人机界面触摸屏

5触摸屏界面设计

5.1 触摸屏简介

随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体信息查询国情的输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用户。这种人机交互方式,它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外还可广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等，将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常生活中的渗透，信息查询都会以触摸屏—显示内容可触摸的形式出现。

为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

5.2触摸屏分类

根据触摸屏的工作原理，可分类为四大类，即电容式触摸屏、红外线式触摸屏、电阻式触摸屏、表面声波式触摸屏。

（1）电容式触摸屏

这种触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的。该种触摸屏上贴有一层透明的薄膜层，它是种特殊的金属导电物质。人体电场、用户和薄膜层形成一个祸合电容，当人体手指触屏幕时，由人体手指与导电体之问形成的祸合电容即会改变，通过触摸屏的控制器检到触摸点的位置。电容式触摸屏的特点是反映速度极快，只要轻微地触摸，控制器就在3ms左右显示执行指令。

（2）红外线式触摸屏。

这种触摸屏在显示屏外框四周有红外发射管与接收感测器，从而在X、Y方向上形成横竖交叉的红外线矩阵，当手指碰触显示屏某一点时，手指就会挡住经

过该位置的竖两条红外线，即改变触点处的红外线强度，主控制器就能根据红外线强度的变化迅检测到触摸点的位置。由于红外线式触摸屏依靠红外线工作，所以容易受外界光线的响而产生干扰，从而影响控制器程序操作的精确度。

（3）电阻式触摸屏。

这种触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的显示屏表面分别有两层通透的氧化金属导电层，当手指触摸屏幕时，其内部的两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出它的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。这种触摸屏的特点是，能胜任在恶劣条件下工作，性能优于红外线式触摸屏。

（4）表面声波式触摸屏。

这种触摸屏显示屏四角，分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并复盖屏幕表面，当手指碰触显示屏时，由于吸收了部分声波能量，计算机控制器便依据衰减的信号检测、计算出触摸点的位置。这种触摸屏的最大特点是，不受环境温度、湿度因素的影响，而且屏幕图像清晰稳定、像素分辨率高。

5.3 PLC与触摸屏

PLC(Programmable Logical Controller) 通常称为可编程逻辑控制器，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，由于它拥有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便等优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，使它的应用越来越广泛，已经被称为现代工业的三大支柱(即PLC、机器人和CAD/CAM)之一。

人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之

中，应用非常广泛，比如:自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。

随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机的出现，触摸屏的应运而生无疑是21世纪自动化领域里的一个巨大的革新

5.4触摸屏的设计

HITECH人机界面在中国的拥有量很大，本论文从面向实际的角度使用HITECH人机界面的编程，以ADP3编程软件。

HITECH人机界面自1997由天津罗升公司引进祖国大陆全面上市销售以来，凭借性价比、高品质、低故障率和强大的通信能力，倍受广大用户的肯定和青睐。现在的编程软件分为ADP3和ADP6两个版本。

ADP3 适用机型：PWS-3260/3261、PWS-1711STN/CTN、PWS-1760STN/CTN、PWS700T/X、PWS500S。

ADP6 适用机型：PWS-3261、PWS-6A00T-S/P/N、PWS-6800C- S/P/N、PWS-6600S/C-S/P/N、PWS-6500S-S 、PWS6300S-S。

注：-S为标准型，-P为加强型，-N为网络型

HITECH—ADP提供了多种控制器件库、图形控件和功能组件，通过组态出的各种显示和控制功能实现系统操作状态、当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作监控系统，对PLC中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，从而满足各种监控要求。软件还可以为不同的操作人员设置不同的操作密码和相应的操作权限。触摸屏软件的设计包括创建画面和信息，并将它们和PI C程序相连。具体概括为以下三个步骤：

(1)界面的可视化设计。界面组态具体涉及输入／输出区域组态、指示器组态、功能键组态、控制键组态及文本显示等各种格式，可根据实际控制功能的差异设计不同的画面。

(2)设定变量。变量在触摸屏的组态功能(输入／输出区域、功能键等)与PLC 的相应I／O接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感元件对PLC的控制及参数的输入、PI C当前过程值及报警信号向触摸屏的输出。

(3)设置通讯参数，实现触摸屏与PLC的通讯。控制系统操作界面，其主要功能如下：

a)主界面：触摸屏的默认界面，实现操作者密码设定、系统时间设定，并可切换到其它任意界面。

b)手动操作界面：界面上设置若干功能按键，分别对烘箱负载进行手动操

作。

c)状态监控界面：通过此界面，操作人员可以对运行状况实时监控，此界面可显示当前系统各区温度及故障报警信号。

d)变频器操作界面：在此界面可以设定变频器频率，来改变传送带速度。

通过以上设计触摸屏已经可以完成主要功能了。

触摸屏是一种操作工具，而它与人的信息交换是通过界面来进行的，所以界面的易用性和美观性就变得非常重要了，这就需要好好利用人机界面设计的原则及设计的方法。一般来说，完成软件人机界面设计需考虑以下问题：（1）界面总体布局设计，即如何使界面的布局变得更加合理。我们应该把功能相近的按钮放在一起，并在样式上与其他功能的按钮相区别，这样用户使用起来将会更加便。

（2）操作流程设计，即通过设计工作流程，而让使用者的工作量减小，工作效率提高。我们如何才能让用户用最少的步骤，完成一项操作。使用别的软件，鼠标要点击50下，在屏幕上移动20000个像素的距离才能完成，而使用您的软件只需要点击鼠标25下，在屏幕上移动5000个像素就能完成。那么用户在使用您的软件时就要比使用其他软件工作效率提高四倍，那么软件做的才算合理了。

（3）工作界面舒适性设计，即使用户更加舒适的工作。用什么样的界面主色调，才能够让使用者在心情愉快的情况下，工作最长的时间而不感觉疲倦呢？红色：热烈，刺眼，易产生焦虑心情。蓝色：平静，科技，舒适。明色：干净，明亮，但对眼睛较多刺激，长时间工作易引起疲劳。暗色：安静，大气，对眼睛较少刺激。微软公司公司浅灰色的系统主色调及ICON协调的成功运用，已经促使目前国际所有的软件产品形成一种的规范，这也是微软成功的重要因素之一。触摸屏界面颜色应让使用者感到舒适。

（4）人机界面设计并不是简单的外壳包装，一个软件的成功是与其完善的功能实现，认真的调试是分不开的。但任何产品开发前的整体规划，将也是人机界面设计的关键因素之一，在运做过程中注重的不仅仅是美观实用的表现，将更多考虑规划中产品的底层技术准则，优化体现出一个软件产品的灵魂所在。

人机界面作为人与机器的信息交互的枢纽，直接影响着人的作业绩效，只有在设计时充分考虑到人的因素，和人机交互的原理，才能够达到人与机器的最佳配合，也才能够充分发挥人的作业能力，最大限度的利用好机器。

5.5触摸屏的使用

图5-1是系统开始运行前待机显示画面。该画面为介绍画面，操作者读后点击确认画面，进入操作部分。该画面采用走马灯显示“欢迎使用复合胶条生产线请您注意安全”等字。在画面的中间是系统时间显示，采用了讯息显示原件。在画

面的下部是一个画面切换按钮，该按钮连接到下一个画面，系统运行时，按下该按钮画面便切换到主界面。

图5-1 开机界面

按下按钮进入操作主界面图5-2 所示，在这个界面有启动按钮和停止按钮，如果按下启动按钮后，系统开始运行，指示灯亮起；如果按下停止按钮，系统停止运行。在此页面中，还有工作方式选择、速度显示、胶条垂度控制和设备状态监测画面切换按钮，可以切换到其中的某个画面。

图5-2 主界面

系统启动运行后，调整各电机的速度，各电机速度均衡后，进入工作方式选择画面，如图5-3所示，可以对压花机和冷却机进行手动和自动两种工作方式的

选择。然后返回主页面。

图5-3 工作方式选择界面

选择完工作方式后，返回主界面，进入各电机速度显示界面，可以查看各电机的速度，在该页面有胶条状态、设备状态、返回主页三个画面切换按钮，可以选择其中的界面。如图5-4所示。

图5-4 各电机速度显示

在胶条垂度状态监测画面，当某个位置的光电开关检测到胶条时，其对应的之时灯亮起；当检测不到胶条时，报警的红色指示灯亮起。在该页面有速度显示、设备状态、返回主页三个画面切换按钮，可以选择其中的界面。如图5-5为胶条垂度的状态监测。

图5-5 胶条垂度状态监测

在设备状态监测画面，当某个变频器发生故障时，其对应的变频器故障指示灯亮起，以方便维修人员进行维修。在该页面有速度显示、胶条状态、返回主页三个画面切换按钮，可以选择其中的界面。如图5-6为设备状态监测。

图5-5 设备状态监测

事实上，触摸屏是一个具有CPU、触摸式液晶显示器（I/O）、RS—232和RS—422通信接口的一个计算机系统。其系统程序包含了上位机（PC）和下位机（PLC）的通信程序。因此，用户在使用触摸屏时不需要为通信而额外编程，仅需要在触摸屏的变成软件菜单中选择通信口、通信格式和传送速率、单击上载或下载的菜单项即可完成与上/下位机的通信。

参考文献

[1] 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社,2008

[2] 李方园.PLC行业应用实践.中国电力出版社,2007

[3] 廖常初.PLC应用技术问答.机械工业出版社,2006

[4] 高鸿斌,孔美静.西门子PLC与工业控制网络应用.电子工业出版社,2006

[5] 齐占庆.机床电气控制技术.机械工业出版社,1999

[6] 杨长能,张兴毅.可编程程序控制器基础及应用.重庆大学出版社,2001

[7] 杨公源.常用变频器应用实例.北京，电子工业出版社，2006：335～340

[8] 申旭.同步控制器在基布清洗机传动系统中的应用.河南科技，2007，7

[9] 张根保.自动化制造系统.北京，机械工业出版社，2005，6

[10] 梁静.变频器工业应用策略.电气开关，2008，1

[11] 李方园.变频器自动化工程实践.北京:电子工业出版社，2007,4

[12] 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中

国电力出版社,2001.

[13] 薛惠芳,吴洪兵,王忠厚.西门子PLC在液力偶合器控制系统中的应用[J].微计算机信

息,2006

[14] 杨宏凯,李宏光.富士触摸屏与西门子PLC通讯中的问题及解决方案[J].微计算机信

息,2003

[15] 周迥,吴黎辉,王维.西门子PLC在化学反应炉温控系统中的应用[J].电工技术,2006

[16] 马海南.复合胶条式中空玻璃[J].中国建材科技,2000

[17] 胡德飞.钢塑板自动生产线控制系统[J].机电一体化，2003

[18] 孙建仁，步进电机的PLC控制系统设计.机械研究与应用，2001

[19] 李友泉，詹永麒.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制[J].制造业自动化,2000

[20] 马红旗.触摸屏在PLC中的应用[J].机电一体化,2003

[21] 杜清珍.PLC变频调速系统应用研究[J].工业仪表与自动化装置,2001

[22] YanZhao，LinzhiCheng. Application of Programmable Logic Controller in Hydraulic Spring

Eye Machine. Journal of Communication and Computer，2006

[23] W.Raymond flynn. 8th Annual Programmable Controller Update. Control Engineering，1991