基于Windows系统的触摸式人机界面的设计方案

基于Windows系统的触摸式人机界面的设计方案摘要：一个工业级触摸式人机界面的开发工作包括很多内容，从开发系统组态软件到为硬件部分编写操作系统，从使用组态软件设计工作画面到画面下载到人机界面部分，从画面程序的解码到通过人机界面与现场控制器的通讯使画面按要求显示出来并控制现场控制器的工作等等。完成这些工作必须了解系统的总体结构和要实现的功能，该文从工业级触摸式人机界面的应用情况和与传统控制面板的比较入手，介绍系统的功能、基本架构和工作流程以及主要显示控制元件。

关键词：Windows 人机界面设计

1 工业级触摸式人机界面的特点及功能

1.1 工业级触摸式人机界面的特点

工业级触摸式人机界面，具有传统操作面板不可比的优越性。设计一个系统，首先要熟悉它要实现的功能，有的放矢的进行设计开发才能达到事半功倍的理想效果。从工业级触摸屏使用者的角度出发，看看它应该实现哪些功能。

(1)使用计算机中安装的系统组态软件设计工作画面；

(2)在计算机中模拟运行设计好的工作画面，测试按钮功能，对不合适的地方进行修改；

(3)将设计好的工作画面通过计算机串口下载到人机界面的存储器中；

(4)将人机界面与单片机或可编程控制器等连接；

(5)在工业级触摸式人机界面上实现单片机、可编程控制器的现场控制。

1.2 系统的总体架构

根据系统要实现的功能，我们提出了工业级触摸屏系统硬件结构方案。该系统硬件主要由两个部分组成：触摸式液晶显示屏幕、显示控制系统硬件电路(包括与设计和下载画面的上位计算机、用作现场控制的单片机和可编程控制器进行通信的外部接口)。

2 触摸屏技术

随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术——触摸屏技术。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作或查询，这样就摆脱了对键盘和鼠标的操作，从而大大地提高了计算机的可操作性，使人机交互更为直截了当。

2.1 触摸屏的结构

触摸屏具有方便直观、图象清晰、坚固耐用和节省空间等优点。

目前，发达国家都积极投入触摸屏的研制与开发工作，触摸屏从低档向高档逐步升级和发展：从电阻式、红外线式走向电容感应式和表面声波式，性能越来越可靠，技术越来越先进。在我们的工业级触摸式人机界面系统中，选择了四相电阻式触摸屏。

2.2 触摸屏的工作原理

当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置上有了一个接触，因为其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比，即可得到触摸点的Y 轴坐标，同理得到X轴的坐标。

2.3 触摸屏的控制

在工业级触摸式人机界面系统中，我们自己设计触摸屏的控制部分，选择香港BURR-BROWN公司的ADS7843。ADS7843是专用于4线电阻式触摸屏的12位A/D采样转换器，具有单一电源供电、完全降功耗模式、转换速度快的特点，其最高转换速率为125KHz。当采用12位A/D转换模式时，理论上触摸屏的输入坐标识别精度为有效长宽的1/4096。

3 计算机控制系统

选择单片微机+CPLD的控制系统。由于单片机具有体积小、可

靠性高、控制功能强等优点，许多控制系统都选择单片微机。从系统运行速度、程序存储空间和编程及调试的方便性等几方面综合考虑，我们选用应用最为普遍的80C52系列单片机，具体型号为Winbond 的78E58B型CPU，开发工具选用伟福公司的G6W型号仿真器。采用CPLD代替一些外围逻辑电路，提高了整个系统的可靠性，简化了硬件电路，同时也较好的满足了需要较多的I/O口的要求。在我们的系统中选择了Alter公司的CPLD，具体型号为MAX7000系列器件可编程逻辑中的EPM7064。

4 闪速存储器

闪速存储器(FlashMemory，简称“闪存”)以其集成度高、制造成本低、使用方便等诸多优点广泛的应用于各个领域。利用其信息非易失性和可以在线更新数据参数特性，可将其作为具有一定灵活性的只读存储器使用。在单片机应用系统中，经常遇到大容量的数据存储问题。闪速存储器由于容量大、存储速度快、体积小、功耗低等诸多优点，而成为应用系统中数据存储器的首选。

在我们的工业级触摸式人机界面系统中，需要有一个存储器专门用来存放从上位计算机下载的所有画面信息。下载的画面信息容量大，而且用户经常对画面进行修改就需要经常对存放画面信息的存储器中的内容进行擦写。所以闪速存储器是非常合适的。我们选择Fujitsu公司的MBM29F080A闪速存储器。

5 结语

触摸屏技术的悄然兴起，为计算机技术向人性化方向发展提供了有利条件。它简单易学，尤其适合非专业人员；可靠性高，可以适应各种不同的工作环境。由于它的这些优点，触摸屏技术很快被人们接受，已经广泛应用在各个领域。在工业控制行业中，触摸屏的特点更是得到了充分的发挥。一方面，由于操作工人的文化水平比较低，他们对计算机的了解非常有限，让他们用一台工业PC来控制机器的运转也许不是一件非常容易的事情；另一方面，由于工厂的工作环境非常恶劣，有噪声、有灰尘、有油污、有振动，不是所有的计算机都可以适应这样的环境。工业级触摸屏就像是专门针对工业控制行业的这些特点度身定做的。它的友好的个性化的触摸式人机界面消除了操作工人对计算机的惧怕心理，它的高可靠性绝对可以承受工厂恶劣环境的考验。随着工业技术的不断进步，人机界面也朝着人性化方向发展，触摸屏作为工业时代的产物,正在被广泛地应用在工业技术的各个领域。

参考文献

[1] 陈婵娟,闫永志,蓝通明.开放式数控系统人机界面的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2007(2):42-45.

[2] 董大勇,袁修干,王黎静,等.基于飞行任务的驾驶舱显示人机界面仿真[J].系统仿真学报,2007(3):678-680.