, 直接面向用户, 并与系统的各功能模块相连, 负责协调系统模块间的联系, 完成数据的显示, 同时响应用户的操作, 因此人机界面的设计十分重要。

2.1 监控显示设计

煤矿监控系统人机界面主要负责显示煤矿的实际环境信息以及煤矿的设备信息两大类。

一是煤矿环境信息的显示。为了保证工作人员能够随时了解煤矿的环境信息, 因此在设计时应将煤矿相关监控数据如一氧化碳、甲烷、氧气等的浓度始终前置显示, 并能够通过鼠标点击, 在弹出的窗口中显示一段时间内的数据变化趋势。系统除对环境信息显示外, 还负责对其进行监控, 一旦某环境值超出规定值, 系统将立即进行报警, 并在界面内弹出报警窗口, 自动切换至视频监控画面, 对现场工作人员的撤离情况进行实时监控。

二是煤矿设备运行信息的显示。除环境信息外, 人机交互界面中还应设计显示煤矿中各设备运行参数, 如风机、风门的开关量状态以及转速等, 以便工作人员对设备运行状况进行实时监视。为了便于用户的监控, 人机界面可采用图形化进行显示, 当设备状态发生变化时, 界面将通过颜色的改变进行提醒;当设备运行发生异常时, 界面将弹出报警窗口, 并立即停止相关设备的运行。

2.2 报警显示设计

报警是系统的一种特殊状态, 系统能根据各种可能发生异常情况的危急性, 将其划分为不同的优先级, 其中高优先级的报警能够阻断低优先级的报警, 使运行人员优先了解优先级较高的报警信息。当报警发生时, 系统人机界面将通过弹窗的形式, 弹出报警窗口, 并通过醒目的颜色及报警声等方式, 显示故障相关信息, 以引起运行人员的注意, 立即采取相关措施, 同时向上级进行汇报。报警状态一旦触发后, 需经过相关权限用户及操作站运行人员的共同确认后, 才能够关闭报警状态, 将界面中的报警窗口关闭。

2.3 控制操作设计

人机界面作为用户与系统的交互通道, 应在界面中设计集成对系统的全部操作, 以便于用户完成对现场设备的全部远程操作。为了便于用户操作, 系统人机界面中可采用图形化按钮, 点击后可调用复杂控制操作窗口, 进而完成对现场设备的各项复杂操作。控制操作界面可设计为弹出式窗口, 其界面内集中显示了各项环境和设备运行参数, 并且集成了针对各设备的全部操作指令, 使运行人员可以根据环境和设备运行情况, 通过简单的点击操作, 完成设备的各项操作。为了方便用户的操作, 控制操作界面的尺寸应大小适中, 内容布局有序合理, 使运行人员可以快速地完成操作。

3 结语

随着信息技术的不断发展, 煤矿监控系统得到了越来越多的应用, 而其人机界面作为人机交互的通道, 直接影响到整个系统的实用性。因此, 做好煤矿监控系统的人机界面设计十分重要。相信随着技术的不断完善, 煤矿监控系统必将得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]周静.新阶段煤矿监控系统存在的问题及解决措施[J].煤, 2009, 5 (6) :123.

[2]祖自银.关于煤矿监控系统改造初探[J].煤炭工程, 2011, 7 (11) :91-92.

[3]鲁远祥.煤矿安全监控系统体系架构技术的发展[J].矿业安全与环保, 2011 (S1) :32-33.

[4]孙继平.煤矿安全生产监控与通信技术[J].煤炭学报, 2010, 11 (13) :233.

人机界面设计 篇10

人机界面(Human-Computer Interface,简写HCI,又称用户界面或使用者界面):是操作人员与机器之间双向沟通的桥梁,很多工业被控对象要求控制系统具有很强的人际界面功能,用来实现操作人员与工业控制系统之间的对话和相互作用。

人机界面介于用户与机器系统之间,是连接人与机器的媒介,是用户使用机器系统的综合操作环境。通过人机界面,用户向机器系统提供命令、数据等输入信息,这些信息经机器处理后,又通过人机界面,把产生的输出信息回送给用户。人机界面集中体现了用户对机器系统的各个部件进行操作的控制能力,以及机器系统的输入/输出功能。

人机界面系统使得人能更加方便的控制、使用机器,并能够得到机器更多的反馈信息。它使得人与机器的沟通更加简单、深入、广泛。

1 开发背景

1.1 开发背景

随着人类社会的不断发展,人机界面已经越来越被应用于各行各业,如何创造更加适用于工业控制中的人机界面系统是很多公司开发新产品时所需要考虑的问题,而用来开发系统的PC机配套开发软件启到了承接系统与开发人员之间的交互,是其中很重要的一个环节。

1.2 设计目的

为了使开发人员能够更快更方便的开发出人机界面系统,减少开发人员的程序编写内容,设计了人机界面的配套开发软件。该软件操作方便,即使是非专业人员只要经过简单培训就能掌握软件的使用方法,减少开发时间和管理开支。考虑到本软件的商用目的,在设计的时候要注意软件的健壮性、安全性和速度性。本软件适合使用本公司人机界面进行二次开发的开发人员提高工作的效率,减少不必要的开支。

1.3 开发工具简介

Visual C++6.0,简称VC或者VC6.0,是微软推出的一款C++编译器,将“高级语言”翻译为“机器语言(低级语言)”的程序。Visual C++是一个功能强大的可视化软件开发工具,使用它可以充分利用具有面向对象特性的C++来开发出专业级的Windows应用程序。

微软公司对Visual C++提供了一个类库(class libraries):

MFC(Microsoft Foundation Classes),它是以C++类的形式封装了Windows的API,并且包含一个应用程序框架,其中包含的类包含大量Windows句柄封装类和很多Windows的内建控件和组件的封装类,可以大量减少应用程序开发人员的工作量。

2 需求分析

2.1 软件功能分析

本软件应该具有如下功能:

1)以工程记录开发人员所制作的界面,工程创建时可供开发人员设置工程名称及保存路径,选择与人机界面配套的分辨率尺寸,软件将根据开发人员选择的分辨率而创建与之尺寸相同的画面。

2)软件可供开发人员绘制画面及各种图元,用以实现开发人员在该画面所需要表现的内容。画面可保存,图元可更改。

3)开发人员在画面中想显示现场的实时数据时,可以在画面中添加组态控件来制作,会极大的简化开发人员的程序编写内容。

4)开发人员可对制作的文件保存并编译,以方便检查错误之处,并可以在工程管理中查看工程中已包含的画面。

5)该软件具有串口功能,其是用来与本公司的人机界面系统相连接的。软件将开发人员制作的工程内容变为命令数据,并通过串口传送到人机界面系统中并保存,同时,软件也可以通过串口对人机界面进行调试演示。

6)软件可将开发人员制作的工程生成一个数据文件,方便开发人员供给生产员工操作,并因为数据文件无法更改与查看而具有不可变性与保密效果。

2.2 软件流程图

3 总体设计

3.1 模块设计

图2为模块设计图。

3.2 软件开发原则

软件是实现人机界面系统各项功能的核心,软件系统的设计、开发遵循以下原则:

1)依据功能指标,满足系统使用需求;

2)遵循软件工程化的设计方法和管理原则;

3)采用面向对象和模块化的设计和实现技术,强调软件重用、数据重用和系统的互操作性,并最终实现系统功能的综合一体化;

4)在满足系统的各类要求的前提下,保持一定的可扩充性,在将来需要时进行功能扩充;5)通信接口和格式须符合“一体化”要求,以便与人机界面系统的互连互通;

6)软件系统运行可靠,信息保密;

7)加强软件测试,提高软件可靠性和系统的稳定性。

4 详细设计

4.1 界面设计

整体界面设计如下图:

4.2 预置画面设计

本软件引入预置画面概念,用户跟机器沟通控制时想要显示出来的内容可分为固定部分与变化部分,固定部分则为在某个条件下不动作的部分,变化部分则为用户根据机器返回的数据不停更改的部分。那么固定显示的部分可以预先在配套软件上进行绘制,根据不同操作显示不同制作多幅画面,则可称为预置画面。然后将其作为“预置画面”送入人机界面内存储,在需要显示时,使用简单的页面调用指令就可直接调出显示。预置画面不但可以循环、交替、重叠显示,还可以与现场实时数据组合显示,预置画面的使用可以减少工作中通讯传输的负担以及重复性的工作,提高了二次开发的效率与效果。预置画面的标准配置为1024页。

在制作预置画面时先根据分辨率建立工程,再建立画面,使用软件工具栏中的制图工具,可以在画面上进行提取颜色、更改颜色、写字、绘制直线、空心矩形、实心矩形、空心椭圆、实心椭圆、分类框、面板(包括透明与实心两种)、插入图片等基本制图操作[1],并可在状态栏中实时得到鼠标当前的坐标值以方便绘图,可以单击图元进行位置、大小的改动,也可以双击图元以查看每个图元的信息并进行精确更改,具有撤销、返回撤销、删除、剪切、复制、粘贴、上移一层、下移一层等功能方便图元制作,这些功能可以让用户更简单、方便的绘制画面。

画面制作完成后,可以对画面进行保存,在保存的同时将画面中各图元编译为十六进制数据命令格式保存,也可将整幅画面或者截取部分画面生成图像文件(.bmp格式)保存以方便用户使用到其他方面。

4.3 组态控件设计

组态控件是本公司人机界面系统中首家开发的一个功能。之前所述,机器在现场实时操作时某些数据是不断更新的,并且开发人员为了整个界面的美观和谐而使用不同的形式来表示数据,比如:指针形式、进度条形式、按钮形式等,故而在开发人员需要进行现场实时更改时需要如下步骤:擦除原先显示的内容,将实时数据转换为当前需要显示的内容,再将内容显示到界面上,这些步骤相当繁琐。

故本软件中创建了六种控件:指针控件、进度条控件、数值控件、图片控件、按钮控件和字符串控件。开发人员只需要在软件预制画面中放置好控件并定义好各控件的属性,比如:控件号、显示颜色、对应数据量的最大值与最小值、超出显示时的报警颜色等,需要注意的是,在整个工程中控件号是唯一设定的,一个控件号对应着一个控件,不得重复,否则在编译工程时将提示控件号重复的错误。待开发人员完成工程的制作,并下载到人机界面系统中之后,开发人员在编程处理现场实时数据的时候,只需要将控件号及实时数据值通过接口发送给人机界面系统,则会在界面中自动显示出对应控件号的控件在对应数据时的状态,无需用户进行擦除、转换、显示等操作,有效减少了开发人员在处理实时数据时所需的时间。

4.4 串口下载设计

因为一般人机界面系统都具有RS232串口,RS232串口具有抗干扰性能好、传输距离远等优点,故在配套软件中同样使用串口来与人际界面系统连接,则需要将电脑的USB口虚拟为串口来使用,此时可使用MSComm类库来对串口进行查找打开及读写操作[2]。

软件设计有三处可以进行下载的地方,这三个对话框都需要配置串口:

1)工程下载:对整个工程制作完毕并编译正确后,可以在工程管理框中查看本工程中所有的画面及图片,并在工程管理框中进行工程下载,即将制作的整个工程都下载进人机界面中。

2)文件下载:对整个工程制作完毕并编译正确后,软件就将工程编译为十六进制的数据文件,并分为两个文件组成:工程命令文件与图片信息文件,这两个文件可以被单独拷贝并使用文件下载对话框进行单独下载[3]。这种方式适用于在开发人员将整个人机界面系统开发完成后,转移给生产部门进行批量生产,因为这两个文件不能被还原为画面,故而不会在生产时进行误操作,同时也不会被人盗用而具有保密效果。

3)图片下载与在线调试:在线调试对话框中分为图片设置、实时动态调试与扩展三个部分。软件具有单独下载图片的功能,当开发人员想在人机界面中添加图片时,可以使用该功能,在列表中添加图片并可进行图片排序,并可保存以方便以后的查看下载或修改。实时动态调试部分,包含各种对人机界面操作的调试:画面切换、背光控制、清屏、触摸设置、作图等,可以在人机界面与电脑连接后,轻点鼠标对人机界面进行调试操作以查看人机界面是否正常工作,并且在通讯记录中显示发送的命令数据,此数据可以作为开发人员编程参考。扩展部分中,开发人员可以进行十六进制自写指令、实时显示图片、用户字库存储及拷贝操作。

5 结束语

本文阐述了人机界面系统配套开发软件的实现过程,对其中关键技术进行了深入的讨论,设计出一套人机界面系统配套开发软件,已经应用在市场中,取得了用户的广泛好评。随着人机界面系统的应用领域不断深入与扩大,以及相关技术的逐渐完善,将对于配套开发软件有着更加高的需求,因此本软件还有着更多的扩展空间。

参考文献

[1]郭克新.Visual C++代码参考与技巧大全[M].北京:电子工业出版社,2008:432-467.

[2]龚建伟,熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社,2004:46-63.

四旋翼无人机设计 篇11

摘要：本文以四旋翼轻型民用无人机设计为主旨，主打实用化、多功能化，并结合模块化设计使消费者根据自身的使用用途，可以有更多更全面的的选择配件的方式，既可以实现通过搭配不同配件实现一机多用的目的，又可以帮助消费者节省更多不必要花费的资金。多功能能的应用可以实现民用高空拍摄、救援取景等多方面作业。

关键词：无人机；人机互动；模块化；多功能；航拍

1.无人机历史简介

随着民用无人机全新应用场景不断涌现，这一市场的潜在规模正在急速扩容。近期京东已展开无人机送货测试，未来将有望将无人机用于农村电商“最后一公里”的配送中。这意味着，此前一直被外界认为是“高端玩具”的民用无人机，正在突破“发烧友追捧”的发展阶段，开始逐渐应用于更多实用场景。关行业报告指出，无人机产业未来十年成长空间广阔，其市场规模在千亿元级别；芯片、传感器、电池等产业链上下游的成长潜力同样不容小觑。随着无人机应用领域的不断扩大，其全产业市场规模则有望攀高至3000亿元左右。构报告预测，无人机市场规模将在未来几年迅猛增长，未来5年硬件产品复合年增长率将超过50%，而软件和服务的增长率则有可能翻番。下图为2011年-2015年百度无人机指数。无人机发展至今已经有近100年的历史，一直以来，受到技术、政策等因素的限制，无人机发展速度一直比较缓慢而且主要集中军事领域，而最近几年，无人机，特别是民用无人机得到了前所未有的机遇。事实上，新的无人机应用场景不断涌现，已经引起了产业界和投资界的关注。国内外产业人士和投资机构普遍认为，随着无人机应用领域的多样化，其潜在市场规模将持续扩大。

2.无人机的类别及特点优势

无人机是无人驾驶飞机的简称（Unmanned Aerial Vehicle），是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器（20-100公里空域），如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。

按照不同平台构型来分类，无人机可主要有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大平台（如图表所示），其它小种类无人机平台还包括伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等。固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台，最大特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；多旋翼（多轴）无人机是消费级和部分民用用途的首选平台，灵活性介于固定翼和直升机中间（起降需要推力），但操纵简单、成本较低。

3.无人机关键设计分析

3.1、无人机结构和组成分析

无人机也称为多旋翼飞行器，包括如下部分：

与固定翼无人机相比，多轴飞行器的飞行更加稳定，能在空中悬停。主机的硬件结构及标准的遥控器的结构图如下图。其只是标准产品的解剖图，有些更加高级的如针对航模发烧友和航拍用户们的无人机系统，还会要求有云台、摄像头、视频传输系统以及视频接收等更多模块。

3.2各类材料在无人机上的应用

纵观国外无人机（包括中、高空无人侦察机、无人作战飞机等），无一例外地大量使用了复合材料结构，有些甚至是全复合材料结构，因此以复合材料为核心的无人机结构设计、制造技术是影响无人机发展的关键技术之一。据统计，目前世界上各种先进无人机的复合材料用量一般占机体结构总重的60% ～80%，复合材料的总用量可达90%以上。目前，复合材料在无人机领域已成为主要结构材料，如昆明劲鹰无人机使用碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、蜂窝夹层复合材料等，复合材料的耐腐蚀性能，可满足无人机恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低使用维护的寿命周期成本。再次，复合材料易植入芯片或合金导体形成智能材料、结构。

4.无人机产业政策

军民融合助力“无人机”概念早已提出。有关无人机民用的消息，早在2014年就已接连不断地出现在公众面前，吸引了大量眼球。如无人机在多部影视作品拍摄，Google和Facebook竞相收购无人机资产布局全球互联网等等，当时的火热情景带来了此后几年无人机产业快速发展。就在前一段时间，美国方面发布消息称正研究智能意识无人机。诸多消息的集中涌现使得“无人机”成为短期热门关键词。

其实，无人机在今年火热绝不是突然兴起的，其除了年初受中国民用航空局发布的《轻小无人机运行规定（试行）》政策影响外，军民融合政策的进一步落实也是推动无人机产业发展的关键，而国务院最新发布的《关于2016年深化经济体制改革重点工作的意见》，更是对无人机的发展带来利好环境条件。今年3月初，国家领导人提出要把军民融合发展上升为国家战略，在此之后，明显可看到军民融合步伐的明显加快。3月25日，中共中央政治局审议通过了《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》，这是继国防科工局发布《2016年国防科工局军民融合专项行动计划》之后又一助推军民融合深度发展的重磅政策。

5.无人机产业有望迎来爆发元年

从大疆创新宣布即将在中日韩同步发售MG-1农业植保机，到腾讯在2016年度发布会上正式发布首款无人机产品“空影YING”，再到美研发智能意识无人机等等，诸多消息的发酵和在国内军民融合政策的驱动下，我国无人机产业有望在2016年迎来爆发。

在无人机领域，目前除了军用无人机体现出无人机市场的主要价值外，随着飞行控制芯片小型化与低成本化趋势加强，民用与消费级无人机商业价值也在凸显中。有机构预测，未来5年民用与消费级无人机两大领域年均复合增长率将保持在19%以上。长江证券（000783，股吧）认为，“在未来3～5年时间里，摆在国内无人机厂商面前的是全球消费级市场及国内工业级市场，而且对于国内市场，工业级应用潜力更大”。面对未来千亿无人机产业空间，国内相关企业很可能会进一步加大投资力度，而在政府的相关制度力推下，特别是低空管制即将放开的预期影响，2016年很可能会成为国内无人机产业的爆发元年。机构认为，无人机消费级和工业级市场值得关注。其中，农业植保领域有望在政策支持和适合的商业模式下率先爆发，电力、油气领域批量采购也或将在年内启动。

参考文献：

人机界面设计 篇12

1 数控机床人机界面的基本含义

人机界面是人与机器进行交互的操作方式, 即用户与机器互相传递信息的媒介, 其中包括信息的输入与输出。应结合心理学、人机工程学、计算机语言学、艺术设计、智能人机界面、社会学与人类学等多学科知识对人机界面设计进行研究。其发展趋势也向着更加人性化、高科技化的方向发展。

人机界面设计可理解为广义的人机界面设计和狭义的人机界面设计。狭义的人机界面是计算机系统中的人机界面, 又称人机接口、用户界面, 它是计算机科学与心理学、图形艺术、认知科学和人机工程学的交叉研究领域, 是人与计算机之间传递和交换信息的媒介, 是计算机系统向用户提供的综合操作环境。从广义的人机界面角度来讲, 它主要是研究人与机关系的合理性。人机界面中的“人”是指作为工作主体的人, 包括操作人员、决策人员等。人的生理特征、心理特征以及人的适应能力都是重要的研究方向。人机界面中的“机”是指人所控制的一切对象的总称, 包括人操作和使用的一切产品和工程系统。设计满足人的要求、符合人的特点的“机”是人机界面设计探讨的重要问题。数控机床的人机界面可分为软件人机界面和硬件人机界面。

2 关于数控系统设计开发规范

开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性, 美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划, 并进行开放式体系结构数控系统规范 (omac、osaca、osec) 的研究和制定, 世界三个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定, 预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的onc数控系统的规范框架的研究和制定。

3 关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于iso6983标准, 即采用g, m代码描述如何 (how) 加工, 其本质特征是面向加工过程, 显然, 它已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此, 国际上正在研究和制定一种新的cnc系统标准iso14649 (step-nc) , 其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制, 能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型, 从而实现整个制造过程, 乃至各个工业领域产品信息的标准化。

step-nc的出现可能是数控技术领域的一次革命, 对于数控技术的发展乃至整个制造业, 将产生深远的影响。首先, step-nc提出一种崭新的制造理念, 传统的制造理念中, nc加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下, nc程序可以分散在互联网上, 这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次, step-nc数控系统还可大大减少加工图纸 (约75%) 、加工程序编制时间 (约35%) 和加工时间 (约50%) 。

4 数控机床软件界面设计原则

软件在数控机床中的作用非常重要, 其用户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。数控机床软件界面的设计原则可归纳如下:

4.1 一致性原则

软件人机界面的一致性原则主要是指在不同的系统之间及应用系统内部具有相似的界面外观、布局、人机交互方式及信息显示格式等。一致性原则有助于用户学习机床的操作, 并减少使用时的出错率。

4.2 提供信息反馈

信息反馈是指机床对用户的操作所作的反应, 它可以表明用户的操作是否为机床所接受、是否正确以及操作的效果怎样。反馈方式可以是文本、图形和声音等。

4.3 保持界面空间布局的合理性

界面空间的布局应简洁明了。设计师应根据对现实操作物的理解设计出能给用户带来方便的界面。例如数控钻床cnc5000v200控制系统软件的图形界面中, 有三个功能独立的过程 (process) :operate, program, control。每个过程分别服务于系统的操作者, 程序员和监控者 (supervisor) 。每一个过程都有自己的菜单行, 在菜单行下的菜单是下拉菜单, 具有自己的子菜单。子菜单可以被选择, 以进行下一步的操作。

4.4 合理利用颜色和图形

界面上使用颜色可以更好地进行提示操作, 还能缓解操作者的视觉疲劳。所用颜色一般不超过3~5种。

4.5 选择适合的字型和大小

一个界面中, 最好不要有太多的字型, 更不宜选用字型太复杂或软弱无力的字体, 越简洁清晰则辨识性越佳。例如, 字符高宽比可取2∶1或1∶1, 以便清晰识别。

5 数控机床硬件界面设计原则

由于数控机床应用数字技术实现了对机床的执行运动顺序和运动位移的直接控制, 传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了, 因而机械结构也大大简化了。数控机床的硬件人机界面的设计原则可归纳如下:

5.1 机床外观色彩的设计原则

机床固定安置, 工作气氛平静, 因此色彩不宜过于刺激与兴奋, 也不宜过于沉闷, 应使操作者在工作时心情愉快。一般以纯度低而明度高的颜色为宜, 不宜大面积采用有刺激和兴奋作用的色彩, 但应有适当的对比效果, 一般采用装饰色带、面板色及警惕色与主体形成对比。

5.2 机床外观尺度与比例的设计原则

机床主要部件之间以及它们与整个机床结构之间的尺度与比例, 对机床造型设计来说是至关重要的。例如, 在确定机床的基本尺寸时, 运用了“黄金分割”的原则, 机床的高度与长度之比为0.1618, 使机床的轮廓更紧凑、机床各部件的尺寸关系更协调, 增加了机床造型的美感。机床是以水平线作为整体布局的基准, 各个部件之间均以水平线分割。水平线忌不整齐、无规则、无层次, 要有严格的层次, 要统一和协调, 为机床增加精密感、规则感和稳定感。机床的垂直划分线不多, 在其衬托下使机床的水平划分更加突出。垂直划分线应简明、规则、大方。此外, 机床表面忌凹凸部位过多, 以防积存油污灰尘, 不易清理。

5.3 机床工作台面和控制面板的布置原则

主工作台面的高度应根据操作要求, 按立姿、坐姿、坐/立姿的操作要求进行设计。工作台面上, 像手轮和摇把类的手动操纵器的设计, 应根据功能和使用方式的不同, 进行大小、形状、类别及位置的设计。控制面板上的控制按钮和显示仪表, 应按功能区进行划分, 同时满足显示—控制相合性的要求, 其位置高度和布置排列应符合人机关系, 使人方便操纵和观察。

参考文献

[1]罗仕鉴, 朱上上, 孙守迁.人机界面设计[M].北京:机械工业出版社, 2002.