人机接口概述

自动化-通讯设备人机接口设计综述

通讯设备人机接口设计

（计算机硬件技术基础课程设计）

专业：自动化

组员：黄超郝鸿凯赖升勇陈开宇

杜征宇

重庆大学自动化学院

2013年9月计算机硬件技术基础课程设计通讯设备人机接口设计（硬件实验系统）

1 人员及任务分配

专业班级学号姓名任务分配

自动化1班 20104951 黄超定时中断，时钟显示

自动化1班 20105049 赖升勇总体设计，程序连接

自动化1班 20105071 郝鸿凯键盘扫描，显示

自动化1班 20105098 陈开宇来电闪烁，撰写实验报告

自动化1班 20104893 杜征宇占线程序段的编写计算机硬件技术基础课程设计通讯设备人机接口设计（硬件实验系统）

2

一、系统功能和设计方案 ............................... 3

1.1 基本设计目标实现 ................................. 3

1.1.1 基本设计目标 ................................ 3

1.1.2 按键说明 .................................... 3

1.2 硬件连接 ......................................... 4

1.2.1 键盘扫描连接图： ............................ 4

1.2.2 显示连接图： ................................ 5

1.3 系统设计思路 ..................................... 6

二、程序流程图 ....................................... 7

常用人机接口设备

1.客户机/服务器客户机/服务器(Client/Server)是在网络基础上以数据库管理为后援、以微机为工作站的一种系统结构。客户机/服务器结构包括连接在一个网络中的多台计算机。

客户机运行那些使用户能阐明其服务请求的程序，并将这些请求传送到服务器。由客户机执行的处理为前端处理(Front-endProcessing)。前端处理具有所有与提供、操作和显示相关数据的功能。

在服务器上执行的计算机称为后端处理(Back-endProcessing)。后端硬件是一台管理数据资源并执行引擎功能(如存储、操作和保护数据)的计算机。通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低系统的通信开销，充分利用两端硬件的资源优势。生产管理人员可通过Client端，输人、调用和察看生产数据。

2.用的人机接口设备(HMI)人机接口操作设备用于设置、显示、存储和记录信息和变量，并能进行设备的运行操作。这类设备防护等级高，一般放置在工业现场。可通过以太网、Profibus-DP等通信方式与

下一级控制设备进行通信。

人机接口

http://202.201.48.16:8080/lms

微机原理西北师范大学计算机科学系

http://

本电子教案内容为西北师范大学计算

机科学系微机原理与汇编语言课讲义，大家

可以自己个人使用。但由于本教案同时也部

分使用了其他人所写讲义或CAI课件的内容，

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性活动。同时作者不承担由于使用本教案而

引发的其他连带责任。转载时请保留本版权

声明。-索国瑞suogr@

微机原理与汇编语言索国瑞suogr@西北师范大学计算机科学与技术系

人机接口

基本概念

键盘与键盘接口

其他输入设备及接口

显示设备及接口

打印机接口微机原理与汇编语言索国瑞

suogr@西北师范大学计算机科学与技术系

人机接口的定义

人机接口是指人与计算机之间建立联

系、交换信息的输入／输出设备的接口。

本章重点分析常见的几种人机交互设

备，如键盘、显示器、打印机等的工作原

理以及它们与计算机之间的接口

。1 基本概念微机原理与汇编语言索国瑞

suogr@西北师范大学计算机科学与技术系

人机交互设备是计算机系统中最

基本的设备之一，是人和计算机之间

建立联系、交换信息的外部设备，常

见的人机交互设备可分为输入设备和

输出设备

两类。人机交互设备微机原理与汇编语言索国瑞

suogr@西北师范大学计算机科学与技术系

人机接口是计算机同人机交互设备之间

实现信息传输的控制电路。主机和外设之间

进行信息交换为什么一定要通过接口呢？这

是因为主机和外设在信息形式和工作速度上

具有很大的差异，接口正是为了解决这些差

异而设置的。图14－1为常见的人机接口与

主机、外设的连接示意图

。人机接口的功能

微机原理与汇编语言索国瑞suogr@西北师范大学计算机科学与技术系微机原理与汇编语言索国瑞

suogr@西北师范大学计算机科学与技术系

人机接口的名词解释

人机接口，也称为人机交互界面，是指人类用户与计算机或其他电子设备之间的交互接口。这种接口充当着连接用户和计算机系统的桥梁，使得用户能够通过输入指令和获取反馈等方式与机器进行有效的沟通和交互。随着科技的不断发展，人机接口的功能和形式也在不断演变和创新。

一、传统人机接口

在计算机问世之初，传统的人机接口主要依赖于键盘和鼠标这样的输入设备。用户通过键盘输入指令，而计算机通过屏幕显示信息。这种接口虽然十分简单，但由于其操作方式与人类的习惯存在差异，用户需要花费一定的时间去适应，使得用户体验存在一定的局限性。

二、触摸屏技术

随着触摸屏技术的出现，人机接口得到了革命性的变革。触摸屏将输入和输出结合在一块屏幕上，用户只需要通过触摸屏幕的方式，就能够完成信息的输入和输出。这种直观、便捷的交互方式，极大地提高了用户体验和操作效率。触摸屏技术逐渐应用于手机、平板电脑、自动取款机等各类设备上，让我们的生活变得更加便捷与愉悦。

三、语音识别与智能助手

随着人工智能技术的快速发展，语音识别技术成为一种越来越重要的人机接口。通过语音识别技术，计算机能够将用户说出的话转化为文字或指令，进一步实现与用户之间的交流。智能助手如苹果的Siri、亚马逊的Alexa等利用语音识别技术，使得用户可以通过口头提问、语音控制等方式与设备进行交互，为用户提供个性化的智能服务。

四、虚拟现实与增强现实虚拟现实和增强现实技术也为人机接口带来了新的可能性。虚拟现实技术通过头戴式显示器等设备，将用户沉浸在一个计算机生成的虚拟世界中，使用户能够与虚拟环境进行交互，获得身临其境的感受。增强现实技术则将虚拟元素与真实世界进行结合，为用户提供更加直观的信息展示方式，促进用户与计算机之间的交互。

五、手势识别技术

手势识别技术是指通过对人体动作进行捕捉和识别，使其成为人机接口的一种方式。借助于摄像头和深度感应器等设备，计算机能够感知用户的手势动作，并将其转化为相应的控制指令。这种无需接触设备的交互方式，使用户能够以更加自然的方式与计算机进行交互，提供了更加直观、人性化的用户体验。

人机一体化系统的高级接口——大脑计算机接口

第17卷　第1期长　春　大　学　学　报Vol.17　No.1　2007年2月JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYFeb.2007　

文章编号:1009-3907(2007)01-0072-03

收稿日期6

作者简介石玉祥(6),男,吉林省长春市人,长春大学机械工程学院副教授,硕士,主要从事机械工程及自动化,光机电一体化,光学工程,BI等学科方向的教学与研究。人机一体化系统的高级接口———大脑计算机接口

石玉祥

(长春大学机械工程学院,吉林长春　130022)

摘　要:介绍了人机一体化系统的概念,提出大脑计算机接口是“人机耦合”型人机一体化系统关

键技术。阐述了大脑计算机接口原理、大脑计算机接口系统硬件构成、大脑计算机接口技术的研究

方法,大脑计算机接口技术的应用和展望,对BCI的研究和人机一体化系统和技术的发展具有重要

意义。

关键词:人机一体化;大脑计算机接口;人机耦合;脑电

中图分类号:TP242.6 文献标识码:B

0　引　言

“人机一体化(Humachine,HumanMachine,H2M)”系统与技术是21世纪机械科学的重要发展方

向[1-3]。“人机一体化系统”是我国学者路甬祥和陈鹰等提出的一个新概念[1-3],是人与机器相结合的智能

系统新概念。所谓“人机一体化系统”就是采取以人为中心,人—机械一体的技术路线。人与机器处在平等

合作的地位上.人与机械共同组成一个系统,各自执行自己最擅长的工作。人与机器共同认识,共同感知,共

同决策,共同工作,从而突破传统的“人工智能系统”的概念,形成达到甚至超过人的能力乃至智力的系统。

其智能控制策略可分为“机主人辅”、“人主机辅”、“人机耦合”3种[4-6]。

“人机耦合”是高级人机一体化的体现,“人机耦合”型H2M系统模型[6]如图1。要实现“人机耦和”,就

必须完美解决“人机耦合接口”问题。

图1　“人机耦合”型H-M系统模型

生物电技术是跨学科高新技术,生物电人机界面是人机接口的最完美形式———人机耦合接口,是实现高

城市轨道交通IBP 盘设备概述

技术协作信息城市轨道交通IBP盘设备概述◎吴志强

（作者单位：鞍山市燃气集团有限公司）技术探讨与推广

IBP盘是一种人机接口装置，设置在每个车站的车站控制室，当车站ISCS故障，造成无法通过ISCS进行监控操作时，作为车站ISCS的后备操作手段，在紧急情况下使用的按键式模拟监控盘，以支持车站的关键监视和控制功能。既然IBP功能如此重要，所以IBP盘使我们调试的重点。IBP为PSCADA、ATS、BAS、AFC、FAS、ACS、PSD、QM、CCTV等系统的设备提供一个统一的硬件安装平台，我们都通过IBP对相应的系统进行控制，包括调试也是在IBP上进行的。我们在车站综合控制室安装的IBP盘，它由IBP面板、PLC、人机界面终端、监控工作台、消防联动控制盘及我们所说的消防联动控制盘构成。当出现车站值班操作员在车站设备服务器或者人机界面出现故障时，我们可以通过IBP盘对本车站进行应急管理，或在紧急情况下直接操作IBP盘，采用人工介入方式进行运行模式操作和某些设备的远程单动操作。发出的控制信号输入IBP盘PLC再由PLC发出联动控制指令和某些设备的远程控制指令。另外，PLC通过通信接口和FAS报警控制器连接，接收FAS报警控制器直接传来的火灾模式指令，并将火灾模式信息转送到现场冗余PLC和BAS工作站。IBP盘上设置紧急控制按钮，状态指示灯等，对重要设备进行应急监控。其控制级别高于各系统操作站。车站火灾专用消防设备的后备控制由FAS消防联动控制盘完成。联动盘采用分体结构，嵌入IBP盘中。FAS专业将向卖方提供消防联动控制盘的尺寸和安装要求，盘面布置及颜色需与IBP盘面相互协调统一。车站后备操作系统主要功能：车站后备操作系统由IBP面板和PLC系统组成。主要功能是实现车站综合控制室BAS监控管理系统的紧急后备操作。适用于当车站BAS及其它工作站操作失灵等紧急情况下的工作模式控制和电梯/扶梯、AFC闸机、PSD等设备的简单开/关控制。通过IBP盘的系统选择开关可进行BAS或IBP的控制方式转换。由于IBP盘应在BAS工作站失灵时可以对设备进行有限度的操作，因此IBP盘应采用与BAS工作站不同的控制途径对设备的监控。在IBP盘的面板上嵌入工业级人机界面终端，工业级人机界面终端广泛应用于工业现场，具有可靠性高、维护简单、操作扩展能力强的优点，可替代传统操作台，实现现场设备操作及显示可编程。IBP盘上的人机界面终端与车站工作站构成热备，当工作站故障时，人机界面终端可替代工作站完成车站级的操作和设备状态显示。模块化的设计：IBP盘需采用4块盘体及落地柜体单元式拼接组成，单体生产、包装和运输，进入车站控制室后可方便的组装，可降低对车站控制室建筑的要求。IBP盘体的前部安装马赛克盘面，盘面由马赛克拼块呈积木形式拼接而成，表面安装PSCADA、ATS、BAS、AFC、FAS、PSD、ACS、CCTV、QM等系统专业的后备操作按钮、状态指示灯、蜂鸣器等电气元件，并雕刻必要的工艺图和文字说明。落地柜的内部可安装主机和BAS的IBP专用PLC等设备，同时安装走线槽和端子排，要求落地柜体内可安装立式或卧式的操作终端。操作台上面放置ISCS、ATS、PIS、FAS、ACS、AFC、CCTV等专业的显示器以及PA和CCTV后备操作设备等，CLK时钟将嵌入在IBP盘面内。因IBP盘的操作大多发生在事故状态下，操作人员心情较为紧张。因此，各系统操作风格尽量统一。以便操作人员能够在紧急情况下从容操作，减少操作失误。统一操控风格包括以下方面：1.盘面布置。盘面按不同的被监控系统划分区域。各区域功能相对独立。设置IBP盘综合区，综合区包括车站模式控制区及盘面共用区。盘面公用区设置全盘试灯按钮、蜂鸣器、蜂鸣器消音按钮、蜂鸣器使能开关等。各系统区域不设单独的试灯按钮。2.两步操作。为防止误动作，对IBP盘的操作均需进行2个步骤才能生效。首先需要操作各系统区域使能钥匙开关，使本系统区域使能；再按动/旋转相应的功能按钮/钥匙开关。在使能开关无效的情况下，按动/旋转相应的功能按钮/钥匙开关无效。当使能开关从有效旋转到无效位置时，已经发出的控制指令也将被取消，IBP盘将回复到无效状态。3．指示灯原则。IBP盘上的指示灯（含带灯按钮自带的灯），不受各个使能开关的状态影响，始终实时表示相应的状态。4．信号类型。IBP盘向相关系统或设备发出的指令信号为脉冲型信号，并采用反馈复位，即：信号脉冲将维持在有效电平，直到IBP收到相关指令已执行完成的反馈信号为止。IBP盘柜内部结构，设置PLC安装背板、工作站主机固定安装板，线槽、接线端子、电源插座、接地排、防尘盖板等配件，柜内布线整齐美观。IBP柜体外布线采用地板下线槽敷设方式。在IBP柜底侧开孔，线缆经由孔洞进入IBP柜内。柜内布线采用阻燃线槽，采用端子接线方式。达到以下标准：1.电气设备有足够的电气间隙及爬电距离以保证设备安全可靠的工作；2.电气元件及其组装板的安装结构为正面拆装；3.强弱电端子分开布置，端子标示序号，端子排便于更换且接线方便；4.线槽平整、无扭曲变形，内壁光滑、无毛刺，线槽接口平直、严密，槽盖齐全、平整、无翘角。5.各电气设备的安装严格符合产品使用说明书的规定。IBP盘及工作台下的机柜内部有多台计算机主机，由于柜体相对封闭，且主机的发热量较大，需要仔细考虑散热情况。计算机主机均为普通PC机或工控计算机，实际能耗按150W/台计算，全部转化为发热量。AFC紧急按钮盒，功率未知，发热量暂按50W计算IBP盘PLC控制器，能耗<30W因此，IBP盘及工作台内发热量总数为：150×9＋50＋30＝1430W根据IBP盘及工作台的初步设计，整个工作台及IBP盘可分为IBP盘面和工作台两大部分。盘面后部和工作台后下部为设备放置空间，主要的设备放置在工作台后下方的机柜内（以下简称机柜）。其中，IBP盘面在上方，后部空间较小。IBP盘PLC将安装在盘面后，发热量约30W。9台计算机主机（以下简称主机）及紧急按钮盒等其他设备均安放在机柜下方。整个工作台包括4个独立的机柜空间，因此每个机柜放置2台主机。其他设备分散放置在几个机柜内，则每个机柜空间最大发热量为：2×150＋50＝350W。机柜具有一定的高度，且主要发热设备放置在下方，因此机柜的上部空间成为一个“烟囱”利用烟囱效应，可以形成自然通风的气流，达到通风散热的作用。机柜后下方设置进气栅格，上方设置排气栅格。室内空气经进气栅格进入机柜，由主机自带的风扇吸入，冷却主机后，热气流由主机后部排出，在机柜内部空间自然上升，经排气栅格排出。PLC发热量小，且安装空间相对较大，因此无需考虑散热问题。下面主要对机柜内的散热情况进行讨论。因机柜内空气温度较高，密度较小，从而热空气上升，形成自然通风的气流。空气流动的动力来自热空气产生的压力，称为热压。当空气以一定速度流动时，进气、排气口等会产生阻力。如果热压大于在最小风速下的气流阻力，则可以保证通风量满足散热要求。综上所述，轨道交通建设将是一个非常有发展的工程建设，其BAS系统的潜力巨大，随着轨道交通的发展，对BAS系统的研究也将进一步深入与提高。

基于VxWorks的ATM交换机人机接口设计与实现

刘　广Ξ　高会生　靳玮玮

(华北电力大学电子与通信工程系,河北保定　071003)

摘　要:本文设计了一种基于嵌入式系统的ATM交换机维护终端的总体结构,以人机接口部分作为重点,描述和讨论了

系统的通信机制、菜单的组织结构和软件的内部接口。运用模块化程序设计方法编码实现了人机接口对交换机查询、设置工

作参数、改变工作方式、监视工作状态等功能。

关键词:嵌入式系统;人机接口;消息队列;ATM交换机

近年来随着计算机技术、微电子技术、通信技术以及网络

技术的飞速发展,嵌入式系统已经渗透到了社会各个领域[1]。

这就使得许多大型设备想要拥有掌上电脑式的人机界面成为

可能。通过友好的人机界面,操作人员可以很方便地对设备

进行实时的维护和管理。目前,大型ATM交换机的维护终端

一般都是一台PC机,它和交换机使用不同的操作系统。虽然

可以很好地对交换机进行维护和管理,但考虑到维护终端的方便、灵活和经济问题,本文设计了一种基于嵌入式系统的人

机接口。它嵌入到交换机前面板上,和维护与管理软件一起

代替当前PC机式的维护终端。它与交换机使用相同的实时

操作系统VxWorks[2],采用消息通信机制[3][4]实现对交换机进

行诸如设置工作参数、改变工作方式、监视工作状态等功能。

1.系统概述

(1)硬件环境人机接口软件所处的硬件环境如图1所示:

图1　硬件环境

人机接口软件运行在控制交换板上,和交换与维护软件

使用同一个8260处理器,它们之间采用消息队列作为通信

通道。采用“场致平板显示器EL320.256-FD6”作为显示屏,

显示点阵为(320×256).人机接口所用的键盘为16键矩阵式

键盘,它嵌入于交换机前面板,与显示器相配合,实现信息输

入、功能选择等控制功能。

(2)功能需求

①操作人员通过人机接口软件对交换机和链路设备进

行配置管理、数据查询以及告警和故障定位。

②菜单组成树型拓扑结构,界面需要中文菜单显示,字

DCS基础知识

分散控制系统概述

随着我国电力事业的飞速发展，火电厂单机容量及生产过程的控制规模不断增大，运行

参数越来越高，主辅机及其相应的热力设备和系统更加复杂；同时电力市场的竞争日趋激烈，

这就要求我们的电力生产必须从劳动密集型、设备密集型向信息密集型和知识密集型转变。

以计算机控制为基础的分散控制系统（Distributed Control System）就是在这一转变过程中的

产物，简称：DCS,它是继直接作用式气动仪表、气动单元仪表、电动单元组合仪表和组件组

装式仪表之后的新一代控制系统。

分散控制系统是生产过程监视、控制技术发展和计算机网络技术应用的产物，它包括了

当今热工自动化的所有精华，即：控制（Control）、报警（Alarm）、监测(Monitor)、保护(Protection),

简称：CAMP。从锅炉点火、汽轮机冲转、机组自动同期并网直至正常运行及事故处理的全

过程，各种参数的监测、报警信号的发出、装置的调节、控制及设备危险时的保护都由DCS

系统来完成。实践证明DCS系统可以有效的防止事故扩大，保证设备和人身的安全。 DCS系统的核心是：功能分散、位置分散、操作管理集中。其主要有以下几大子系统组

成：

DEH digital electric-hydraulic 数字电液调节系统

FSSS furnace safeguard supervisory system 炉膛安全监控系统

SCS sequence control system 顺序控制系统

DAS data acquisition system 数据采集系统

BPS bypass control system 旁路控制系统

ETS endanger trip system 危急跳闸系统

TSI turbine supervisory instrument 汽机监视仪表

其中，SCS、DEH、CCS、FSSS是DCS的四大支柱系统。

GIS人机交互的进展与挑战

摘要：人机交互研究旨在提供一种高效的人机通信方式，使用户操作更加便捷。随着计算机软、硬件技术与地理信息技术的发展，公众参与型gis成为gis发展的趋势和潮流。总结了gis人机交互的发展过程与现状，论述了gis人机交互涉及的主要问题，指出了其中存在的不足，并提出了一些解决思路。在此基础上，结合当前技术现状对gis人机交互的发展趋势进行了展望。

关键词：地理信息系统；人机交互；可视化

中国分类号：p208 文献标识码：a 文章编号：10053824（2013）01000604

1 引言

人机交互（humancomputer interaction， hci）是研究人、计算机以及他们之间相互影响的技术[1]；而人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是人机交互系统中的重要组成部分。在计算机软硬件技术快速发展的同时，人机交互方式也产生了巨大的飞跃。人机界面从早期的命令行界面，到图形用户界面（graphical user interface，gui），再发展到自然用户界面（nature user interface， nui）。在此过程中，随着触摸屏、语音等更加人性化交互方式的兴起，逐步缩小了用户与计算机之间的距离。

地理信息系统（gis）是在计算机系统的支持下对空间信息进行采集与分析的交叉学科。随着web2.0的普及，公众参与型gis逐

渐成为gis的发展潮流和趋势，对于交互性的要求不断提高。在这种背景下，人机交互的重要性日益显现。对于个人用户而言，文本等非可视化的空间数据交互性较差，难以快速获取有效的空间信息。为此，人们希望通过更好的交互方式来充实可视化的数据集。此外，更丰富的交互方式可以弥补视觉中的模糊区域，对视觉信息进行增强。

自动扶梯(人行道)监控保护器说明书 V1.1

陕西三金 SJDT-1 V1.1

自动扶梯（人行道）监控保护器说明书

一、产品概述

SJDT-1是陕西三金电梯配件有限公司为扶梯新要求而研发的新产品。产品具有超速保护，非操纵逆转保护，梯级缺失保护和扶手带速度偏离保护等功能。

二、技术参数

工作环境温度 -20℃ - +70℃

工作环境湿度 < 85％RH

额定工作电压 DC 24V

额定工作电流 1A

频率测量范围 0.1Hz - 1KHz

传感器类型 DC 24V接近开关或光电开关

传感器剥线长度 4.5-5mm

保护响应时间 <15ms

保护输出（继电器）最大开关电压 250VAC / 30VDC

保护输出（继电器）最大开关电流 10A

保护输出（继电器）电气寿命（次） 105

保护输出（继电器）机械寿命（次） 107

三、工作原理

自动扶梯（人行道）运行时，所安装的传感器（接近开关或光电开关）会产生相应的脉冲信号，当运行状态改变时，脉冲信号也会发生相应的变化。保护器实时检测输入脉冲波形的变化情况以对自动扶梯（人行道）的运行状态进行监测，并根据监测到的状态采取保护措施。陕西三金 SJDT-1 V1.1

四、产品功能

1、超速保护

当梯级轨道运行速度超过设定的运行速度时（超速范围可设置，范围1%-50%），继电器动作控制扶梯停止运行，进入保护锁定状态。

2、非操纵逆转保护

在梯级轨道改变规定运行方向时，继电器动作控制扶梯停止运行，进入保护锁定状态。

3、梯级缺失保护（自动人行道无此功能）

能监测出梯级缺失情况，并在缺失的梯级到达梳齿位置之前，继电器动作控制扶梯停止运行，进入保护锁定状态。

4、扶手带速度偏离保护