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C语言实现可视化人机界面的有效方法C语言是一种通用的编程语言，被广泛应用于嵌入式系统、操作系统和应用程序的开发中。
尽管C语言本身并不直接支持图形用户界面（GUI）的开发，但通过结合一些第三方库和技术，我们可以实现C语言的可视化人机界面。
在C语言中实现可视化人机界面的有效方法包括以下几种：1.使用图形库：使用图形库可以使界面更加友好，并允许用户通过鼠标和键盘进行交互。
常用的图形库包括SDL、GTK+和Qt等。
这些图形库提供了丰富的绘图、事件处理和界面元素库，方便开发者创建具有各种功能和样式的界面。
2.使用控制台窗口：控制台窗口是C语言程序的默认界面，可以通过在控制台上输出文本、表格和图形来实现可视化界面。
控制台窗口的优势是简单易用，无需额外的库和依赖，适用于简单的界面需求。
3. 使用基于Web的界面：在C语言中，可以通过内嵌Web服务器的方式实现基于Web的可视化人机界面。
通过这种方式，可以使用HTML、CSS和JavaScript等Web技术创建动态交互的界面。
例如，可以使用C语言编写一个带有内嵌Web服务器的程序，然后通过浏览器与用户进行交互。
4.使用ASCII字符界面：ASCII字符界面是使用ASCII字符和控制字符进行界面渲染的一种简单但有效的方式。
通过C语言的输出函数，可以直接在控制台上绘制字符界面，包括文本、边框、按钮等。
虽然ASCII界面的交互性和表现力有限，但它适用于一些简单的控制台应用程序。
5. 使用跨平台的界面库：C语言的一个优势是跨平台性，开发者可以使用一些跨平台的界面库来实现可视化界面。
这样一来，可以在不同的操作系统上运行相同的C语言程序，并保持一致的界面体验。
跨平台的界面库包括FLTK、wxWidgets等。
在实现可视化人机界面时，除了选择适合的技术和库之外，还有一些其他的注意事项：1.设计良好的用户界面：用户界面应该易于使用、直观和符合用户的习惯。
在设计界面时，需要考虑用户的需求和使用习惯，合理布局界面元素，提供明确的操作指引和反馈。
城市轨道交通综合监控系统集成人机界面的实现与分析城市轨道交通综合监控系统是一个高度集成的综合自动化监控系统，主要是利用统一的监控层硬件平台和软件平台实现对各监控对象集中监控和管理，系统主要集成电力监控系统（PSCADA）、火灾报警系统（FAS）、机电设备监控系统（BAS）、门禁系统（ACS）等子系统。
人机界面（HMI）是运营维护人员与综合监控系统交流的窗口，文章就人机界面（HMI）的合理布局、菜单项设计、按钮操作等方面进行了探讨与分析。
标签：综合监控；人机界面；城市轨道交通；监控系统1 综合监控系统工作原理介绍主要城市轨道交通综合监控系统集成和网络通信、信号、供电、机电设备系统，建立统一的操作平台和集中监控系统，实现了统一的基本数据管理系统和系统之间的数据共享，从而实现信息的交换；在地铁集中监控管理功能的主要电气设备，实施铁路客运统计监测，最终实现相关系统之间的信息共享和协调。
通过统一的用户界面综合监控系统，操作管理人员可以更方便、更有效的监控和管理整个生产线，实现高效率的地铁或轻轨运营。
城市轨道交通综合监控系统采用两级管理，三级结构系统的控制。
两个层次的管理是中央和站级，三级控制是中央级，站级和现场级。
基于整体结构，综合监控系统采用分层分布式控制结构，由三层组成：中央级监控网络层、站级监控网络层和底层设备级分散控制网络层。
中央级和站级通过通信骨干网连接。
电站综合深度监测系统综合监测系统（PSCADA）、设备监控系统（BAS）和访问控制系统，网络收音机界面集成（PA）、闭路电视（CCTV）、抑郁（PSD）、乘客信息（PIS），亚足联（AFC）、火灾报警（FAS），时钟（CLK）分散体系。
车站级综合监控将集成与互联系统的现场级信息采集到车站级ISCS，再通过通信主干网将车站級数据信息上传到中央级控制中心综合监控系统。
状态和性能数据的收集和处理监测对象集中在线监控系统车站级上，调度员工作站等各种终端，大屏幕显示的派遣员工，图形，图像，表格和文字形式为调度运行人员监视和控制的工作人员和为。
人机界面设计案例分析随着计算机技术的不断发展，人机界面（HCI）被越来越多地用于解决和操作与信息系统相关的问题。
因此，构建一个有效的人机界面变得越来越重要。
本文将通过具体的例子，运用现有的理论，来分析人机界面的设计。
具体来说，人机界面的设计主要涉及以下方面：硬件和软件的设计，视觉设计，交互特性，认知心理学，以及可用性、可访问性和可测量性。
这些元素的结合体现了一种有效的人机界面设计方式。
首先，在硬件和软件的设计方面，用户可以根据其需求构建可视化代码，利用可拓展的高级软件技术和诸如屏幕色彩色彩，字体大小，布局和窗口位置等诸多视觉元素。
这些要素的设计和应用，直接影响用户的使用体验。
其次，在视觉设计方面，人机界面的设计要考虑视觉简洁性和美观性。
人机界面的设计必须能够让用户在简单直观的情况下，理解界面所包含的信息，并能够根据界面中的信息进行正确的操作。
这既要求合理利用图标、色彩、文字等图形元素，又要求合理地构建窗口布局，形成一种直观的视觉系统，提高界面的视觉效果。
第三，在交互特性方面，人机界面的设计必须注重用户的交互体验，以确保有效和友好的操作。
它需要支持具有不同任务和目的的多种交互模式，如图形化操作设计、鼠标和图形化菜单的设计、视觉化拖拽和点击，以及动态放缩图像和缩略图等。
只有采用有效的交互方式，才能有效地让用户完成任务，从而提高用户体验。
最后，在认知心理学和可用性可访问性可测量性三个方面，需要注重人机界面的设计必须合理性，准确性和有用性。
具体而言，它需要考虑认知加载负荷，用户能力和技能水平，以及界面的可用性、可访问性和可测量性。
以上为此次分析的主要内容，可以看出，人机界面的设计必须集硬件和软件设计，视觉设计，交互特性，认知心理学和可用性、可访问性和可测量性等多种方面于一体，以提高用户体验。
从这个分析来看，研究人机界面设计的研究者和设计者应该全面考虑以上方面的要素，以提高人机界面的可用性和有效性。
《人机界面设计》作业设计方案一、作业背景随着科技的不息发展，人机界面设计在各个领域都扮演着越来越重要的角色。
本次作业旨在让学生深入了解人机界面设计的基本原理和方法，培养其设计思维和实践能力。
二、作业目标1. 了解人机界面设计的基本观点和原则；2. 掌握人机界面设计的基本方法和工具；3. 能够运用所学知识设计出符合用户需求的人机界面。
三、作业内容1. 理论进修：学生需要通过阅读相关教材和资料，了解人机界面设计的基本观点、原则和方法。
2. 设计实践：学生需要选择一个具体的应用途景（如手机App、网页、软件界面等），并根据用户需求和设计原则，设计出符合该场景的人机界面。
3. 报告撰写：学生需要撰写一份包括设计理念、设计过程和设计效果的报告，详细描述他们的设计思路和实践过程。
四、作业要求1. 作业报告需包括以下内容：设计目标、用户需求分析、界面设计原则、设计过程、设计效果展示等。
2. 设计作品需符合人机界面设计的基本原则，如易用性、可访问性、一致性等。
3. 作业提交时间为两周后，学生需按时完成并提交作业报告和设计作品。
五、评分标准1. 设计作品的创意性和符合度占30%；2. 作业报告的完备性和清晰度占30%；3. 设计作品的实用性和用户体验占40%。
六、作业参考资料1. 《交互设计之路：用户体验设计师的实战技能》2. 《界面设计模式》3. 《用户体验因素》七、总结通过本次作业，学生将能够深入了解人机界面设计的重要性和方法，培养其设计思维和实践能力，为其未来的设计工作打下坚实的基础。
同时，本次作业也将激发学生对设计领域的兴趣，增进其创新能力和团队合作能力的提升。
希望学生能够认真对待本次作业，取得优异的成绩。
PLC与人机界面（HMI）的集成与交互设计现代工业自动化系统中，可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）是不可或缺的关键组成部分。
PLC作为控制器，负责监测和控制工业过程，而HMI则提供了与PLC进行交互的界面。
在实际应用中，PLC与HMI的集成与交互设计对于确保工业过程的稳定运行和高效性能至关重要。
一、PLC与HMI的集成设计PLC与HMI的集成设计是指将两者合理地连接在一起，并确保它们能够有效地通信和协同工作。
这需要考虑以下几个方面：1.硬件连接：PLC与HMI之间通常通过串口、以太网或者其他通信接口进行连接。
在集成设计时，需根据具体需求选择适合的连接方式，并确保连接稳定可靠。
2.通信协议：PLC与HMI之间的通信需要使用统一的通信协议，例如Modbus、OPC等。
选择合适的通信协议可以确保数据的准确传输和交互的实时性。
3.数据交换：PLC将采集到的数据传递给HMI，同时HMI也可以向PLC发送指令和参数。
为了实现高效的数据交换，需定义清晰的数据结构和通信方式，确保PLC和HMI之间的数据一致性和完整性。
二、PLC与HMI的交互设计PLC与HMI的交互设计是为了实现人与机器之间的良好沟通和操作控制。
一个优秀的交互设计可以提高操作的便捷性和工作效率，以下是几个需要考虑的方面：1.界面布局：HMI界面的布局应简洁明了，重要的信息和控制按钮应放置在容易被用户注意到的位置。
可以采用分组、区域划分等方式将相关功能模块组织清晰，提高操作的可视性。
2.图形化表示：利用图表、图标、曲线图等方式将复杂的数据和过程直观地展示出来，便于操作人员理解和监测。
同时，可采用颜色、动画等效果来引起注意，提示用户关注的问题和状态。
3.操作控制：设计操作按钮和控制元素的样式、位置和交互方式时，需考虑到用户的习惯和直观感受。
例如，采用按钮、滑块、旋钮等控件来完成不同类型的操作，保证用户的操作流畅性和准确性。
4.报警与提示：在HMI界面中，应合理设置报警和提示功能。
自动化系统中的人机界面设计与开发自动化系统的发展与应用已经广泛涉及各个领域，其核心是实现对系统的自动控制和运行。
而在自动化系统中，人机界面（Human-Machine Interface，HMI）的设计与开发起着至关重要的作用。
本文将对自动化系统中的人机界面设计与开发进行深入探讨。
一、人机界面的概述人机界面是指用户与自动化系统进行信息交互的界面。
它旨在提供一个直观、友好、高效的操作方式，使人们能够轻松地控制和监视系统的运行。
人机界面的设计与开发涵盖了多个方面，包括界面布局、图形化显示、操作方式等。
二、人机界面设计的原则1. 易用性：人机界面应简单易懂，用户能够迅速上手并操作系统。
合理的布局和明确的指示能够提高用户的操作效率和使用体验。
2. 一致性：在整个自动化系统中，人机界面的各个部分应保持一致，使用户能够形成统一的认知和操作模式，减少操作的混乱和错误。
3. 可视化：图形化的界面能够更直观地展示系统的状态和信息，提供更好的用户体验。
合理使用图表、图像和动画等元素，能够帮助用户更好地理解和掌握系统。
4. 反馈机制：通过适当的反馈提示，及时告知用户其操作是否成功或失败。
良好的反馈机制能够提高用户的参与感和满意度。
5. 安全性：人机界面在设计中应考虑安全因素，防止误操作和对系统造成的损害。
例如，设置权限管理、密码保护等措施，确保系统的安全运行。
6. 可扩展性：随着系统的发展和用户需求的变化，人机界面应具备一定的可扩展性。
允许用户自定义界面的某些元素或功能，满足不同用户的特定需求。
三、人机界面开发的技术工具1. 图形化开发工具：利用图形化开发工具可以简化人机界面的设计与开发过程，提高开发效率。
例如，常用的开发工具有LabVIEW、QT、C#等。
2. 数据库管理系统：自动化系统通常需要对大量数据进行管理和监控。
数据库管理系统可以提供数据的存储和查询功能，方便用户对系统数据进行管理和分析。
3. 编程语言：根据自动化系统的实际需求，选择合适的编程语言进行人机界面的开发。
列车调度scratch编程列车调度是一种重要的交通管理系统，它负责有效地调度和控制列车的运行，保证交通安全和运输效率。
在现代列车调度系统中，使用了各种技术和软件来实现自动化调度。
在这里，我们将通过使用Scratch编程来模拟一个简单的列车调度系统。
首先，我们需要创建一个Scratch项目，并准备好相关的图形和素材。
我们可以使用Scratch的角色和舞台功能来创建图形化的列车调度系统界面。
在舞台上，我们可以制作一个简单的铁路轨道图，并放置一些火车角色。
接下来，我们需要考虑如何控制列车的运动。
我们可以使用Scratch的事件和控制块来编写相应的代码。
例如，我们可以使用“当绿旗被点击”块来初始化列车系统，并设置列车的起点和终点。
然后，我们可以使用“当收到消息xx”块来触发列车的出发和到达动作。
在出发动作中，我们需要让列车开始沿着轨道行驶，并设置适当的速度和方向。
当列车到达终点时，我们需要停止列车的运动。
此外，为了使列车调度系统更加真实和有效，我们可以添加一些其他功能。
比如，我们可以将调度系统扩展到多个铁路轨道和交叉口，以模拟复杂的列车路线和交通流量。
我们可以使用变量和控制块来实现这些功能。
通过设置适当的变量和条件判断语句，我们可以使列车在遇到交叉口时自动停车等待，直到另一个列车通过。
此外，我们还可以添加其他的功能和效果，如信号灯和道岔。
通过使用Scratch的绘图和音效功能，我们可以制作出具有不同颜色和状态的信号灯，并模拟信号灯的变化和转换。
通过使用条件判断和事件块，我们可以让列车在收到相应的信号后改变行驶方向。
在实际的列车调度系统中，还涉及到实时的数据处理和通信。
我们可以使用Scratch的网络和数据块来实现这些功能。
例如，我们可以将列车调度系统与外部设备或传感器连接，以获取实时的列车位置和速度信息，并进行相应的调度和控制。
当我们完成了列车调度系统的编程和设计后，我们可以进行测试和调试。
通过使用Scratch的调试工具和模拟器，我们可以模拟不同情景下的列车运行，并检查系统的运行效果和稳定性。
高速动车组驾驶室设计中的人机界面分析发布时间：2023-01-10T07:52:32.686Z 来源：《科技新时代》2023年1期作者：黄镇，张宝强[导读] 在高速动车组的驾驶室进行人机关系的分析和设计时，由于驾驶室的空间尺度关系、视野、操纵设备的配置以及人的身体状况等，都会对行车安全、效率、舒适和健康产生重要的作用。
运用人机关系的分析和探讨，对驾驶室内部的环境、操作和显示装置进行了优化，可以大大地改善驾驶员操作的安全性、便利性和工作效能，为驾驶员创造了一个便利、舒适的操作空间，减少了驾驶员的体力和心理上的疲劳，减少了人为失误所造成的危险，同时也增加了系统的可靠性，实现了人与机的最佳匹配，确保了行车的安全性。
黄镇，张宝强中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000摘要：在高速动车组的驾驶室进行人机关系的分析和设计时，由于驾驶室的空间尺度关系、视野、操纵设备的配置以及人的身体状况等，都会对行车安全、效率、舒适和健康产生重要的作用。
运用人机关系的分析和探讨，对驾驶室内部的环境、操作和显示装置进行了优化，可以大大地改善驾驶员操作的安全性、便利性和工作效能，为驾驶员创造了一个便利、舒适的操作空间，减少了驾驶员的体力和心理上的疲劳，减少了人为失误所造成的危险，同时也增加了系统的可靠性，实现了人与机的最佳匹配，确保了行车的安全性。
关键词：高速动车组；驾驶室设计；人机界面引言：基于人机工程的高速动车组的驾驶室工业设计是动车车组设计中的重要一环。
随着我国铁路运输行业的发展和铁路运输的快速发展，人们对其安全、舒适度提出了更高的需求。
机车车辆的驾驶室是驾驶员工作的重要区域，其空间狭小，操作显示设备众多，室内环境复杂。
而司机与驾驶室及相关设备的人机关系，相较于乘客与客室的人机关系更复杂、涉及学科专业更多[1]。
基于人机工程学的基本思想，结合人体测量学、生理学、心理学、生物力学等方面的相关知识，探讨了驾驶员与安全、操作方便与舒适度、驾驶员的身体状况等方面的关系。
城市快速轨道交通系统人机交互界面设计研究随着城市的发展，城市交通系统的重要性也日益凸显。
在这样一个繁忙的城市交通环境中，人机交互界面的设计对于城市快速轨道交通系统的运行和乘客体验至关重要。
本文将探讨城市快速轨道交通系统人机交互界面设计的研究，并提出相关的建议和思考。
一、研究背景城市快速轨道交通系统作为城市交通的重要组成部分，承载着大量的人员出行需求。
然而，在高峰时段和繁忙城市中，高效的人机交互界面设计对于乘客的出行体验起到了关键的作用。
如何在有限的空间内提供方便、直观、快捷的服务成为了设计师们需要思考和解决的问题。
二、界面设计原则与要求1. 界面简洁直观：城市快速轨道交通系统的人机交互界面应该尽量简单明了，符合乘客日常习惯和心理预期。
通过简洁的设计和直观的操作方式，乘客能够迅速理解和使用系统，提高效率和乘坐体验。
2. 功能齐全：界面设计应满足乘客的核心需求，包括购票、查询线路、换乘指引、列车时刻表等功能。
此外，还可以增加一些娱乐和文化元素，如展示城市景点、推荐文化活动等，提升乘客体验的同时，也为城市旅游业带来机会。
3. 可访问性和易用性：界面设计应考虑到不同人群的特殊需求，如老年人、残障人士等。
通过设计可访问的功能和界面，帮助他们更便捷地使用城市快速轨道交通系统，促进社会包容和公平性。
4. 异常处理与用户反馈：在乘客使用城市快速轨道交通系统的过程中，可能会遇到各种异常情况，如延误、车厢拥挤等。
因此，界面设计需要考虑如何向乘客提供准确的信息和解决方案，并提供合适的反馈机制，以增强用户的信任感和满意度。
三、案例分析与设计思路1. 车票购买与验证针对车票购买与验证这一核心功能，可以通过将购票机和验证设备融合到人机交互界面中，简化操作流程。
通过可触摸屏幕、一键购票等设计，乘客可以方便快捷地购买车票，并通过二维码或身份验证等方式进行验证，提高购票和检票效率。
2. 路线查询与导航在城市快速轨道交通系统中，乘客通常需要查询线路信息，并获取最佳的换乘指引和导航。
自动控制系统中的图形用户界面设计分析摘要: 从工程实践角度,针对作人机界面主要凭经验似乎无章可循的问题,结合工程实践讨论了人机界面的重要性、系统对画面监控和管理平台的基本要求及图形用户界面设计的一些原则。
关键词: 自动控制系统监控平台图形用户界面Abstract: At the angle of engineering practice , to aim at problem of making human machine interface seems no rule to follow , it mainly depends on designer’s experience , The paper combines with engineering practice , and explores importance of human machine interface ,basic requirement of graphic interface for supervision control and management flat-form in the system as well as some rule of graphic user interface to designing.Key words: Automation Control System Supervision and Control flat-formGraphic user interface[中图分类号]TP391 [文献标识码]B 文章编号1606-5123(2003)07-00.1 引言现代自动控制系统的设计几乎都是基于Object画面,工艺流程、系统性能指标、系统特性参数、运行状态、发展趋势、历史沿革、管理实现等都可以实时直观地通过画面逼真地展现在操作管理决策者面前。
因为图形信息包含的信息量比其他形式如文字、符号、声音等大得多，是人机交互的有效手段，因此人机交互画面的设计在自动控制系统中占有重要地位。
组态软件与人机界面设计的关系随着科技的不断发展，人机界面设计在各个领域中变得越来越重要。
而组态软件作为一种用于自动化控制系统的软件工具，也扮演着至关重要的角色。
本文将探讨组态软件与人机界面设计的关系，并分析它们对于系统性能和用户体验的影响。
一、组态软件的定义与功能组态软件是一种用于创建和配置自动化控制系统的软件工具。
它通过图形化界面，将硬件设备、信号和逻辑关系进行可视化表示，方便用户进行系统控制和监控。
组态软件通常具有以下功能：1. 设备配置和连接：组态软件提供了对硬件设备的配置和连接的功能，用户可以通过图形化界面轻松实现设备的添加和连接设置。
2. 逻辑编程：组态软件允许用户通过拖拽、连接和配置逻辑元件，以图形化的方式编写系统的控制逻辑。
这种编程方式相对传统的文本编程更加直观和易于理解。
3. 数据监控和报警：组态软件可以实时监控系统中的数据和信号，提供数据的可视化展示和报警功能。
用户可以迅速察觉系统中的异常情况，并及时采取措施。
4. 数据分析和报表生成：组态软件可以收集和存储系统运行过程中的数据，并通过分析和报表生成功能，对系统性能进行评估和优化。
二、人机界面设计的重要性人机界面设计是指通过图形化界面和操作手段，建立人与机器之间的有效交互和信息传递。
一个好的人机界面设计可以提高用户对系统的操作效率，减少误操作的发生，提升用户的满意度和工作舒适度。
以下是人机界面设计的重要性所体现的方面：1. 用户体验：人机界面设计直接影响用户对系统的使用体验。
一个简洁、直观、美观的界面设计可以降低用户的学习成本，提高用户的工作效率，增强用户对系统的好感度。
2. 操作安全：良好的人机界面设计可以减少误操作的发生，降低系统运行出错的概率。
通过合理的界面布局、标识和反馈机制，可以增加用户操作的准确性和稳定性。
3. 信息传递：人机界面设计要能够准确、直观地传达系统的状态和信息，帮助用户了解系统的运行情况。
通过图形、颜色和动画等元素的运用，可以使用户更直观地理解复杂的系统工作原理。
有轨电车ATS系统人机交互界面设计康洪军;黄振晖;张玉琢;储依帆;曹源【摘要】行车调度系统是指导有轨电车有序、正常运行的核心系统，其中ATS系统人机交互搭建了人与机器交流对话的平台。
以抽象层级分析法为设计原则，参考地铁和轻轨的ATS系统人机交互界面，以正在计划建造的武夷新区旅游观光轨道交通为例，根据运营需求，设计一套适合于国内工程的人机交互界面。
【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P79-83)【关键词】有轨电车;ATS系统;人机交互界面;抽象层级分析法【作者】康洪军;黄振晖;张玉琢;储依帆;曹源【作者单位】唐山轨道客车有限责任公司研发中心河北唐山，063035;唐山轨道客车有限责任公司研发中心河北唐山，063035;北京交通大学电子信息工程学院北京，100044;北京交通大学电子信息工程学院北京，100044;北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京，100044【正文语种】中文【中图分类】U239.9行车调度系统被普遍使用于地铁及轻轨中。
行车调度员主要是通过自动列车监控（ATS）系统实现对列车运行的监督、监控，控制运行线上列车的运行状态，了解在线列车的实时运营情况。
所以ATS系统的功能性、使用性直接影响着中央行车调度员监控调度工作的有效性、效率和安全性[1]。
从人机交互的概念来看，用户通过人机交互界面（HCI）与系统交流，并进行操作，人机交互界面保证了两个主体的交流和对话，并保证整个过程的自然、高效、和谐[2]。
ATS系统人机交互实现了中央行车调度员与列车运行调度之间的沟通与对话，在实际使用操作过程中，交互质量决定了调度员在使用ATS系统时的效率和满意程度，因此，人机交互的质量对列车运行调度的安全性和效率有重要作用。
现代有轨电车是一种先进的公共交通方式，采用模块化设计，有多种路权方式，具有运量适中、造价低廉、节能环保等优点[3- 4]。
LabVIEW是由NI公司推出的一种高效的基于图形开发、调试和运行的集成化环境，是第一个借助于虚拟软面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形化程序设计系统，也是目前国际上唯一的编译型图形化程序设计语言。
它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言，提供了一个非常直观的编程环境，有专供大型应用开发、集成开发及应用配置所设计的附加开发工具。
在这个平台上，各领域的专家们可以通过定义和连接代表各种功能模块的图标来方便迅速地建立高水平的应用程序。
LabVIEW软件工具的特点可归纳如下：(1)LabVIEW是基于图形化的软件编程平台，不仅人机界面用“所见即所得"的可视化技术建立，而且程序代码也是图形化的代码，使编程过程更加接近人的思维，是应用于测控领域的专用软件开发工具。
(2)采用数据流编程模式，能够同时运行多个程序。
(3)提供了丰富的用于数据采集、分析、表达及数据存储的函数库。
(4)不仅具备传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，还提供了独具特色的高亮执行和探针工具，能够使程序动画式运行，有利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。
(5)内置了PCI、DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS．232和RS-485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，支持数据采集卡和GPIB、串口设备、VXI仪器、PLC、工业现场总线以及用户特殊的硬件板卡，免费提供世界各大厂商1000多种仪器的驱动，方便用户迅速组建自己的应用系统，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口的设备与仪器。
(6)具有强大的外部接口能力，可以实现LabVIEW与外部的应用软件(如Word，Excel等)、C语言、Windows API、MATLAB等编程语言之间的通信。
(7)强大的Intemet功能，内置了便于应用TCPflP、DDE、ActiveX等软件标准的库函数。
支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。
do:i 10.3969/.j issn .1672 6073.2011.01.016都市快轨交通 第24卷第1期2011年2月学术探讨基于图形化编程语言的列车人机界面设计客金坤 梅 樱 郭红卫 刘志刚(北京交通大学电气工程学院 北京 100044)摘 要 详细介绍一种适用于城市地铁车辆人机界面的设计方案。
通过对比分析,选择功能强大的x86架构硬件平台、开源但稳定性好的L i nux 系统及图形化编程语言Lab V I E W 。
组建并论述人机界面的整体架构和各个界面的对应功能,实验结果验证了系统设计方案的正确性和优越性。
关键词 城市轨道交通 地铁车辆 人机界面 图形化编程 L inux 可靠性中图分类号 U 239.5;U 231.6 文章标志码 A 文章编号 1672 6073(2011)01 0065 041 地铁车辆人机界面在列车运行控制系统中,车载人机界面是车载设备与驾驶员进行信息交互的平台,是列车运行控制系统的一个重要组成部分。
随着现代微机控制的地铁车辆中司机需要的信息日益增加,传统司机室以模拟仪表和指示灯为主的显示方式已经不能适应现代地铁车辆的需要,由此应运而生了基于平板显示器和微机结合构成的智能终端。
这种终端具有显示容量大、信息集成显示、信息可存储等特点,使机车司机室的显示装置简洁化和标准化。
通过智能终端提供友好的车载人机界面,司机可以对列车的相关参数进行设置,实时地得到有关列车和线路的相关状态和数据,对车载设备发出的命令和警告及时进行响应。
基于此,笔者在平板电脑功能强大的硬件平台上,在L i nux 操作系统下,用L ab V I EW 开发了一个适用于城市地铁车辆的人机界面。
2 系统整体方案设计目前,人机界面的开发硬件平台主要是基于ARM收稿日期:2010 04 23 修回日期:2010 05 14作者简介:客金坤,男,硕士研究生,从事电力电子与电力传动的研究,k e j i nku n @gm a i .l com基金项目: 十一五 国家科技支撑计划重点项目(2007BAA12B07)和x86两种架构,操作系统主要是W inCE 、L i nux 、Vx W or ks ,编程语言多采用文本编程语言或组态软件等。
其中,人机界面的开发方案主要为以上不同硬件平台、操作系统及编程语言的组合。
2.1 硬件平台的选择相比x86架构的处理器硬件平台,低功耗是AR M 架构的优势,但硬件资源(如处理器性能、存储容量等)明显不如x86架构的硬件平台。
列车对功耗的要求并不像手机等移动设备那么苛刻,而对人机界面的性能要求比较高,因此x86架构的硬件平台更适合做车载人机界面的开发。
另外,车上电磁环境恶劣且机械振动强烈,要求人机界面的硬件有很好的抗电磁和抗振能力,有比较大的存储能力。
基于以上原因,选择了一款平板电脑PPC104。
它采用的是威盛的工业主板VB7007,其中央处理器采用业界领先的低功耗、高性能V I A C7D 1.5处理器,提供了极其出色的低功耗、无噪声的理想应用系统,带有1GB 的内存;出于列车机械振动的考虑,硬盘选择了8GB 的固态硬盘,增强了整个系统的可靠性;主板的接口丰富,有双网卡、4个CO M 端口和4个USB 2.0接口;显示屏采用10.4英寸高亮度TFT 显示器及高端5线电阻触摸屏,能提供清晰优异的显示效果和简单准确的触摸操作。
2.2 操作系统的选择由于列车的人机界面对操作系统的安全性、可靠性、可用性要求非常高,因此操作系统系统必须能保证安全、可靠、不间断地工作。
W i nCE 、L i nux 、V x wor ks 是做人机界面3种常用的操作系统。
W inCE 开发周期短,但稳定性不如其他两种操作系统;且W inCE 是收费的,每个产品都要向微软买一个许可证,大大增加了产品的成本。
Vx W orks 以其良好的可靠性和卓越的实时性,被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及对实时性要求极高的领域中,如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞65都市快轨交通 第24卷第1期2011年2月机导航等;虽然它能满足列车人机界面对系统的要求,但价格昂贵、性价比不高。
L i nux操作系统的架构完全沿袭了U n i x的系统架构,所以先天就具有成熟稳定的特点,在网络通信方面的效率和功能都很突出; L i nux是开源的操作系统,体系结构比较灵活,易于裁减,免费使用;此外,L i nux还有出色的速度性能。
基于上述3种操作系统的特点,可以看出L i nux是列车人机界面操作系统最理想的选择。
2.3 编程语言的选择传统的界面开发语言主要有组态软件和文本编辑语言两种。
组态软件在人机界面的开发上具有简单易用的优点,但是组态软件的每个人机界面都得付费,加大了项目开发的成本。
文本编程语言(如C、Java、VB)是高度抽象的语言,优点是效率高、可用简短的文字表达丰富的含义,但是用其开发人机界面却有开发周期长、难度大等缺点。
实验室虚拟仪器集成环境(L aborator y V irtual Instr ument Eng i neeri ng W or kbe nc h,LabV I E W)是美国国家仪器公司的创新软件产品,是当今最完善、影响力最大的一种图形化编程语言,具有开发周期短、成本低、使用效率高等优点。
统计显示,完成一个功能类似的大型应用软件,熟练的LabV I E W程序员所需的开发时间大概是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。
此外,LabV I E W具有良好的平台一致性,其代码不需要任何修改就可以运行在常见的三大操作系统(W i ndo ws、M ac OS及L inux)上,方便了开发者。
因为开发者可以在熟悉的W i ndo ws环境上开发软件,等源程序写好后,直接到目标平台对应的操作系统下编译生成应用软件。
因此,可选择L a bV I E W作为人机界面的开发工具。
2.4 系统的整体结构综上所述,笔者选择威盛的主板作为硬件平台、L i nux作为操作系统、LabV I E W作为编程语言,系统的整体结构如图1所示。
内置的DC/DC转换器与车辆蓄电池直接连接,额定输入电压为110V,转换后为主板提供12、5V两种电压。
SDRA M视频控制器等通过北桥与CP U相连,固态硬盘、超级I/O、以太网芯片等与南桥相连。
整个人机界面单元通过以太网和整车网络进行通信。
3 人机界面软件架构3.1 软件功能描述对于人机界面I D U的使用分两种不同的权限,即图1 系统的整体结构操作者和系统维护者。
操作者是普通的列车驾驶人员,系统维护者是车辆调试或维修时的系统工程师。
当系统维修者登录后,可以对整车进行测试,下载车辆运行时存在车上的数据。
人机界面的软件系统结构如图2所示,下面从操作者和系统维护者两方面介绍人机界面的设计。
图2 软件系统结构1)主界面:从图2可知,主界面位于整个人机界面的中心,主要功能是对列车状态进行设定、查看列车的历史事件。
当列车停止时,大多数界面可以直接回到主界面。
2)操作界面:列车开动时自动跳转到此界面,只有当列车保持停止状态时在页脚的按钮才能被使用,但当以维修者身份登录时按钮总是能使用的。
门控界面显示列车的当前车门开关状态、列车的刹车情况及乘客紧急报警装置的状态。
制动界面显示列车的当前刹车状态、停车制动和气压情况。
供电界面显示列车牵引供电、辅助供电及电池电压等当前状态。
空调设备界面设置空调系统的工作模式,显示通风设备、压缩机空调的状态。
乘客咨询系统可以改变起始站、下一站和最后一站的名称。
3.2 软件架构设计对于软件来说,整体的架构设计最为重要,好的软件架构便于维护和修改。
LabV I E W采用的是图形化编程,程序大了就会出现整个电脑屏幕显示不全的现象,不易阅读且不便以后的维护。
因此,笔者采用自顶而66基于图形化编程语言的列车人机界面设计下的分层次设计思想。
先把不同功能的程序封装成不同的子模块,但仅这样模块化是不够的,笔者在软件设计时又采用了一个顺序模块,如图3所示。
首先,是程序的初始化;然后,是界面程序及数据的处理;最后,在程序结束前要对一些数据进行保存等工作。
采用这样的顺序结构,使得软件大体结构清晰、维护方便。
图3 顺序结构整个软件的核心是界面处理及数据处理,这部分利用其他语言编程,大部分都放在一个循环中顺序执行,一般为单线程。
L a bV I E W 为自动多线程编程语言,程序中如有两个并行放置且之间没有任何连线的模块,则LabV I EW 会自动把它们放置到不同的线程中并行运行,从而提高程序的效率和实时性。
再设计界面及数据处理部分充分利用了Lab V I E W 的多线程特性,把界面按照不同功能分类放在不同的循环中,从而实现了多线程编程。
按照功能,此部分划分为三大模块,如图4所示。
图4 三循环框图第一个循环内包含一个LabV I E W 的事件结构,根据界面发生的事情来决定执行哪个分支中的代码,主要是对前界面的选项卡界面进行操作。
当改变界面的按钮被按下时,事件结构就会感知到,将其对应值写入选项卡的属性节点,从而改变选项卡的值,实现界面的切换。
此外,该界面还包含了一些显示处理信息(如时间等)。
第二个循环内主要是对数据库进行管理,如对通过列车网络传输过来的列车故障信息等进行存储、对列车的乘客信息系统进行管理等。
第三个循环内主要是对选项卡上的显示部分进行处理,包含一个条件结构,其条件输入端为选项卡,根据选项卡的值来判断从列车网络读取的值,并在界面上显示。
采用这种方式设计软件,维护和修改起来都很容易。
如想再添加另一个界面,只需修改第一个循环中的事件结构和第三个循环中的条件结构,在两个结构中再添加一个分支即可。
4 人机界面的实现4.1 主界面主界面如图5所示,是整个软件的核心,其中主要包括诊断、状态、测试、管理四大部分。
图5 主界面诊断 包括事件历史界面和事件状态界面:事件历史界面下可以选择每一节车厢或整列车的历史事件,可以通过上下移动来观看更多历史事件;事件状态菜单显示当前被激活的事件。
状态 包括牵引状态界面和联锁界面;牵引状态界面给出当前列车牵引和刹车的工作状态;联锁界面显示牵引动力块的当前状态,如速度限制和紧急刹车,出错时前面的方框会显示红色。
测试 包括制动测试界面和乘客信息界面。
管理 主要包括设置界面,可通过这个界面切换到系统维护者,对系统进行更多的操作。
4.2 运行界面当以操作人员权限登录后,列车运行时,人机界面会自动跳转到运行界面,并禁止使用其他界面,这是确保列车能够正常运行的有效手段。
运行界面的设计非常重要,因为它是列车运行时司机和列车交互的主要界面,必须尽可能地将列车运67都市快轨交通 第24卷第1期2011年2月行时的各种状态显示给司机,看起来必须简洁、突出重点,如图6所示。
