HMI的工作原理

hmi的定義

hmi是Human Machine Interface 的縮寫，"人機(jī)接口"，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面(又稱用戶界面或使用者界面)是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。

人機(jī)界面(hmi)產(chǎn)品的組成及工作原理

人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等，其中處理器的性能決定了hmi 產(chǎn)品的性能高低，是hmi的核心單元。根據(jù)hmi的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。hmi軟件一般分為兩部分，即運行于 hmi硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件(如JB-hmi畫面組態(tài)軟件)。使用者都必須先使用hmi的畫面組態(tài)軟件制作"工程文件"，再通過PC機(jī)和hmi 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的"工程文件"下載到hmi的處理器中運行。

hmi的作用

一、導(dǎo)航軟件

車載導(dǎo)航在很早之前就已出現(xiàn)，但由于導(dǎo)航不精準(zhǔn)、功能較少以及升級麻煩等原因，逐漸被手機(jī)所替代。目前車載導(dǎo)航系統(tǒng)共有分為兩種，一種為品牌自帶導(dǎo)航，另一種則是基于手機(jī)導(dǎo)航軟件所定制的車載導(dǎo)航?？傮w而言，前者的體驗感較差，后者較好。

二、語音識別

語音識別目前的發(fā)展較為迅速，在無網(wǎng)絡(luò)情況下可以支持電臺、空調(diào)等功能，而當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)后，還可支持導(dǎo)航目的地搜索、查找餐廳以及查詢股票等功能。盡管在一些細(xì)節(jié)功能上有所不同，但功能大多大差不差，基本都能滿足日常的基本使用。

三、流量

手機(jī)功能盡管很豐富，但沒有流量，也就是一塊板磚，車機(jī)系統(tǒng)也同樣如此。許多人在購車時只看到了互聯(lián)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，但很少會想到它的流量情況。從目前來看，大多數(shù)車企的流量政策均是每月贈送一定數(shù)額或者前兩年免費。前者的流量大多有限，對于喜歡在線聽音樂的車主，一般沒幾天就能用完。后者自然不用說，到了時間要么不用，那么只能花錢買。此外值得一提的是，它的流量相比于三大運營商而言要更貴一些。

四、手機(jī)互聯(lián)系統(tǒng)

手機(jī)互聯(lián)同樣是最近幾年才有的新功能，盡管一些功能與車載hmi互聯(lián)系統(tǒng)有所重疊，但它的優(yōu)勢在于手機(jī)接收到消息時，它可以通過聲音閱讀，省去了在行車時拿手機(jī)的步驟，提高了駕駛安全性。而在分類上，它同樣分為兩種，一種是汽車品牌自帶系統(tǒng);另一種則是第三方系統(tǒng)。相比較而言，后者的使用體驗會更好一些。

上位機(jī)是指人可以直接發(fā)出操控命令的計算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化(液壓，水位，溫度等)。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(一般為模擬量)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機(jī)。簡言之如此，實際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。

上位機(jī)在工業(yè)控制當(dāng)中又被稱為HMI(人機(jī)界面又名人機(jī)借口：有RS232,RS485,RJ45網(wǎng)線接口)。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(一般為模擬量)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機(jī)。簡言之如此，實際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)(一般模擬量)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號反饋給上位機(jī)。簡言之如此，真實情況千差萬別不離其宗。上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。

在概念控制者和提供服務(wù)者是上位機(jī)被控制者和被服務(wù)者是下位機(jī)也可以理解為主機(jī)和從機(jī)的關(guān)系但上位機(jī)和下位機(jī)是可以轉(zhuǎn)換的兩機(jī)如何通訊，一般取決于下位機(jī)。TCP/IP一般是支持的。但是下位機(jī)一般具有更可靠的獨有通訊協(xié)議，購買下位機(jī)時，會帶一大堆手冊光盤，告訴你如何使用特有協(xié)議通訊，里面會舉大量例子，一般對編程人員而言一看也就那么回事，使用一些新的API罷了。多語言支持功能模塊，一般同時支持?jǐn)?shù)種高級語言為上位機(jī)編程。

通常上位機(jī)和下位機(jī)通訊可以采用不同的通訊協(xié)議， 可以有RS232的串口通訊，或者采用RS485串行通訊，當(dāng)用計算機(jī)和PLC通訊的時候不但可以采用傳統(tǒng)的D形式的串行通訊，還可以采用更適合工業(yè)控制的雙線的PROFIBUS-DP通訊，采用封裝好的程序開發(fā)工具就可以實現(xiàn)PLC和上位機(jī)的通訊。當(dāng)然可以自己編寫驅(qū)動類的接口協(xié)議控制上位機(jī)和下位機(jī)的通訊。

1、人機(jī)界面產(chǎn)品的定義

連接可編程序控制器(PLC)、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元(如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等)寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。

2、人機(jī)界面(HMI)產(chǎn)品的組成及工作原理

人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于 HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件(如JB-HMI畫面組態(tài)軟件)。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

1、人機(jī)界面與人們常說的“觸摸屏”有什么區(qū)別?

從嚴(yán)格意義上來說，兩者是有本質(zhì)上的區(qū)別的。因為“觸摸屏”僅是人機(jī)界面產(chǎn)品中可能用到的硬件部分，是一種替代鼠標(biāo)及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設(shè)備;而人機(jī)界面產(chǎn)品則是一種包含硬件和軟件的人機(jī)交互設(shè)備。在工業(yè)中，人們常把具有觸摸輸入功能的人機(jī)界面產(chǎn)品稱為“觸摸屏”，但這是不科學(xué)的。

2、人機(jī)界面和組態(tài)軟件有什么區(qū)別?

人機(jī)界面產(chǎn)品，常被大家稱為“觸摸屏”，包含HMI硬件和相應(yīng)的專用畫面組態(tài)軟件，一般情況下，不同廠家的HMI硬件使用不同的畫面組態(tài)軟件，連接的主要設(shè)備種類是PLC。而組態(tài)軟件是運行于PC硬件平臺、windows操作系統(tǒng)下的一個通用工具軟件產(chǎn)品，和PC機(jī)或工控機(jī)一起也可以組成HMI產(chǎn)品;通用的組態(tài)軟件支持的設(shè)備種類非常多，如各種PLC、PC板卡、儀表、變頻器、模塊等設(shè)備，而且由于PC的硬件平臺性能強(qiáng)大(主要反應(yīng)在在速度和存儲容量上)，通用組態(tài)軟件的功能也強(qiáng)很多，適用于大型的監(jiān)控系統(tǒng)中。

3、人機(jī)界面產(chǎn)品中是否有操作系統(tǒng)?

任何人機(jī)界面產(chǎn)品都有系統(tǒng)軟件部分，系統(tǒng)軟件運行在HMI的處理器中，支持多任務(wù)處理功能，處理器中需有小型的操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)軟件的運行?；谄桨逵嬎銠C(jī)的高性能人機(jī)界面產(chǎn)品中，一般使用WinCE,Linux等通用的嵌入式操作系統(tǒng)。

4、人機(jī)界面只能連接PLC嗎?

不是這樣的。人機(jī)界面產(chǎn)品是為了解決PLC的人機(jī)交互問題而產(chǎn)生的，但隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)控制設(shè)備都具備了串口通訊能力，所以只要有串口通訊能力的工業(yè)控制設(shè)備，如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接人機(jī)界面產(chǎn)品，來實現(xiàn)人機(jī)交互功能。

5、人機(jī)界面只能通過標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊口與其它設(shè)備相連接嗎?

大多數(shù)情況下是這樣的。但隨著計算機(jī)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面產(chǎn)品的接口能力越來越強(qiáng)。除了傳統(tǒng)的串行(RS232、RS422/RS485)通訊接口外，有些人機(jī)界面產(chǎn)品已具有網(wǎng)口、并口、USB口等數(shù)據(jù)接口，它們就可與具有網(wǎng)口、并口、USB口等接口的工業(yè)控制設(shè)備相連接，來實現(xiàn)設(shè)備的人機(jī)的交互。

6、是否有通訊功能的設(shè)備一定能和人機(jī)界面產(chǎn)品連接?

應(yīng)該是這樣的。因為通用的人機(jī)界面產(chǎn)品都提供了大量的、可供選擇的常用設(shè)備通訊驅(qū)動程序;一般情況下，只要在人機(jī)界面的畫面組態(tài)軟件中選擇與連接設(shè)備相對應(yīng)的通訊驅(qū)動程序，就可以完成HMI和設(shè)備的通訊連接。如果所選HMI產(chǎn)品的組態(tài)軟件中沒有要連接設(shè)備的通訊驅(qū)動程序，用戶則可以把要連接設(shè)備的通訊口類型和協(xié)議內(nèi)容告知HMI產(chǎn)品的生產(chǎn)商，請HMI廠商代為編制該設(shè)備的通訊驅(qū)動程序。

7、PC機(jī)加觸摸屏，能否直接與PLC通訊，完成HMI的功能?

當(dāng)然可以。不過還要編制相應(yīng)的HMI軟件，才能使PC機(jī)成為一個真正的HMI產(chǎn)品。

8、未來人機(jī)界面的發(fā)展趨勢是什么?

隨著數(shù)字電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，未來的人機(jī)界面產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，HMI的功能將越來越豐富;5.7寸以上的 HMI產(chǎn)品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于計算機(jī)硬件成本的降低，HMI產(chǎn)品將以平板PC計算機(jī)為HMI硬件的高端產(chǎn)品為主，因為這種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢，是未來HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。當(dāng)然，小尺寸的(顯示尺寸小于 5.7寸)HMI產(chǎn)品，由于其在體積和價格上的優(yōu)勢，隨著其功能的進(jìn)一步增強(qiáng)(如增加IO功能)，將在小型機(jī)械設(shè)備的人機(jī)交互應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。