人机交互接口电路设计

关键词： 界面 电路设计 人机交互 软件

人机交互接口电路设计（精选十篇）

人机交互接口电路设计 篇1

智能电网将是电力系统重大的变革趋势及科技创新方向, AMI高级智能量测系统作为智能电网中最重要的技术支撑模块, 可以实现很多重要的智能化功能。作为AMI的基础单元, 智能电表是系统中最重要的一个环节, 它除了具有一般电表的基本计量功能外, 还支持即时读取、远程接通和断开、故障定位、电能质量监测与窃电监测等, 电表用户可根据用电的习惯和节电原则设定具体参数, 实施用电管理。因此, 智能电表显示的内容十分丰富。

2 触摸屏液晶接口设计

本文根据智能电表的功能, 采用触摸屏设计了显示器接口。

系统采用STC10F08XE型单片机作为MCU, 片内具有8K FLASH、512 Bytes SRAM, 内置5K EEPROM, 并有掉电唤醒功能。单片机是用来控制智能电表对用电数据的采集、处理与显示的。

OCMJ8X15D是一款240×128点矩阵的液晶显示模块, 支持文字与绘图2种混和显示模式, 内建512 k B的ROM字形码, 可以显示中文字型、数字符号、英日欧文等字母, 并且内建双图层 (Two Page) 的显示内存。在文字模式中, 可接收标准中文文字内码直接显示中文, 而不需要进入绘图模式以绘图方式描绘中文, 从而节省了许多微处理器所用时间, 提升了液晶显示中文的处理效率。在标准字型为16×16的基础上, 提供半角/全角文字显示模式, 显示字型可放大到32×32、48×48或64×64, 并提供混合显示模式。同时, 内建的10 Bit模拟—数字转换器 (ADC) 提供了触控屏幕功能以及8×8的键盘扫描 (Key Scan) 功能, 可方便实现智能电表测量参数如供电电压、频率、用户电流、电价、家内各用电设备供电状态、用电计划等的显示, 触摸屏也大大方便了用户使用, 简化了硬件设计。液晶屏设计原理如图1所示。

3 键盘设计原理及程序设计

在智能电表中, 用户除可方便地查看目前电网供电状况、用电量外, 还可以在电表上关闭或启动室内用电设备, 设定用电设备的启停时间, 以根据电价合理用电, 避开用电高峰, 节省用电费用。

系统设计中需要用到键盘。在液晶功能中, 为实现键盘设计, 需自定义触摸按键。编程的时候首先要根据串口输出的数据判断触点的X、Y坐标值, 当触点的X坐标值小于所定义按键的左上角X坐标值且大于所定义按键的右下角X坐标值, 并且触点的Y坐标值小于所定义按键的左上角Y坐标值且大于所定义按键的右下角Y坐标值时, 可以确定触点在所定义的按键范围之内, 调用该按键的键功能子程序, 否则视为无效触点。

OCMJ8X15D液晶显示模块内建了一个10 Bit ADC及数个模拟开关, 使用者可以将4线电阻触摸面板的XL、XR、YU、YD接到液晶显示模块, 然后通过切换模拟开关让ADC读取被测点电阻上的电压值, 再经单片机读取ADC的转换值, 从而得到触摸点的相对位置。OCMJ8X15D的电阻触摸面板及触摸屏电阻电极分别如图2、图3所示, 通过对4个模拟开关 (SW0~SW3) 的选择控制可分别通过ADC测得触摸点的分压电压, 从而确定触摸点的X、Y坐标。

4 显示驱动程序设计及显示界面

液晶屏作为智能电表显示端, 其主要功能是显示电表所测得的用电情况, 同时接收外界的触摸中断信号来达到人机互动目的。由此设计液晶屏的驱动程序流图如图4所示。

其基本程序为:

在显示界面, 液晶屏除了能显示用户所需要的信息外, 还能提供预设定的人机互动功能按键。液晶屏引发触屏中断时, 单片机通过触点扫描确定接触点所处的功能键, 继而执行该按键所确定的子程序。

5 结语

本文介绍了单片机和OCMJ8X15D触摸屏接口设计, 作为智能电表显示器, 它接口简单、操作方便、反应灵敏, 显示内容丰富直观。键盘设计则通过读取坐标确定按键位置来实现, 达到了键盘和显示的有机结合, 减少了硬件设计, 方便地实现了人机交互。

摘要：根据智能电网中智能电表设计要求, 采用单片机和触摸屏设计了电表液晶接口, 另外还设计了键盘及其程序、显示驱动程序及显示界面。

关键词：OCMJ8X15D,单片机,触摸屏驱动程序

参考文献

[1]宏晶科技.STC10XX系列单片机器件手册[Z]

[2]金鹏实业有限公司.OCMJ8X15D系列中文液晶显示模块使用说明书[Z]

[3]于春霞, 刘世萱, 杨俊贤.触摸液晶的控制设计与坐标的获取[J].自动化技术与应用, 2009, 28 (3) :118～119

[4]纪松波, 侯婷.智能液晶触摸显示终端与单片机接口的设计[J].现代电子技术, 2010 (12) :16～18

[5]夏心江, 吴志国, 胡钢.触摸式液晶屏二次开发中几项关键技术研究[J].微处理机, 2010, 6 (3) :93～96

人机交互接口电路设计 篇2

我们既然能够驱动全身的动作，为什么“未来”的人机交互竟全都是一根手指的操作呢？

下面是这位前苹果人机交互设计师的博客全文。查看原文请点击这里。

《对未来交互设计的简评》- Bret Victor

我们还是先复习一下这个眼下火热的视频吧。（iOS 用户请点击这里）

它讲述的无非就是下面这些东西：

说起来，设计未来的人机交互方式曾是我的一段工作经历。我曾经用真正能使用的原型机来进行设计，而不是小绿屏或者用 AE 做后期，所以我能看出这段视频里有一些值得怀疑的交互场景。事实上我曾动手设计过这样的交互场景，而这段动画片大致上就只是动画片而已吧。但是这不是我对这段视频的主要看法。

我的主要看法和视频的展示正好相反，真的，这不是什么“未来远景”。这些不过是一个个很小的增量。从设计的眼光来看，它们糟糕透顶。

这很重要，因为远景本身很重要。对远景的展望可以引导和激励人们去行动，当一群被激发灵感的人聚在一起便能形成最强大的力量。如果你是一个刚开始懂得前瞻的年轻人，或者一个已经开始动手打造这个远景的大人物，请务必让你的未来展望更加有价值，创造出真正能够改进我们交互方式的作品。

这篇简评并不会为你展开一张未来的全景图纸。我只是想对值得一看的地方加以探讨。

先不说我们应该如何与未来的工具进行交互，我们先来考虑一下未来的工具是什么。

我很喜欢这条定义：工具通过放大人类的行为能力来解决人类的需求。

这就是说，工具能够将我们能做的事转译为我们想要做的事。而一件伟大的工具则是在设计上同时满足这两者的。

而在这篇简评里我不会讨论人类的需求。这是有史以来从未被间断过的话题，每个人都会有自己的看法。

我也不打算讨论技术。这没什么好讨论的，因为我们掌控技术。我们可以发明技术，克服一些人类本性。

我将要说明的是常常被忽略的第三个因素，人类的行为能力：我们能够做什么。因为，如果设计出来的工具无法被人使用，它就是个糟糕的工具，是吧？

我们再来看一眼这些“将来的人们”与“将来的技术”是如何进行互动的：

你可以看出所有人都在用什么工具吗？这套未来交互体系的核心构件是什么？每张图都说出来了！

完全正确！那就是“手”。

这太赞了！我觉得用手太美妙了！

我们的手可以做两件事。这两件事绝对很神奇，你每天的生活都无时无刻不依赖于它们，而大部分所谓未来交互的概念都完全忽略了它们。

手可以感觉，手可以操纵。

现在，请随便拿起一本书，随便翻到某一页。

请体会：通过左右手重量的比例，以及左右手捏住纸张的不同厚度，你能够大致知道现在书翻开到哪个部分。现在翻一页，请体会：你会知道手里捏的不是黏在一起的两页纸，只需轻轻揉一揉就能感觉出来了。

下面，请拿起一杯水，喝一口。

请体会：通过倾斜杯子时重量的变化，你能够知道还剩多少水。

世界上的几乎所有物体都能够提供类似的一种反馈。这些习以为常的事实往往最容易被我们忽略。你可以再拿起身边的一些物件试一试。像平常那样使用一下，并感觉它们在触觉上引起的变化：它们的纹理、柔韧度、温度，它们的重心位置，它们的边缘、曲线和褶皱，以及你在使用时，它们会产生什么样的反应。

我们的手指为什么拥有如此密集的神经末梢呢，这里面一定有原因。只有这样我们才能和世界近距离接触，我们的工具才能和我们“交流”。触感是人类千百年来不变的“干活”一词的必要条件。

那么，再拿出你最喜欢的、神奇的、革命性的科技产品。使用一会。

你觉得怎样？是否感觉是“玻璃状”的？它是不是与你正在做的事情完全没有任何联系？

我把这种技术称作“玻璃下边的画面”。玻璃下边的画面牺牲了我们双手本来应该能得到的十分丰富的触感，而是提供了一个假惺惺的仿真图画。

真的有这么糟吗，用视觉取代触感？请试一试：闭上眼睛，去系鞋带，

电脑资料

完全没问题吧？那么，如果你的双臂都已失去感觉，你还能系好鞋带吗？甚至连你的手指也麻木了，能系好吗？当我们利用双手时，触感就好比是司机，而视觉则是皮椅。

“玻璃下边的画面”就是一种让触感永久麻木的交互模式。它犹如注入我们手腕的一针 。它否定了我们双手最擅长的事情。可惜目前，它几乎成为了所有“未来远景”的一致焦点。

对我而言，如果说“玻璃下边的画面”就是未来的交互方式，那就等于说黑白照片是未来的摄影之道。很显然，“玻璃下边的画面”只是一种过渡性的技术。我们越早渡过去越好。

你可以如何操纵“玻璃下边的画面”呢？当然是滑动。

滑动是这种交互技术的最基本动作，即在平滑表面上滑动手指。

然而我们在自然界中几乎从来不用这种方式来进行操纵。

我能想到的场合只有上图这些。

那么，我们如何操纵物件呢？事实上，我们的手指有着令人乍舌的范围极广的行动能力，而且我们总是不假思索就会驱动它们。下边的每张图里，你都需要留意每根手指的位置，什么在对什么施加压力，以及物件的重量是如何均衡的。

所有的手指动作都可以总结为下图的四个基本动作。（如果你对这方面感兴趣，不妨阅读 John Napier 的经典之作《手》）

假如你要打开一个罐头，通常你会在这两种动作之间轮换：

可以说，你曾打开的每一个罐头至少都是用这两种动作的组合来打开的。不仅这事不用教，甚至你在做的时候都意识不到你在轮换两种手势。对于直觉交互而言又是如何呢？

我们生活在三维世界里。我们的手生来就能在三维空间中移动和旋转物体，并且可以抬起物件并把它们放到另一个物件的上面、下面、旁边和里面。地球上的生物还没有能与我们相比的。

下次你在做热干面的时候，请一定留神你的手。一定留神！留心观察你的手指做出的种种技巧，它们如何将原料、器皿以及其他所有用到的物品操纵起来。然后比较一下你体会到的东西，和“玻璃下边的画面”有何异同。

难道，我们要接受的未来交互方式还不如一碗热干面所能带来的体验？

那么，未来的交互方式究竟是什么？

说起未来，最重要的事其实是选择。人们会选择自己将要追寻的远景，人们会选择能得到投资的课题，人们会选择如何度过自己的职业生涯。

先不考虑广泛的文化差异。技术并不是简简单单就产生的。它不是自主而然，不是奶酪上自然生出的霉斑。每种革命性的科技背后都有很长一段时间的研究，而这些研究都是由那群被激发灵感的人所投资或开展。

这就是我的诉求，能被人类无限的潜能激发出灵感。不要总是把昨天的技术拿出来一次又一次地忽悠人。

这张图很可能就是我们未来世界的雏形。但是想想为什么？我们为什么非选择这种东西不可？这种手持设备完全忽略了我们双手的基本功能。

我们的双手可以去感觉，可以去操纵。为什么不在可视、可感、可操纵的动态媒介之上进行发展呢？

这里有几个交互相关领域正在进行的研究(1, 2, 3, 4, 5)，有的已经进行好几十年了。这些研究往往已被边缘化，可能接下去仍然如此。但是也许你就能做出一些改变。

是的，这些研究目前得到的成果还很粗糙，还很基础，有时甚至值得被怀疑。但是请看：

1968 年，也就是微处理器诞生之前三年，Alan Kay 好不容易把 Don Bitzer 的早期平板显示器创新了一下。它的分辨率达到了 16 x 16 像素，而其前辈的分辨率为 4 x 4 像素。

Alan 看着这 256 个闪耀的橙色方块，之后回到家里，拿起笔，天啊！他在纸上画出了一台 iPad！

随后的事情便一发不可收拾，他沿着这条路继续探寻下去。他所研究的东西，大多数和你阅读这篇文章用到的硬件和软件都是息息相关的。

这就是一种雄心壮志，就是我所说的长远目光。“玻璃下边的画面”不该再被当做新闻。我们应该开始真正使用双手。

如果你读到了这里，或许我可以再度启发你一下。看看自己的双手吧，它们是否和某些东西相连呢？当然是！你有臂膀，有肩，有躯干，有腿还有脚！而且它们都是能够活动的！

任何一个舞蹈家或医生都非常清楚，我们的身体究竟有着怎样令人难以置信的表达力。300 个关节！600 块肌肉！可以在无数角度中自如活动！

下次做早饭时，请留意那套精致、复杂、舞蹈般的动作，你如何打开碗橱，如何倒出牛奶。看看你的四肢在空间中如何来回移动，感受你是如何毫不费力地保持平衡。你的大脑之所以每天早上能够让你做到如此美妙复杂的芭蕾般的动作而不至于忙碌到爆炸，是因为和你一样，世界上的所有人其实都能做的一样好。

飞机人机交互设计的重要原则之一 篇3

在现代飞机设计中，尤其是战斗机，经常会提到一条非常重要的人机交互设计原则——“双手握杆，平视飞行”。“双手握杆”是指将武器和雷达等重要控制器安装到战斗机的驾驶杆和油门杆上，以保证飞行员在作战飞行时双手不离开操纵杆，也就是所谓的HOTAS（Hands On Throttle and Stick）技术。“平视飞行”则是指飞行员在飞行或作战时保持抬头状态，不需要频繁低头查看仪表，可在观察舱外飞行环境的同时获取各类飞行信息。之所以提出平视飞行，是因为人的眼睛在远景和近景之间切换时会有一定的聚焦适应时间，虽然时间较短，但对于高速飞行或机动作战的飞机来说，其对飞行安全和作战绩效的影响仍是不容忽视的。另外，频繁的抬头和低头还会造成飞行疲劳和对飞行态势感知（SA，Situation Awareness）的下降。平视飞行设计原则可以降低飞行员低头查看仪表的频率，避免出现注意力中断、态势感知丧失、视觉负荷大和眼睛焦距调整产生的延迟等不利现象。

HUD应运而生

如何才能实现平视飞行呢？设计人员设计了一种可将飞行信息与驾驶舱外视景结合的装置，即HUD。其实，HUD的前身可认为是使用在早期战斗机上的光学瞄准器。这种瞄准器最早出现是在第一次世界大战期间，到了第二次世界大战的时候就已经被广泛利用了。光学瞄准器是利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射安装于座舱前端的一片玻璃上，或者直接投射到座舱罩的前面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离面上，当飞行员瞄准目标的时候就不会妨碍到眼睛对外界的观察。当技术进步可以支持更多的飞行状态信息集合在一起，以文字或数字形式投射在座舱前方的固定装置上时，HUD就出现了。HUD也是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关信息投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的光线以平行光的形式进入飞行员的眼睛，这样投射的文字和影像就可以调整显示于焦距无限远的距离上面，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易地将外界的景象与HUD显示的信息资料融合在一起。HUD的出现基本满足了平视飞行设计原则的要求，具有增强操作情景意识，减少操作技术失误，为非正常操作状况提供识别和改出指引，提高对非正常状况的感知能力，改善操作品质等应用优势。

HUD主要显示与飞行安全和作战绩效有着重要关系的信息，譬如飞行高度、飞行速度、航向、垂直速率变化、飞机倾斜角度等。当使用于战斗环境时，还会加上目标搜索瞄准信息、武器与发射相关信息、预估命中点等。此外，HUD的显示内容还可以根据不同状况而变换，例如巡航模式、空空作战模式、防拥模式等。

HUD的应用及发展

第一架使用HUD的军用战斗机是由北美航空（North American Aviation）为美国海军设计生产的A-5“民团团员”舰载机。民用航空领域的应用是在1975年由法国达索（Dassault）飞机公司首先装配于Mercure（法语“水星”之意）客机上。20世纪70年代晚期，美国麦克唐纳·道格拉斯（McDonnell-Douglas Corporation）飞机公司在生产的MD-80系列飞机上也开始采用HUD。自1970年代中期以后，世界航空界对HUD的认识和使用开始越来越普及。除了美国以外，其他国家也开始陆续购买或者研发相关系统。

随着飞机自动化控制的程度和飞行仪表的整合度越来越高，飞行员不需要像以前那样频繁观察大量仪表，操控众多设备，因此HUD几乎可以涵盖飞行或作战所需的基本信息，从而成为现代飞机的主飞行显示器。目前，世界上几乎所有的战斗机和武装直升机都可安装HUD。鉴于HUD成熟的技术和稳定的性能，新一代的战斗机也大都安装了HUD，如俄罗斯的T-50、美国的F-22以及中国的歼20等，并且从一些新闻图片猜测，应该都是新型的衍射式平视显示器。随着技术的进步，HUD的功能越来越多，其技术也开始向商用飞机和其它民用领域普及。在商用飞机上，HUD主要在能见度不良情况下，如雨、雪、雾天气或夜间，帮助飞行员在着陆时确定机场跑道的位置，以保证飞行安全。根据最新研究结论，在所有民航起飞和着陆事故中，68%的事故可以通过使用HUD避免或降低事故危害程度。中国民航计划到2020年，旗下所有航空公司全面使用HUD。鉴于HUD的方便性以及确实能够提高飞机安全性和操作绩效，“平视飞行”这条人机交互设计原则在现代飞机设计中应用得越来越广泛，HUD已经成了全球主流战斗机和武装直升机，甚至民机不可或缺的设备，并且该人机交互设计原则还有着快速向其它民用领域扩展的趋势。

到目前为止，HUD经历了反射式、衍射式等不同时期的发展，成像技术也逐渐由传统的用阴极射线管（CRT）向硅基液晶（LCOS）图像源、数字微镜装置（DMD）和透射型LCD等新技术发展。由于新技术的使用，新型HUD的视场、清晰度、稳定性都有了大幅度的改进。此外，HUD的发展还体现在了显示内容、使用方式等多个方面。比如，为了提供增强的视觉图像，提高驾驶员夜间和低能见度条件下的情景意识，罗克韦尔柯林斯公司与庞巴迪宇航集团最近进行了一系列飞行测试，将增强视景系统（EVS）和合成视景系统（SVS）等技术融合到HUD之中。初步结果显示，在HUD上显示合成视景时，仪表着陆系统（ILS）的横向精度提高了70%，纵向精度提高了25%。Elbit Systems推出了一款名为Skylens的可穿戴式平视显示器，旨在为飞行员提供更好的视野。该系统易于安装，适合在迷雾或黑暗中进行导航辅助，虽然称之为可穿戴式HUD，但其更类似于下文介绍的头盔显示器。

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平视飞行的新宠——头盔显示器

由于HUD的光学原理和安装特点，其在应用过程中存在一定的视界（Field of Regard）范围限制，并且对飞行员飞行时的头部位置有严格要求。当飞行员转动头部的时候，HUD上的飞行信息影像就会暂时离开他的视野范围，因此有人建议将影像直接投射在飞行员头盔的前方，或者说直接将缩小版的HUD安装于飞行员头盔上，这样影像就可以始终呈现于飞行员眼前，随时与飞行员的视野范围重合，达到“随动”的目的。直到20世纪90年代，研究人员才成功研制出可以显示多种战术、导航、飞控信息的头盔显示器（Helmet Mounted Display），以下简称HMD。HMD相对于HUD最大的优点是其可以利用头部的转动扩大视界，无论飞行员朝哪个方向看，都可以掌握完成任务所需的飞行信息，使飞行员的态势感知能力大大加强。

现代作战飞机的机动性、敏捷性等各项性能指标都有了大幅提升，空战环境也日趋恶化， 这些都对飞行员对战场的态势感知能力提出很高要求。与此同时，各种大离轴空空导弹也研制成功和相继列装，如俄制R-73、美制“响尾蛇”空空导弹改进型、法国的魔术、以色列的怪蛇4、英国的流星等，这些能够离轴甚至越肩向后攻击的导弹也需要与之完美配合的瞄准显示设备。此外，具有强超低空机动作战能力的武装直升机也逐渐成为各国陆军航空兵的发展之重。上述因素都迫切需要一种视界大、实时性强、可快速跟踪和截获目标的瞄准显示系统，因此HMD以其出色的离轴捕获和攻击能力、宽大的视界和较强的夜视能力等优势成为平视飞行设计理念的新宠，大有取代HUD的趋势。

平视飞行技术的扩展应用

目前，平视飞行技术在另一个民用领域的普及，主要体现在汽车上。20世纪80年代末，HUD的特性被当时日渐重视安全性的汽车制造商看中。1988年，HUD作为一项安全特性出现在通用旗下的奥兹莫比Cutlass Supreme车型的选装单上，但是市场反响冷淡。随后几年，民航对HUD的普及再次引发了技术热。近期HUD已经成了奔驰、宝马、奥迪等豪华车型的最新卖点。2003年起至今，宝马5系、6系、7系、X3、X5、X6均已装备HUD，宝马公司成为欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司。汽车上的HUD主要是在挡风玻璃或者中控台上方的投影屏上投影车速、导航信息等图像，辅助驾驶员驾驶车辆。豪华汽车对HUD的推崇，使“平视飞行”的人机交互设计原则扩展到“平视驾驶”。

随着Google眼镜（Google Glass）的推出，“平视飞行”的人机交互设计原则得到了更大的扩展。Google Glass也是利用与HUD类似的光学反射投影原理，即通过微型投影仪将图像投射到一块反射屏上，而后通过一块凸透镜折射到人的眼球，实现所谓的“一级放大”，从而在人眼前形成一个足够大的虚拟屏幕，可以显示简单的文本信息和各种数据，同时还可通过眼镜观察外部，实现虚拟图像与外部视景的叠加。也可以说，Google Glass的显示系统是将HMD的人机交互设计原则扩展到了一般的大众娱乐系统。

平视飞行技术不仅在目前多个实际领域得到推广利用，还在一些科幻题材的电影中经常有所涉及，成为未来高科技概念飞行器或载人武器的显示模式，给人一种“高大上”的感觉。电影《钢铁侠》中托尼·史塔克的飞行服头盔就具有显示自身状态、预测飞行路径、锁定攻击目标等功能。

人机交互设计的根本目的就是为人机系统中的人提供最为符合其生理或心理特点的交互界面，使其能够安全、高效地完成任务。纵观“平视飞行”人机交互设计原则的出现、发展和兴起，可见只要是符合人机交互特性的设计原则，一经出现，就势必会迅速获得广泛认同，并取得快速发展和推广。对于“平视飞行”这种典型的人机界面的设计原则，只要结合人机交互设计方法及试验研究，建立起完善的人机交互设计原则，一定能够让其“老树开新花”，不断取得新形式的突破，让其被越来越多的领域所接受。

人机交互软件界面设计 篇4

广义上讲,人机交互界面有硬件界面和软件界面两种。而对于计算机软件而言,其人机交互界面主要是由软件界面构成的。十多年来,先后为不同的企业设计开发过多个计算机信息系统,并在从事ERP(企业资源计划)系统的研究开发与实施工作中,对国外大型ERP软件项目的人机交互界面也有了深入细致地研究。人机交互软件界面设计的好坏,直接关系到一个软件的推广和使用,关系到整个系统功能的发挥,甚至关系到该软件其它完美部分的表现。因此本文针对人机交互软件界面设计过程中的人机交互的接口设计和人机交互的输入输出设计做一些讨论。

1 软件界面的人机交互接口设计

软件与用户的人机交互界面设计最初要从人机交互用户接口(用户和软件系统连接的接口)入手。该用户接口的形式通常取决于该软件所要针对的用户类型。不同的用户类型对软件系统的接口形式会有不同的使用习惯与要求。一般情况下,用户可分成专业用户与普通用户。专业用户是指那些有计算机使用经验的用户。普通用户是指那些没有计算机使用经验、甚至没有使用过计算机的用户。用户类型的定位与区分很重要,它直接关系到对该软件的使用评价与最终成败。例如:针对企业高层管理人员的高层支持系统就必须开发专门、易用的“一键式”简易接口来满足他们的需要,原因就是高层经理们往往缺少使用计算机的知识和经验,不能像以问题为导向的决策支持系统那样去设计接口,而必须以高层经理决策者为导向和需要来进行设计[1]。

人机交互用户接口的形式有:下拉式菜单、级联菜单、弹出式快捷菜单、工具栏菜单、图标型菜单、链接式菜单。对一些专门的软件系统如高层支持系统的接口还必须在这些接口形式的基础上再经过专门地适用性裁减设计。用来代表功能图标的工具栏,是一种很直观的界面接口形式,为让用户较易理解、识别这些功能图标所表示的功能,应尽量借鉴普遍大众认可的表示形式。如:采用类似于Office软件系列中的图标来表示相似的功能[2]。

人机交互接口设计只是用户与软件系统人机交互的入口层,全面、友好、成功的人机交互界面设计还必须对人机交互过程中的输入与输出界面统一起来进行综合的设计。

2 软件界面人机交互的输入输出设计

成功的人机交互软件界面离不开人机交互过程中输入与输出界面的优秀设计。下面就这些年来的开发实践以及对国外ERP软件的实施体会来讨论其中的一些设计技术与原则,特别是从人机工程的角度来分析用户使用软件系统的真正困难之处,评估在设计过程中所容易犯的一些常见的错误。如是否过多地使用行话或缩略语,是否真正理解了用户的需求,用户操作时是否会碰到不能确定的操作,解决问题的方法和设计风格是否有不一致性等。

2.1 一致性原则

人机交互界面的一致性主要体现在输入输出时,交互输入输出界面效果的一致性,具体就是指软件系统内部具有相似的界面外观、布局、相似的人机交互方式以及相似的信息显示格式等。广义的一致性甚至可以外延在某一平台下的应用软件之间的一致性,例如在Macintosh系统平台下运行的Illustrator,Photoshop,PageMaker等应用软件,其界面的设计保持了高度的一致,用户不必花太多的时间就可以在学会一个软件后快速掌握其它软件。Windows平台、Linnus平台下的许多应用软件也具有此类特点[3]。显然,一致性原则有利于用户尽快熟悉软件的使用,减少使用软件过程中的错误和记忆量。

一致性是经常被忽视的原则,其实只要在整个设计过程中思路清晰、坚持不懈,这类错误就可以及时避免。特别是负责总体设计的项目组织者,必须认真把一致性贯彻执行到每一个设计环节中。在交互界面的设计过程中,严格要求课题组中的每一个设计小组在概念模式、语义、命令语言语法及显示格式等方面保持一定的一致性,在类似的交互情形下一般要求具有一致的操作序列和提示风格,即在提示、菜单和帮助中使用相同的术语,自始至终使用一致的风格。

2.2 窗口设计

屏幕窗口的设计是人机交互界面设计必须重点考虑的内容之一,要在屏幕窗口上对各区域的分布进行合理设计,按信息的重要性与清晰程度进行科学安排,使窗口界面清爽大气。对此,在实施国外ERP大型软件中就深有体会,眼睛不易疲劳或不易被忽视的区域往往安排重要的交互信息。帮助信息或提示信息常被安排在屏幕底部。在窗口空间的安排上,形成一种简洁清晰的合理布局,个别地方还利用插入空白空间来突出某些显示元素。目前开发者设计软件时喜欢使用开发工具所提供的许多常用控件,如在输入界面设计时,使用单行文本框、多行文本框、下拉列表框、单选按钮、复选框、命令按钮、列表框等,这就更有必要合理安排窗体控件之间以及控件四周的空白区域。控件之间行列整齐、行距一致,这样才能使得窗口不会因控件太多而显杂乱无章、主次不分。总之,好的屏幕窗口设计可以让复杂的软件系统看上去简单、大气、有层次感,视觉上的主次、强弱分明。

2.3 界面效果

界面效果是人机交互界面最终效果的具体体现。单调的文本和黑白色容易导致用户快速疲劳;有颜色、图像等媒体的界面可以增加视觉上的感染力,减少疲劳感;图形更具有直观、形象、信息量大的优点。因此,使用多媒体来表示、比喻某些实体或操作,可使用户的操作及其观感更直接、可见和逼真,增强软件系统的可理解性和易学易用性。

当然,每个用户对图形图像的比喻、颜色的喜爱、媒体的品味等有很大的不同。搭配不当的媒体或颜色会引发强烈的情感起伏,也可能会过于花俏,从而带来相反的效果。因此,多媒体并不能滥用,除非是具备一定艺术细胞的设计者,懂得科学合理地利用这些媒体手段、甚至静态与动感的结合效果(如特殊的显示属性,字体闪烁等)。因此,对普遍用户而言,最好是采用相对温和些的媒体,如:色彩更柔和些、更中性些。有时,可以利用个别色彩来有效地渲染、突出重要信息以吸引用户对重要区域的注意力。当然,前面提到的一致性风格是必须坚持的,如:尽量保持色调、种类的一致性。

在这里,对于界面效果设计中色彩的利用再强调一下,色彩运用得当可产生非凡的魅力并给人留下截然不同的感受和印象。因此,应最大限度地发挥色彩的视觉组合来创造出理想的界面效果[2]。为此,需要深入分析色彩的属性:明度(Brightness)、色相(Hue)和纯度(Saturation)。要用好色彩这一武器,更要懂得色调、配色(即色彩搭配、明度搭配、纯色搭配)、整体色调、面积对比等关系。如:暗色和高亮色搭配,会给人清晰、强烈的刺激,如深黄和亮黄色;暗色搭配高纯色,会给人沉着、稳重、深沉的感觉,如深红和大红[2]。

总之,多媒体搭配应用得当可大大提高感染力,减少疲劳感;达到较理想的界面效果。但也别认为这是普世适用的准则。各种媒体中主要还是应该重视文字效果的充分利用。因为只有文字能扼要、清楚而准确地向用户传达信息。下面就是一些文字表达引发不同效果的例子:

(1)使用用户不太懂的行话或专业词汇。如在设计面向普通用户的界面时出现:“数据库记录找不到”、“下一条记录”、“文件出错”等等。

(2)尽量避免缩写。如在使用某视频网站过程中突然蹦出“bps超出,链接失败”。

(3)有些论文投稿网站,用户并没有注册而进行登录时居然提示“密码错误”,合理的做法是提示没有此用户,弹出临时链接“注册此用户”,可提高界面的友善性。

(4)文字罗嗦、排列混乱。如:某门户软件在注册blog时,“您的登录名”,旁边的辅助说明是:“4-16个字符(包括4,16),英文小写、汉字、数字、下划线,不支持空格,不支持全角英文,不支持纯数字,不能使用下划线开头和结尾”。

(5)整个软件系统在不同的位置使用到同意义的文字时应该统一。这是一个最基本的要求,大部分软件系统却未能都做到。如某IM软件,开始是“添加好友”,接下来是“联系人列表”,然后又是“不在线的朋友”;又如,开始是“注册用户名”、然后是“登录ID”、还有“您的账户”、“管理帐户”等。

(6)不要乱用幽默或运用造作的句子,否则会给用户留下不好的印象。

(7)用文字自身的魅力来吸引用户的兴趣与关注。恰到好处的文字表达可以像其它媒体一样在情感上给用户以震撼,从而达到吸引用户注意力的目的。如,很多地方已经把“注册”改成了“立即注册”、“马上注册”;又如:baidu.com的页面最上面以前是“推荐使用”后来改成了“试试看”,用户的感受与尝试欲望就会大加改善;又如,某电子商务网站会在冗长的注册快要完成时提示:“太好了,你还需一步就能成为我们的注册会员了!”,用户马上就变得耐心起来。文字的魅力还在于字体、字号、颜色、背景的大小。安排适当可分辨出不同的层次。如:“开发团队”、“版权”之类的信息可小一点,对比度低一点。

总之,要解决好以上诸多问题,界面设计时就必须真正理解用户在该环节的心理状态以及用户准备执行的任务需求,使用户参与到界面设计中来,随时让用户测试系统,观察和聆听他们的意见,并叠代式地对交互界面进行反复修改。

2.4 反馈信息

人机交互的反馈信息是指用户在人机操作过程中,用户从软件系统得到的信息。反馈信息反映了软件对用户的交互动作所做的反应,能够让用户判断此前操作的效果。因此设计人机交互界面必须要考虑系统对用户操作的反馈信息。如系统处理过程的时间较长时,就应告知用户目前需要等待。输入数据之后,就应告知用户数据是否正确输入。进行某种操作时,就应告知用户其操作是否已完成。某些字段中的默认值,应尽可能被指定。对用户输入的错误给予相应的信息提示。如果出现错误,用户还没有更正过来,那么系统不能继续推进。

严格说,软件系统的交互输出按系统输出的类型和特点可分为内部输出(主要为内部用户提供的信息)、外部输出(主要为外部用户提供的信息)和反馈输出(反馈输出给用户,但其输出目的主要是为了交互输入)。常见的输出方式有:打印机输出,显示器输出,多媒体输出(包括声音、视频、图像等),E-mail输出,超级链接输出(目的是引导用户到网络上某个入口),存储输出方式等。这些输出是实现系统目标的具体体现,为了提高输出设计的质量,满足人机交互的要求,反馈信息应该尽量做到简洁、易于阅读、理解、有效、及时、并经过授权。为此设计时应该首先确认软件系统的输出内容,确定物理的输出需求,设计、验证和测试输出效果,观察和聆听用户的意见,并叠代式地对输出的反馈界面进行反复修改。

2.5 容错手段

交互过程中出错是很难避免的,因此,软件系统的设计应该能够具有检测功能,并提供相应的错误提示或错误处理手段,错误提示最好包含出错位置、出错原因及修改出错建议等信息。如果软件系统能针对错误提供保护功能和恢复功能等容错手段则更加理想,以避免用户的错误操作给软件系统带来灾难性的破坏或重要信息的丢失等。在不易理解的位置适当提供帮助功能,可帮助用户尽快理解软件系统的使用。对于不熟练用户来说,这种联机帮助往往作用很大。俗话说,垃圾入,垃圾出。如果不能有效地帮助用户发现错误的输入,将使软件系统的后续运行变得毫无意义。

软件系统输入的方法有多种:键盘、鼠标、触摸屏、POS终端、话筒、光笔、磁性材料等。因此,要解决各种输入方式下的容错问题,将是一项挑战。为此在系统输入过程中,一定要使输入的信息尽可能的简单,以减少出错的频率。如:降低输入数据的数据量,输入的数据越多越容易发生错误。原则上,只输入变量数据,不输入常量数据。如,在输入销售订单时,只需要输入产品号变量数据,不需要输入产品描述信息的常量数据,这些常量数据可以通过产品号寻找确定。特别不要输入通过计算能够得到的数据,如:若输入了产品数量和单价,那么就没有必要输入总金额。在输入数据时,还应该包括数据的内部控制。这些内部控制可以是:监视输入的数量,确保输入的数据是有效的。应该使用确保数据有效性的技术:

(1)存在性检查:确定该项数据已经被输入。

(2)数据类型检查:确保输入数据类型正确。

(3)域检查:确定输入的数据是否在合理的范围之内。

(4)格式检查:确保输入的数据满足指定的格式[1]。

为此,设计时应该首先确认信息系统的输入;选择合适的GUI控件;设计、验证和测试输入;观察和聆听用户的意见;并叠代式地对输入界面进行反复修改。

2.6 其它技术

在实施国外大型的ERP软件时,很多操作都是同时具备两套操作方式(键盘和快捷键),有些操作还同时提供三套方式(鼠标、键盘、快捷键)。这种设计给软件系统的使用带来很大的方便,特别是使用次数较多的操作,使用快捷键方式很受欢迎。操作的可逆性功能也是很受欢迎的功能(即undo功能),安排有该功能的交互界面可大大缓解用户的焦虑感,鼓励用户对软件系统的大胆使用。

3 结束语

许多领域的软件产品的人机交互界面设计理论与技术在一定程度上可以相互借鉴、应用,本文提到的许多技术手段都已应用于承接的软件项目的人机交互界面设计实践中[4],并取得了很好的效果,目前,这些软件系统都在顺利地运行着。

参考文献

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[2]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,2002:80-82,132-134,138.

[3]Jef Raskin,史元春.The Human Interface[M].北京:机械工业出版社,2004.

人机交互接口电路设计 篇5

关键词：人机交互设计；手机产品；应用

中图分类号：TP391.41；TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0079-02

所谓人机交互设计技术，就是通过运用计算机技术，运用有效的方式实现人与计算机的相互对话。人机交互系统在网络中的营运已经取得了一定的成就，人们可以通过人际交互系统更快、更有效的达到自己的目的，这对于人们社会生活的发展具有积极地影响作用，为人们的生活和发展带来了一定的利益。人机交互的设计对于手机产品来说是一项新的挑战，它不仅仅能够推动科学技术的发展，还提高人们的生活水平，使得手机产品更加方便、快捷。

1 人机交互设计在手机产品中的应用推广

人机交互设计在手机产品上的应用主要是先了解客户的需求，将其他人机交互设计应用作为参考，根据其他人机交互设计方面的应用对人机交互设计在手机上的设计进行合理的开发和研究。现如今，已经有很多人机交互设计在其他方面的应用，但在手机的应用方面还只是处于研发和基础的状态。但是由于人机交互设计在其他方面的使用已经取得了一定的成就，比如在生活中乘车、打印还有一些其他的应用已经涉及到了人机交互设计。因此，将人机交互设计融入到手机产品中已经成为当前较为紧迫的事情，这个应用也受到了很多相关人员的关注。

2 人机交互设计在手机产品上应用的影响因素

2.1 使用群体的范围

使用群体的范围不同，设计者在设计的过程中存在着一定的难度。

由于不同的使用群体对于手机产品的要求不同，这使得人际人机交互设计与手机产品的融合存在着一定的问题，两者之间的相容性较差，将会影响两者相应的结合，使得两者在进行结合的时候不能够将手机产品和人机交互设计两者的优势发挥到最大化，这在一定程度上影响了两者本身的特点，使得人机交互设计在手机产品上的应用的可行性受到了质疑。因此，使用群体范围对人机交互设计在手机产品的应用具有重要的影响作用。使用群体的范围将会直接影响人机交互设计在手机产品上应用的可行性和适应性，因此做好群体范围的评估对于人机交互设计与手机产品的结合具有积极地影响意义。

2.2 手机产品的界面设置

手机产品的界面设置对于整个手机产品本身就具有一定的影响作用。界面设置是整个手机产品的门面，消费人群将会第一时间感受到界面设置的好或者不好，进而直接影响消费者的购买欲望，因此，界面设置对于增加消费者也具有重要意义。

除此之外，界面设置中也应该结合人机交互设计，消费者是否能够在界面设置中顺利的找到与人机交互有关的选项对消费者的便利和人机交互设计的推广都具有较为重要的作用。如果手机产品的界面设置不能够将人机交互设计的应用充分的表现出来，消费者就很难找到人机交互设计的应用，这样一来，消费者不能及时享受到人机交互设计为消费者带来的好处，人机交互设计在手机产品中也就不能得到相应的推广和传播，进而对科学技术的推广造成一定消极的影响作用。

2.3 人机交互设计的实用度

人机交互设计在实际使用的过程中存在的问题和开发项目在手机产品的设计过程中也是十分重要的，人机交互设计在手机产品中的应用如果不能够将手机产品的本身特质提高，将会严重影响手机产品的本身质量，进而影响手机产品的消费，对手机产品的利益造成一定消极的影响。人机交互设计的实际应用对于人机交互设计在手机产品上面的推广具有重要的影响作用，手机产品上的人机交互设计具有了实际应用才能够保证消费者能够方便地进行使用，才能够使得人机交互设计在手机产品上的应用变得有意义。在进行推广和设计的过程中，人机交互设计对实际应用的考虑将会对以后的研发和推广产生一定的影响。

3 人机交互设计在手机产品上的应用的解决措施

3.1 结合使用范围和操作技术进行设计

人机交互設计在手机产品上的应用应当根据使用群体的不同来进行设计，才能够保证有更多人能够找到适合自己的产品。由于不一样的消费群体将会有不一样的消费需求，不一样的消费人群也具有自己本身的特点。假如手机产品在设计的过程中仅仅是单一的设计产品，将会在一定程度上失去一定的消费群体，这将会大大减少人机交互设计手机产品的消费，使得相关企业在一定程度上受到利益的影响相同，人机交互设计在手机产品上的应用也应当根据不同的消费人群进行操作技术的设计，比如较为先进的群体与年纪较大的使用者对人机交互的应用的要求是不一样的，较为先进的使用者对操作技术的要求可能较为简单，因为他们在一定程度上对操作技术已经有了一定的掌握，使用起来也就会更加得心应手，然而老年人则较少的接触这些新鲜的科技，对操作设计将会有不一样的需求。除此之外，不一样的群体对人机交互的使用方面也存在着很大的差别，设计者应该将这些都考虑在手机产品的设置上，使得操作技术能够更好的适用于消费者。

3.2 设计较为适合的界面设置

简而言之，界面的设置将会是手机产品最直观的部分，消费者在拿到手机的第一印象除了外观之外便是界面设置了，对界面设置的适用程度将很大一部分决定了消费群体的购买欲，将会直接联系到企业的利益，因此，在设计的过程中应该结合手机本身产品的特点对界面进行设计对手机产品的整体是非常重要的。在这个过程中，应当将人机交互设计的设置按钮变得更加简便、清新，使得消费者在使用手机产品上使用人机交互应用变得较为明了和快捷，这样才能够保证消费人群在使用人机交互设计的手机产品时能够使得手机产品的效用最大化。界面的设置需要将手机产品本身的特性与人机交互设计应用的特性将结合，才能够使得两者为消费者带来的利益最大化，有利于人机交互设计在手机上的应用推广，同时为产品设计者带来一定的利益。界面设计的良好和稳定能够帮助消费者更加快速的接受人机交互设计，使得人机交互设计能够更快融入到手机产品中。

3.3 改善人机交互设计在手机应用中的适用性

人机交互设计在手机产品应用中的适用性对于人机交互设计在手机产品的应用推广具有重要的作用。当下，越累越多的在进行手机购买的过程中会考虑到产品的性价比，因此，手机的适用性也对消费人群的大小起着一定的影响作用。设计人员应该根据消费人群范围的不同进行分析和研究，增加人机交互设计在手机产品上的适用性，人机交互设计的适用性较强，接受其在手机产品上应用的人将会越多反之。如果人机交互设计的适用性较弱，那么接受这种手机产品的人也不会有太大的进步。将人机交互设计在产品中的应用和实际相结合，增加人机交互设计在生活中的使用，这样能够增加人机交互设计在手机产品中的应用率，使得人机交互设计在手机产品中的应用变得广泛和生活化，这样才能够保证人们更快、更好的接受人机交互设计在手机产品中的存在方式，为推动人机交互设计的发展做出贡献。

4 结 语

人机交互设计在手机产品的应用过程其实是将系统发展的过程，在设计人机交互系统的过程中，必须先将使用范围进行清楚的划分，再根据这些使用范围对人机交互设计进行研发和改善。在进行界面设置的过程中也应该将人机交互设计恰当的融入在手机产品的界面设置中，这样才能够保证消费着顺利找到界面设置中的人机交互设计并将人机交互设计的应用进行推广和开发。除此之外，手机产品和人机交互设计的应用的相符程度也很重要，要对手机产品和人机交互设计进行合理的分析，这样才能够保证两者都能够发挥出最大的效益。只有保证了当前障碍的解决，对影响因素能够进行合理的控制，才能够使得人机交互设计在手机产品的应用能够顺利进行。

参考文献：

[1] 王雯艳.基于文化理念之智能手机的图形用户界面设计研究[D].景德镇：景德镇陶瓷学院，2014.

[2] 刘微.基于交互系统理论的手机游戏产品设计研究[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2013.

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[7] 杨梦园，苏杭.在盈利与用户体验中找到平衡点——APP广告弊端解 决的研究[J].现代装饰（理论），2013，（8）.

智能点菜机的人机交互设计 篇6

1 智能点菜机概述

1.1 智能点菜机系统

智能点菜系统采用现在流行的TFT液晶显示技术和电阻式触摸屏技术完成顾客与点菜机器的信息交互, SD卡中存储要显示的图片信息。该系统包括点菜终端和接收终端, 点菜终端用来完成顾客浏览菜谱、点菜、结账等功能, 包括主控器、触摸液晶屏、SD卡存储器、无线传输收发器以及射频刷卡器。接收终端完成餐厅人员接收点菜的菜名, 份数等信息, 确认结账应付的交易金额等功能, 包括控制器、触摸液晶屏和无线收发器件。点菜终端的系统组成框图如图1所示。

智能点菜系统的人机交互通道的设计主要包括液晶模块的驱动界面制作、触摸屏输入模块的驱动和设计。

1.2 点菜机的主控器件

智能点菜机采用STC12LE5A60S2增强型51单片机, 该单片机为1T单片机, 执行指令只需要1个时钟/机器周期, 速度比12T的普通51单片机快6-12倍。单片机新增加了P4口, 其中P4.0-P4.3这四个引脚可以直接作为通用输入输出口, 但是剩下的四个引脚和单片机的其他功能引脚是复用的。需要设置P4SW寄存器中的相应位为1使能I/O功能。点菜机采用C51编写程序, 它和一般的C语言用法及编写规则基本一样, 但是需要注意编写时根据单片机的存储器结构和内部资源来设置变量。

2 驱动带触摸的液晶显示屏

2.1 液晶显示屏驱动方法

液晶显示屏、控制器和驱动器一起组成液晶显示模块 (LCM) , 现在采用将液晶驱动控制芯片内嵌在模块内部, 使用时将模块的外部接口和主控制器连接好, 将驱动控制IC的命令写入模块的数据线上来实现各种功能。来自存储器件或者MCU缓冲区的文字或图像信息先存放在控制IC的帧缓冲区中, 然后在送到屏幕相对应的位置上驱动显示。本文采用控制芯片ILI9341, 它能驱动显示262, 144色的240RGB×320像素的TFT液晶显示屏, 它有172800字节的用来存储显示数据的GRAM。液晶显示模块和单片机主控器采用8位并行数据接口传输数据及命令。驱动液晶显示屏还需要将屏后的荧光管背光源打开, 才可以正常显示信息。

2.1.1 液晶显示屏显示文字信息

液晶显示器屏幕上显示的基本单位就是像素, 显示汉字或者字符时要先转换成显示屏能处理的点阵字模数据。对于16位的真彩色显示, 屏幕上的每个显示单元对应帧存储区中的两个字节, 以5-6-5格式来存储, 将这两个字节的数据反应到屏幕上就是一个彩色点, 每个显示单元可以显示65535种颜色。显示西文或者阿拉伯数字的字符和显示汉字是基于不同的字库的, 常规的times new roman字符的点阵字模为16×8的, 也就是对应屏幕上的128个显示点, 需要16个字节存储;而常规的宋四号汉字尺寸为16×16点阵, 需要32个字节存储。点阵图形式液晶显示文字的原理为, 将要显示信息的字模数据按照一个矩形的点阵来处理, 对于点阵的每个点进行判断, 也即每个二进制位, 判断为高电平还是低电平, 汉字笔画所占据的点即为高电平, 其他都为低电平, 控制所要送入的颜色码值, 这样就可以画出一个汉字的形状。文字的点阵字模数据是用取模软件来完成的, 设置好取模选项就可以逐行的取出文字信息的字模数据, 将其存储按字节送入显示缓存就可以在屏幕上显示信息了。

2.1.2 液晶显示屏显示图片信息

液晶显示屏显示图片时, 需要根据屏幕的水平和垂直分辨率选择合适的图片大小。但是大部分的图片都是大尺寸图片, 所以需要用处理软件将其裁剪到合适尺寸。图片处理好后, 因为它的格式都不一样, 有JPEG、BMP、PNG等等, 图片的特性都不一样, 所以我们需要用一个图片格式转换软件来将图片转换成合适的格式, 可以转换为C语言数组格式, 也可以转成二进制格式, 如果只将图片数据放在MCU的ROM中的话就使用C语言形式, 如果要用SD卡这类外置的存储器件的话就使用二进制形式。在进行图片的取模时, 需要设置一些参数, 扫描设为水平扫描方式, 输出灰度可选择16位真彩色、单色、256和24位真彩色, 这些都视需要而定。决定图片能不能显示出来的一个设置就是最大宽度和最大高度, 要根据自己裁剪的图片大小设置, 要不然会出现颜色乱码的现象。

2.2 触摸屏原理和控制

2.2.1 触摸屏校准原理

点菜机的人机交互通道采用电阻触摸屏实现信息输入, 控制显示屏的显示。电阻类型的触摸屏是由两层复合薄膜组成的, 两层的薄膜内侧都涂有氧化物阻型导电材料, 平常状态是绝缘的, 但是一旦有了按压动作, 就会触发触摸屏控制器在其中一个面的电极对上加电压, 那么在另一面的接触位置就会形成电压信号, 将这个电压信号引出到A/D转换器就可以得到转换后的坐标值, 一般控制器会进行两次切换电压到不同的电极对上, 两次的模数转换才能得到触摸位置的X和Y坐标。MCU检测到坐标值后就可以执行相应的功能。

在使用触摸屏之前必须要进行触摸屏坐标的校准, 触摸屏和液晶显示屏幕的位置坐标不吻合。液晶显示器的显示屏幕是基于像素显示的, 坐标系的原点是屏幕的左上角。而对于触摸屏上的坐标平面来说, 它具有绝对的特性, 接触到哪里就检测输出哪里的值。而且它的的坐标方向是和显示屏幕不一致的右下角为坐标原点, 而且并不是基于像素的。触摸屏和液晶显示屏幕的坐标值存在着一定的偏移和缩放。校准就是要得到偏移因子和缩放因子, 可以采用四点校准的算法, 也就是在屏幕上显示四个已知坐标值的点, 然后触摸相应点区域。进行四次点击触摸, 就可以得到四组模数转换值, 计算得到横纵坐标的缩放因子和偏移差值, 可以多取几组值, 确保参数的准确性。得到最终的缩放因子和偏移量后, 每次测量到触摸位置的A/D转换值时就可以将其转换为液晶屏幕上的具体位置坐标。

2.2.2 控制驱动触摸屏

触摸屏控制器和单片机采用模拟的SPI通信, 将触摸屏控制器XPT2046的引脚线接到单片机的通用I/O口。触摸屏控制器的引脚线包括:数据输入引脚DIN和数据输出引脚DOUT, 代表SPI通信的主机输入从机输出线 (MISO) 和主机输出从机输入线 (MOSI) 线, 在时钟信号上升沿数据输入, 在下降沿数据输出;时钟信号输入引脚DCLK由单片机的I/O引脚提供同步时钟;片选线作为单片机选择触摸屏通信的使能信号。时钟信号提供主从机通信能够步调一致的同步信号, 一般传一次数据要八个时钟, 在时钟的高低电平跳变处数据传输;笔中断引脚, 但是一旦有了触摸动作时就会变为低电平, 作为向单片机申请中断的信号。单片机接到触摸屏的中断信号后, 处理中断, 向xpt2046发控制字, 在不同的电极对上加电压采集X和Y坐标值, XPT2046再将最后的模数转换值送到单片机, 单片机根据具体的坐标值判断位于哪个区域, 进而选择相应的功能。驱动触摸屏控制器采集触摸点的位置坐标算法流程如图2所示。

3 结语

智能点菜机的人机交互设计包括点菜终端和接收终端的液晶屏幕的控制驱动显示和触摸屏模块的校准和驱动。按照汉字及图片的显示原理在液晶屏幕上制作相应的显示界面, 设计好每一个信息和显示位置, 画出相应的触摸有效区域;触摸屏和液晶屏幕校准好后, 点击屏幕上相应的有效区域, 触发选择不同的功能, 切换信息显示, 提示顾客的操作。本设计能很好的完成顾客的点菜流程, 触摸输入直接便捷的实现了按键控制的功能, 彩色液晶显示能将菜品的外观形象的展示给顾客, 吸引顾客选择相应的菜品。

摘要：智能点菜机旨在解决传统的人工点菜方式所导致的浪费时间、服务效率不高的问题。人机交互设计采用增强型51单片机STC12LE5A60S2作为主控器, 控制和协调其他模块的工作;内嵌ILI9341控制IC的TFT LCD用来显示菜谱及各种提示信息;XPT2046触摸控制器及四线电阻触摸屏实现点击屏幕区域选择、执行相应的功能;SD卡存储器中存放足量的菜品的图片信息。智能点菜机的人机交互设计采用先进的液晶触摸技术, 实现顾客浏览菜谱, 选择菜品, 进而结账付款的整个流程。具有操作方便, 界面友好的优点。

关键词：智能点菜机,人机交互设计,单片机,TFT,LCD,触摸屏

参考文献

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手机游戏人机交互界面设计研究 篇7

交互设计 (Interaction Design) 是IDEO公司创始人比尔·莫格里奇 (Bill·Mog-gridge) 在1984年一次设计会议上提出的作为关注交互体验的一门新学科。交互设计的本质是使人超越机器, 让机器服务于人, 进而使人们通过产品和服务形成互动和交流。概括性地说, 交互设计就是设计人与产品交互过程。手机界面交互设计是指对手机软件的人机交互、操作逻辑、界面美观的整体设计。完美的界面可以有效传达使用信息和文化信息。据调查当前智能手机的主流分辨率分别是Android系统的1280×720和ISO系统的1136×640。2013年Iphone5S的出现虽然在分辨率上未做改动, 但是同时更新的IOS7系统却颠覆了如今手机界面设计市场。随着分辨率的逐渐提升, 手机界面成为产品形象的重要组成。

二、手机游戏界面交互设计原则

手机游戏界面设计要符合美术设计的原则和交互设计上的原则。

美术设计上的原则:在游戏界面设计中整体风格、颜色的搭配和界面布局等所有元素都要围绕游戏主题。游戏画面、菜单的控制栏的设计等应符合游戏所营造的氛围。通过对界面元素的样式、颜色等改进与统一来增加游戏过程的美学享受。在手机游戏界面的设计不但要遵循形式美的法则和视觉构成要素, 而且要符合游戏的创意和主题思想。优秀的手机游戏可以使玩家沉浸在游戏中, 甚至忽略周边环境的影响。如果想达到这种目的, 游戏设计者便要具有充分的想象力, 并且明确的分析出用户的需求投其所好、引人入胜。

交互设计上的原则:一个游戏的灵魂是它的交互设计, 界面的作用主要在于实现人机的交互。玩家在玩游戏的过程中其实就是通过游戏界面来时间与手机的交互的过程。玩家在玩游戏过程中, 屏幕上梭看见的所有界面设计元素都是为了方便快捷的让玩家快速了解游戏, 向玩家提供相关信息, 引导其互动。所以对于设计者而言, 游戏画面中的所有元素都是交互界面的一部分, 每个元素的设计也要遵循着一定的原则。

1. 保持主题的一致性

谷歌设计总监杰弗里·维恩 (Jeffery Veen) 说:“设计师可以从混乱中找到统一;他们可以通过组织操控文字、图片从而清晰地传达设计意图。”设计师要做到在同一游戏中, 尽量让不同界面键间的风格保持统一, 这也是界面设计的基础。界面设计的统一性包含的方面很多, 从颜色、形状、到整体结构、通用窗口样式、字体等, 均要考虑并且服务游戏的主题。如果游戏是发生中国古代的故事, 应该将界面上的一些按钮等元素按照不同的风格和颜色进行编组统一。所以说, 主题一致风格统一是手机游戏交互界面设计的第一歩。例如在游戏《大掌门》中, 游戏界面主要采用暖色调作为主色调, 大概黄色占到10%、褐色60%、红色20%, 别的色调10%左右。在《中国传统文化的颜色》一书中提到:“黄色在中国封建朝代里, 从宋朝以后, 明黄色是皇帝专用的颜色。黄色也是中华名族文化和中华文明的象征, 同时它也是中华民族的主色调, 直至现在, 它和红色都是中国的主色调。”所以说此款游戏在颜色搭配上符合中国传统风格的设计。游戏中的人物主要来源于各种脍炙人口的武侠小说《天龙八部》《绝代双骄》《神雕侠侣》等。在人设方面根据电视剧里人们熟知角色形象来绘制, 更抓住了玩家的心理使玩家的陌生感消除, 更易于把玩家带进了古代武侠的世界投入游戏。但是在《大掌门》这款游戏也有不尽人意的地方, 总体界面看起来不够简洁, 有些功能键也有重复。

2. 界面风格简明化

Per Almqvist说过;“创造复杂的界面很简单, 但如何将复杂的界面简化却很难。”可见关键在于怎样设计出一个功能强大, 而又能利于简化用户操作的界面设计。苹果首席设计师Jony Ive在接受英国每日电讯报采访上说过:“我们试图设计出最终具备必然性的产品。这会让你产生此乃唯一解决方案的感觉。其目标是以平和及简约的方式解决复杂得难以置信的问题。”Jony Ive在开发产品时有两个目标:让设计尽可能的简单、每个产品设计要做到足够好, 好到用户无法接受其他样子。苹果公司最新推出的ISO7.0系统正式版正式这样一个扁平化风格, 同时在优化细节方面寻求成长。ISO7.0重新设计了整个界面, 总体界面更趋向于简明化。相对于之前的界面, 将原本有玻璃面质感的按钮图表设计成了更简洁的平面感的图标。微妙的动作和动画效果, 分层和半透明感设计也提供了深度感。在7.0中增加了从屏幕底部向上推送来快速访问常用的控制和应用程序, 可以看到所有的应用程序都是用最简单的二维图形来制作摒弃了以往的三维立体效果。使得风格更加简单明了, 容易操作。这种从祛除三维回归二维的设计必然会引起一波新风潮是现如今手机界面设计更加简明化的走向。

三、进一步优化玩家体验

游戏设计大师Chris Crawford说过:“高度交互式的游戏会专注地倾听它的玩家, 仔细思考玩家的输入, 并产生清晰的、有表现力的输出。”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。全球最大的互联网书店——亚马逊创办者杰夫·贝佐斯 (Jeff Bezos) 说过:“如果在关注竞争对手还是用户之间选择, 答案总是后者。工作总是首先从用户开始。”可见注重用户的体验是必不可少的。好的游戏就像一步精彩的电影, 让玩家流连忘返, 对玩家有着巨大的吸引力。设计者根据玩家视觉体验心理的设计技巧, 遵循游戏界面设计对比、协调、趣味性、韵律感等视觉设计的一般原则, 遵循从画面中主题到背景的层次感和浏览顺序。例如Iphone手机的返回图标一般都在屏幕的左上方, 如果在游戏界面设计中没有考虑到这点而设计在右上角或者别的地方就无形中会增加用户的操作负担。根据玩家需要设计出精美的按钮、图标、场景等, 让玩家在玩游戏的过程中感觉到赏心悦目并且整个游戏简捷便于操作。这样便使玩家在最短的时间里用最快速的方式体验到游戏给他带来的愉悦感。

在触屏手机游戏界面设计中必然要考虑到人体工程学的问题, 也就是如何使玩家手指在操作游戏中的交互达到顺畅自如。现在市面上的手机游戏通常是让用户通过手指按压、手指滑动、手指挤压、双手轻点操作、重力感应等方式来完成游戏。其中手指按压的交互方式在现如今的智能手机中最为常见。一般基础的操作, 进入游戏画面都是通过按压来完成。例如, 在游戏的返回、暂停和选项选择上一般都是采用按压来完成的。虽然现在智能手机的屏幕越来越大但其画面尺寸相对来说还是较小, 这样就要求设计者在游戏界面设计中的尺寸要拿捏适当, 游戏中出现的图标, 图像要简单易识。拿Iphone来说, Iphone的输入键盘是全键盘, 这样用户便面临着字母太小, 如果在使用过程中打字手指必然会遮挡住键盘。设计师在设计也考虑到了这个问题, 所以当我们要输入某个字母, 当你按下这个字母的同时在这个按键的上方会出现所输入的字母的放大版, 这样就解决了玩家在输入的时候手指遮挡按键的问题。所以这些按钮的大小的设置就要考虑到这方面的问题, 不然会造成游戏在进程中的不便, 影响玩家游戏娱乐体验的流畅性。

摘要：随着信息技术的迅速发展, 新媒体和新技术广泛的运用, 如今已经进入到崭新的数字化设计时代, 数字产业的蓬勃发展, 软件系统、计算机技术等在人们的日常生活中起到越发重要的作用。在数字产品、数字媒体的使用传播环境中, 为了增加产品的吸引力和效力, 强化品牌印象, 提升用户体验质量的重要手段与方法, 人机界面的交互设计开始引起人们重视, 现已成为游戏设计界中最为活跃的课题。

关键词：手机游戏,人机交互,设计

参考文献

[1]张孟雪, 智能手机操作界面的交互设计比较分析及展望[J].产业与科技论坛.2011

[2]顾群业, 宋玉远, 张光帅.游戏艺术设计[M].清华大学出版, 2012.

[3]黄石.游戏架构设计与策划基础[M].清华大学出版, 2010.

人机交互接口电路设计 篇8

雷达总体设计仿真试验在现代雷达设计过程中至关重要。文章基于GUI图形界面, 对雷达总体设计过程中涉及的主要内容进行了仿真, 人机界面友好, 有一定的读取、分析外部数据的能力, 并具有一定扩展能力。雷达设计人员可以通过该仿真软件方便地进行雷达参数选择和雷达信号处理算法的试验, 提高了总体设计的工作效率。

1 软件设计内容

该仿真软件具体仿真内容包括:

(1) 线性调频信号处理过程仿真, 包括线性调频信号的仿真, 性调频信号脉冲压缩、MTI、MTD及CFAR过程的仿真。

(2) 相位编码信号处理过程仿真, 包括相位编码信号 (13位巴克码、255位M序列码、511位M序列码、1023位M序列码、2047位M序列码可选) 的仿真, 速度补偿前后编码信号、脉冲压缩及CFAR的仿真。

(3) 高重频信号处理仿真过程, 包括高重频信号的仿真, 高重频信号窄带滤波和谱分析及CFAR的仿真。

(4) 各种杂波和噪声信号的仿真, 包括瑞利杂波、高斯噪声、随机噪声等。

(5) 雷达威力计算的仿真, 可通过参数输入方便地进行雷达威力地计算。

(6) 天线方向图的仿真, 可通过参数的输入对天线方向图进行查询。

(7) 航迹滤波的仿真, 可对指定输入或自建立的理论的航迹进行α、β滤波和卡尔曼滤波, 并可将两种滤波结果进行比较。

(8) 给出了一定的扩展区域可根据设计需要加入更多雷达系统仿真内容。

2 试验结果

运行仿真软件主界面程序后出现雷达总体设计仿真软件主界面, 如图1所示。设计人员可通过点击鼠标左键的方式调用各个仿真试验模块界面, 点击帮助进入仿真软件帮助文档。

2.1 线性调频信号处理模块

点击主界面上的“线性调频信号处理软件”按键, 会出现线性调频信号处理模块仿真软件界面, 软件应按顺序执行, 即首先模拟回波信号或从指定文件调入回波信号, 此时其它操作被禁用;回波信号选定后进行脉冲压缩;选择是否进行MTI处理;MTD处理后恒虚警处理操作控件启用可进行CFAR操作。

2.2 相位编码信号处理模块

点击主界面上的“相位编码信号处理软件”按键, 会出现相位编码信号处理模块仿真软件界面, 软件亦按顺序执行, 即首先模拟回波信号 (波形可在13位巴克码和M序列码间选择) , 此时其它操作被禁用;回波信号选定后进行正交解调和脉冲压缩 (可选择是否进行速度补偿) , 结果会以二维和三维两种方式给出;在得到距离通道号和速度通道号后可进行CFAR操作, CFAR结果以三维形式给出。

2.3 高重频信号处理模块

点击主界面上的“高重频信号处理软件”按键, 会出现高重频信号处理模块仿真软件界面, 软件应按顺序执行, 即首先模拟回波信号或从指定文件调入回波信号, 此时其它操作被禁用;回波信号选定后进行窄带滤波、正交解调和频谱分析。

2.4 雷达威力计算模块

点击主界面上的“雷达威力计算软件”按键, 会出现雷达威力计算仿真软件界面, 在填入相应参数后, 可计算雷达威力。

2.5 天线方向图查询模块

点击主界面上的“天线方向图查询软件”按键, 会出现天线方向图查询仿真软件界面, 在填入相应参数后, 可得到天线方向图。

2.6 航迹数据生成模块

点击主界面上的“航迹数据生成软件”按键, 会出现航迹数据生成软件界面, 选择需要生成的航迹类型 (包括水平直线飞行航迹、水平机动飞行航迹、水平蛇形飞行航迹和垂直机动飞行航迹) 后, 填入相应的航迹初始参数和航迹运行参数后, 可运行该航迹, 亦可将生成的航迹进行保存。

2.7 航迹滤波模块

点击主界面上的“航迹滤波软件”按键, 会出现航迹滤波软件界面, 在选择是进行外部数据处理还是理论航迹处理之后, 填入相应参数, 从左侧显示框中可以观察滤波结果, 软件设计可对航迹进行α-β或卡尔曼滤波。

3 结束语

基于GUI人机交互界面的雷达总体设计仿真软件尽可能包含了总体设计中需要进行的总体设计仿真计算, 同时仿真软件的人机界面友好, 方便雷达总体设计人员在今后产品研制过程中使用, 为雷达总体人员搭建了良好的设计平台。

参考文献

[1]张明友, 汪学刚.雷达系统 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2006, 1.

[2][美]Merrill I.Skolnik.雷达手册[M].北京:电子工业出版社, 2003, 7.

[3]郭仕剑, 王宝顺, 贺志国, 等.MATLAB 7.X数字信号处理[M].北京:人民邮电出版社, 2006, 12.

[4]雷达仿真平台的设计[J].现代雷达, 2002:7-9.

人机交互设计在手机终端上的应用 篇9

1 人机交互设计的背景分析及定义剖析

伴随信息网络时代的迅猛来临, 科技的巨大推力促进了计算机网络和互联网的发展, 而手机作为个人电子产品的智能终端, 其功能和界面已经得到了迅速拓展, 它不单单局限于原有的通讯功能, 而是将更多的信息技术和网络技术相融合, 在激烈的手机产业竞争中起到了相当重要的辅助作用, 人们对手机的需求日益多样化和个性化, 而手机终端的操作复杂程度加大, 需要一种更为便捷的方式来加以妥善解决, 这也就为人机交互设计的研究提供了特定的背景和帮助, 人性化的、先进智能的人机交互设计技术应运而生, 如“增强现实”技术、直观人性化的手势交互技术等, 均在很大程度上解决和缓和了用户与手机终端之间的矛盾, 展开了智能化交互、多模式交互、虚拟式交互领域的研究设计。

2 关于人机交互设计在不同智能手机终端上的应用例述

在当前竞争激烈的手机终端产品市场, 它们都承载有不同的操作系统, 如苹果、三星、联想及诺基亚等。人机交互设计在这些手机终端智能产品上都有不同的应用, 下面进行其不同的用户应用体验阐述。

2.1 诺基亚——Symbian

搭载有Symbian操作系统的诺基亚手机曾经是辉煌的手机霸主, 它在键盘时代曾经领先于其他手机系统, 然而由于智能手机的高效触摸屏操作系统的迅速闯入, 则使它陷入了低谷和衰落, 它并未摆脱键盘操作的束缚, 对于大量的间接定位技术理念没有得到全新的实质性突破。

2.2 苹果——i Phone OS

在苹果i OS系统构架中, 有其核心的操作系统和服务层, 并且加入了轻触层, 在手机终端应用上, 人机互动设计注重强调和增添多点触控操作, 它以轻便的滑动、点击、拖拽及放大等直接操作, 替代了固定传统的手机键盘操作, 成为了智能化系统的重要辅助设备。如图1所示。

2.3 微软——Windows Phone系统

这是一种触控式的操作移动系统设计, 它用新的Windows Phone系统为用户提供注重娱乐性和便携性相统一的移动终端操作系统, 它的人机交互设计为用户提供了全新的体验。在智能手机终端的主界面上根据用户的喜好设置了许多方块, 可以进行纵横两维的拓展和延伸, 如图2所示。

3 人机交互设计在手机终端上的全新体验式应用

手机终端具有移动、便携的特点, 因而为广大用户所喜爱, 而人机交互设计也在开发应用上以不同用户为对象, 满足不同手机用户群体的不同需求, 针对不同阶层的手机用户开发出不同的人机交互设计, 并主要体现在对不同用户的需求分析上、手机外观造型上、手机触摸屏上及手机界面和功能等应用。

3.1 不同用户的手机需求分析

3.1.1 商务阶层

手机用于商业和工作用途时, 其准确、快速、通畅的沟通功能是重点, 商务阶层用户需要使用手机完成各种商务活动, 需要在不同的环境之下用手机处理商务。因而, 手机必须具有三方面的良好性能, 第一, 要有清晰而连贯的通话功能, 要保证通讯信号的接收不被中断, 否则无法完成准确高效的对话;第二, 商务手机还必须具有便捷的收发邮件功能, 要保证重要文件和电子邮件的传发不被泄密, 因此手机要具备强大的收发安全性能;第三, 商务手机还要有必备的硬件设置功能, 可以及时地处理文案和办公制表等工作, 不至于延误商机。

3.1.2 年轻时尚人群

在网络信息的潮流之中, 年轻群体是手机终端消费的主要群体, 他们追求手机的时尚与潮流。因而, 手机的外观设计为年轻人所酷爱, 它由传统复杂的设计转变为现代简约时尚的人机设计风格, 充分体现了人机交互设计在手机终端上的丰富多变性。手机的人机交互设计除了要具有强大的通讯功能之外, 还要具备时尚的娱乐性需求, 如各种游戏、音频、视频等应用。这种人机交互设计要采用更为方便的操作系统, 用美观简约的外观设计吸引年轻人的眼球, 方便年轻用户进行添加和购买。

3.1.3 老年群体

老年群体是手机终端用户的特殊群体, 要考虑老年群体的年龄特点, 用人性化的人机交互设计满足他们的特殊需求。如老年人的视力大多数存在障碍, 因而在手机界面设计上要显示更大的按键和字体;老年人的手机还可以添加急救按键来预防突如其来的不测事件。

3.2 人机交互设计在手机外观上的应用

手机的外观造型也是人机交互设计所考虑的方面, 手机的屏幕尺寸大小及分辨率是用户关注的首要方面, 其尺寸设计必须适于随身携带, 不应超出4.3寸和5寸的显示屏幕尺寸, 否则不易携带。另外, 手机的分辨率要求则越高越好, 因为高分辨率的手机终端可以向用户展示出精致的视觉画面, 为用户带来愉悦的享受。例如, Pixate可支持利用CSS开发移动原生应用, 可以通过拖放、滚动或长按等动作, 通过移动端的App对原型的交互效果进行极大方便地观看, 不需要每次重复地重建图形新元素进行应用。

3.3 人机交互设计在手机终端触摸屏的应用

在高分辨率的手机设计中, 触摸屏的人机交互应用呈现出特有的优势, 它可以大大节约用户移动光标指针的时间, 用直观便捷的点击拖拽来实现良好的人机互动, 在人机交互设计中更加突出考虑物体的触感、画面的视觉观感、听觉享受及身体姿势设计等, 并且更为注重精准的操作和手指的触点识别。

3.4 人机交互设计在手机界面上的应用

手机终端的应用其首要和核心的部分即是人机交互设计的手机界面, 它决定了用户对手机的第一印象, 其设计的合理和高效成为手机终端应用的首要元素。在手机终端的界面设计中, 要重点考虑字体的大小、界面的颜色以及图标的合理布局, 这些元素要以用户的使用习惯和功能要求为标准, 体现出手机界面的整体与统一, 向用户展现出绚丽便捷、快速全面而操作简单的手机终端界面, 制作出精美实用的手机界面。这需要基于多通道的手机交互设计来加以实现, 它在适当考虑使用关联产品界面的同时, 要杜绝交互“断层”的现象, 用二、三维的直接操纵界面, 完成不同感觉的通道, 通过多通道的手机界面技术提升手机界面系统的智能化和高效化。

4 人机交互设计在手机智能终端的发展趋势分析

人机交互设计在手机终端的应用和设计上占据了越来越重要的比例, 在手机电子产品的产生与发展史上, 伴随着通讯技术的发展, 人们经历了第一代模拟手机、第二代GSM手机、第三代移动3G手机及第四代移动通讯4G手机, 在以通信为基础设施的计算机技术核心时代下, 手机正在融合各种资源, 以多样化的手机交互界面迎来了崭新的信息网络时代, 其终端业务功能也得到了不断拓展, 功能由基本的通话功能延伸至了音乐视频播放、远程摄像、掌上电脑等系列功能, 手机的移动性特点彻底摆脱了硬件的束缚, 更好地填充了人们的破碎时间, 逐步取代了人们对MP3播放器、数码相机、GPS导航仪等产品的需求。人机交互设计在手机的应用上更为生活化和日常化, 用户使用手机终端进行银行账户操作、实施网络在线支付等, 呈现出多样化、日常化的特点。

5 结语

人机交互设计在信息网络时代下, 以信息技术和计算机技术为依托, 采用自动集成的交互方法, 融合各种技术, 发展智能手机终端的服务领域及应用范围, 使手机终端在人机交互设计的不断研发基础上, 以智能、人性化为导向, 不断地提高硬件和软件技术, 将工作和娱乐融入手机应用之中, 用更为直观和便捷的方式, 为用户带来全新的操作体验。

参考文献

[1]李东岳.移动设备中的人机交互设计研究[D].上海:华东师范大学, 2010 (4) .

[2]杨芳.动画在智能手机娱乐功能中的运用与研究[D].武汉:湖北工业大学, 2013 (5) .

[3]李寅.手机产品情侣化设计研究[D].昆明:昆明理工大学, 2010 (3) .

人机交互接口电路设计 篇10

1 系统功能设计及实现

随着无人机自驾系统和通信系统性能的不断提升, 实现对无人机远程的监控已成为可能, 地面监控系统软件就是实现无人机远程监控的平台, 该系统采用Visual C++6.0和Microsoft SQL Server进行程序开发和数据管理。

1.1 数据通信模块

数据通信模块是软硬件接口模块, 上、下行数据均要通过该接口进行数据交换, 是无人机监控系统的重要组成部分。数据通信模块分为两部分:串口通信模块和网络通信模块。串口通信模块包括三部分功能:下行遥测数据的接收和上行遥控数据的发送以及控制键盘指令的接收;网络通信模块用于将采集到的图像数据传送到图像站和情报站。由于这两部分内容较多, 将在最后两章中分别介绍其接口实现。

1.2 监控模块

监控模块是地面监控系统的核心, 它要能够实时准确显示和记录全程飞行数据, 以动态数据显示为主, 以数据、文本、图形、动画等多种形式表现, 辅助操作人员了解各种飞行模态下参数的变化区间, 为操作人员操控提供依据。记录下的数据可以进行事后处理、回放。整个系统根据其功能分为两个子系统:

1.2.1 监测系统

通过对下行信道中数据的解析可以得到遥测数据, 分三个窗口进行显示。

遥测数据窗口:包含的遥测信息包括左右升降舵指令和偏角、左右副翼指令和偏角、风门指令和偏角、俯仰角速率、滚转角速率、平台方位角、平台俯仰角、爬升虑、垂直误差、地速、飞行开关指令回报、任务开关指令回报等;

基本数据窗口:磁航角、俯仰角、倾斜角、海拔高度、气压高度、飞行状态、定位卫星、偏航角、偏航距、GPS经纬度、发动机状态、空速、UTC时间等;

注入数据回报窗口:航线注入、航迹查询、起点设置、航迹删除、场面气高、磁偏角、工作高度等注入数据的回报。

以上数据将为地面操控人员提供重要的信息参考, 以快速应对飞行过程中出现的各种状态。

1.2.2 控制系统

包括舵控制、飞行控制和任务设备控制。

舵控制是对无人机方向舵、副翼和升降舵中位进行调整, 使其自动驾驶仪状态和手动驾驶状态中位一致, 该操作是通过控制键盘进行的;飞行控制包括设定目标航点的经度、纬度、高度以及参数补偿等信息, 通过上行遥控数据帧上传, 控制无人机定高、定姿和定航线飞行, 该功能是通过软件的数据注入功能完成的;任务设备控制通过任务设备键盘对任务设备进行控制, 实现对任务载荷方位、俯仰和焦距等参数的调整。

1.3 扩展功能模块

1.3.1 地图校正

在地图显示界面中, 我们可以任意选择飞行区域的地图, 但该地图使用前必须经过校正, 通过三个点即可精确校正地图的经纬度和地图显示坐标的关系。

1.3.2 航迹规划与显示

在经过校正的地图上, 可用鼠标任意选取多个目标航点, 它们将自动连成航线, 并可保存和通过上行数据发送至机载设备, 控制飞机从最近的一个目标航点开始沿规划的航线飞行。对已选取的航点还可以通过手动输入经纬度进行精确的航迹规划。最多可以规划7条航线, 所有规划好的航线均被保存, 并可以随时选择在地图上显示, 方便航线的浏览及飞行实时航迹与规划航线的对比。

1.3.3 数据回放模块

可将存放的数据按日期检索, 实现飞行数据的回放。

2 串口通信与定时器设计

地面监控系统软件所有的测控数据都是通过串口通信来实现的, 因此串口通信功能在整个程序的设计中起着举足轻重的作用, 设计中选用了多线程类串口通信方式, 另外, 设计了一种基于多线程的高精度定时器, 以提高串口通信的实时性和准确性。

2.1 串口通信

所有的遥控和遥测数据以及控制键盘数据的接收均是通过串口完成的, 它们采用的是同一个类, 方法类似, 所以下面只分别介绍遥测数据的接收和遥控数据的发送。

2.1.1 常用串口通信方法及其优缺点比较

通常实现串口通信的方法有:使用MSComm控件;使用Windows API函数;使用第三方提供的串口通信类;利用Windows的读写端口函数_inp, _inpw, _inpd, _outp, _outpw, _outpd或者开发驱动程序直接对串口进行操作。

使用MSComm控件实现串口通信方法比较简单, 其缺点是在编程时会出现内存不断增大的问题。由于在无人机长时间飞行过程中, 有大量的遥控和遥测数据需要通过串口通信来完成, 因此实时性成为解决问题的关键所在。如果使用MSComm控件, 就会遇到内存不断增大的问题, 使通信速度变慢, 严重影响数据链路通信的实时性;使用Windows API函数和Windows的读写端口函数适用面广, 但函数比较复杂, 编程周期长。因此, 该系统选用了第三方提供的串口通信类, 它功能较为全面, 使用简单, 缩短了开发周期。

2.1.2 CSerial Port类及其改进

在本论文中实现串口通信的方法是利用第三方提供的串口类CSerial Port, 并在该类基础上对其加以修改, 命名为CSerial Port Ex类。该类的实质是利用Windows API函数, 因此必须清楚Windows API串口通信的方法和步骤, 其一般步骤如下: (1) 打开串口:利用Create File函数。 (2) 建立串口通信事件:利用Create Event函数。 (3) 初始化串口并设置串口参数:利用Set Comm State函数。 (4) 建立读数据的线程。 (1) 向串口写数据:利用Write File函数。 (5) 关闭端口。

CSerial Port类虽然功能较为全面, 但也存在读取数据效率不是很高, 不能很好地释放串口等问题。由于每20ms就会有一帧遥测数据到达串口, 而且在实际的调试过程中会有大量的遥测数据传输, 为了满足串口通信的实时性, 对该类进行一定的修改, 并将改进后的类命名为CSerial Port Ex。

2.1.2. 1 对读串口数据的改进

Receive Char () 函数是类CSerial Port本身提供的读取数据的函数, Receive Char () 函数不需用户调用, 串口主线程在有数据到达串口时自动调用该函数, 它将读取到的数据通过自定义的消息M_COMM_RXCHAR发送给父窗口地面监控系统主界面窗口, 调用者只需要在该窗口内处理WM_COMM_RXCHAR消息即可。但Receive Char () 函数时每收到一个字符都切换线程处理WM_COMM_RXCHAR消息, 当传输大量数据时, 效率比较低。为此, 新增加了读取串口数据的函数Read Block () , 批量读取串口数据。测试后发现, 在传输较少的数据时, 两个函数的差异不大。当传输大量的遥测数据时, 使用Read Block () 函数比使用Receive Char () 函数快很多。

2.1.2. 2 彻底关闭串口, 释放串口资源门

在实际的测试过程中, 当串口关闭后再重新打开串口时, 会出现串口已经打开或者未发现串口的情况, 原因在于类CSerial Port不能很好的释放串口资源, 因此对该类进行了优化, 增加了释放串口的代码。

2.1.3 串口接收发送数据的流程

2.1.3. 1 遥测数据接收流程

当串口接收缓冲区有数据时, 程序就会产生一个WM_COMM-RXCHARX消息而触发On Comm () 函数, 开始接收遥测数据。首先进行帧头判别, 如果帧头正确, 则直接读取一帧数据, 并根据帧头特征判定副帧号, 然后进行校验, 如果校验正确, 则进行解码, 提取帧中相应位置上的各种数据信息。

应当注意的是, 遥测帧分为十二个副帧, 相邻两帧的数据是完全不同的, 所以必须注意防止缓冲区数据在未被处理完的情况下被下帧数据覆盖, 一方面要提高遥测数据的处理速度, 另一方面要开辟双缓冲区, 不允许数据直接填充到正在处理的缓冲区。

2.1.3. 2 遥控数据发送流程

当地面站监控系统软件运行以后, 程序就开始定时向无人机自驾仪发送遥控指令。首先打开串口, 为了检测通信信道是否保持正常工作, 只要串口打开, 即使不进行任何操作, 程序也按设定值定时自动发送空帧。如果无人机自驾仪可正常接收地面站监控系统软件发送来的控制帧, 则通过遥测数据中反馈链路正常信息。如有任何对无人机的操作, 就会在遥控帧中相应的位置上添加遥控指令信息, 组合成完整的帧以后就自动发送遥控指令, 开关指令通常连续发送三次已确保无人机自驾仪收到。.

遥控指令的发送周期是40ms一帧, 由于Windows不是实时操作系统, 当设定周期小于55毫秒时, 定时就不准确, 所以必须重新考虑产生定时器的方法。

2.2 高精度定时器设计

2.2.1 普通的定时和延时方法

VC中常用的普通的定时和延时方法有:

方法一:Set Timer () 函数是Windows自带的一个系统定时器, 是VC中最常用的定时器, 该定时器是使用中断的工作方式, 而计算机8253定时器芯片产生硬件中断08H的时间间隔是54.915ms一次, 再加上该定时器消息的优先级较低, 所以要用于设计40ms的定时发送精度是无法保证的。

方法二:用于函数Sleep () 。Sleep函数是使调用Sleep函数的线程休眠, 线程主动放弃时间片。当经过指定的时间间隔后, 再启动线程, 继续执行代码。Sleep函数本身并不能起到定时的作用, 主要作用是延时, 可以结合多线程技术, 启动一个发送线程, 在线程中的while语句中使用Sleep函数延时, 完成定时发送的功能。Sleep函数的精度较低, 它的精度取决于线程自身的优先级、其他线程的优先级, 以及线程的数量等因素。如果系统开销不大, 可以考虑用此方法。

2.2.2 高精度定时方法

高精确的定时操作, 可以使用函数Query Performance Counter () 和Query Performance Frequency () , 其原理如下:

计算确切的时间是通过调用计时通过两次调用计时函数Query Performance Counter () 来计算精确的时间, 计时函数的返回值是滴答数, 通过频率换算就得到了从开始到结束的时间的秒数, 计算机内部定时器的固定频率可通过调用函数Query Performance Frequency () 获取。该方法定时误差不超过1微秒, 定时精度与CPU等计算机配置相关。

其计算公式如公式3-1所示:

考虑到无人机系统对实时性和可靠性的要求, 在遥控数据发送程序设计了一种基于多线程技术的高精度定时器, 关键代码如下所示:

1) 在打开串口的函数中开启线程。

3 网络通信设计

图像显示与处理是侦察类型无人机的重要功能, 地面监控系统不仅要将采集的数据传送到地面图像站用于图像显示, 还要将数据送到地面情报站用于图像处理和情报生成。本文设计了可以用于多客户端传输的网络通信功能, 满足了图像传输的要求。

3.1 网络通信基础

套接字 (Socket) 是一种网络编程接口, 是TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元, 可分为两类, 数据报套接字和流式套接字。流式套接字使用基于连接的协议, 它的使用方法与数据报套接字不同。在发送和接收数据之前必须先建立连接。首先服务器创建一个用户监听的套接字, 为该套接字分配地址后, 调用listen () 函数使之处于监听状态, 客户端在创建套接字完毕之后, 为套接字分配地址, 然后调用connection () 函数, 向服务器发出连接请求;服务器套接字在接收到客户端的连接请求后, 调用accept () 函数, 该函数创建一个用于连接的套接字。然后, 就可以在服务器和客户端之间进行数据传输。在数据传输结束之后, 客户端调用closesocekt () 函数关闭套接字, 服务器也调用该函数关闭该套接字。

在地面监控系统中, 监控系统采集的图像数据不仅要通过网络发送到地面图像站, 还要发送到情报站做情报处理, 所以地面监控系统这个服务器必须能够处理多个用户的请求, 因此在流式套接字的编程中, 服务器首先创建一个监听套接字用于监听客户端的连接请求;每接收到一个客户端的连接请求, 就为此连接创建一个用于连接的套接字, 并把该套接字加入到连接套接字队列中。

3.2 工作流程

3.2.1 服务器的工作流程

在启动服务器后, 服务器按下列流程运行:

设置服务器端口号, 程序将创建监听套接字并在指定端口监听客户端的连接请求。

当一个客户端发出连接请求时, 将触发监听套接字的On Accept事件, 在事件处理函数中动态创建一个连接套接字, 并把该套接字加入到连接套接字队列中。

m_connection List.Add (client) ;

当客户端断开连接时, 服务器释放连接套接字队列中相应的套接字。

当服务器终止服务时, 释放连接套接字队列中所有的套接字。

3.2.2 客户端的工作流程

设置服务器地址、端口, 创建套接字并连接服务器

当客户端离开时, 断开连接。

3.3 数据的发送

一旦客户端收到来自服务器的接受信号, 表示建立连接, 即可进行数据传输, 调用send函数用于发送数据, 其函数原型如下:

Int send (SOCKET s, const char FAR*buf, int len, int flags) ;

S表示已建立连接的套接字, buf表示发送数据缓冲区, len表示发送数据缓冲区长度, 返回值为成功发送的数据长度。

由于支持多客户端的数据发送, 所以每次发送前应检测当前连接套接字队列中的连接个数, 并向每一个建立的连接都发送一次数据, 对于已断连接应立即删除, 不再向该连接发送数据。

socket的send函数是将数据拷贝到TCP协议栈的待发送缓冲区。如果TCP的缓冲区放不下所有的数据, 就会只拷贝一部分, 造成send返回的小于发送缓冲区的长度。当TCP实际将数据发送走后, TCP缓冲区会空出来, 此时可以继续调用send, 将剩余的数据拷贝进TCP缓冲区。所以为防止丢失数据, send必须循环调用, 直至发送完全。

Socket内部默认的收发缓冲区大小是8K左右, 可以用Set Sock Opt () 函数来改变缓冲区的大小。

4 结论

经过系统联试和飞行实验验证, 整个系统运行良好, 实时性高, 很好地实现了对无人机的监控。

参考文献

[1]刘栋.某型无人机地面飞控站的设计与实现[C].西北工业大学硕士学位论文, 2007.

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[4]梁普选.Visual C++程序设计与实践[M].北京:清华大学出版社, 2006.

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