基于A n d r o i d下移動化工業(yè)人機交互系統(tǒng)設(shè)計的分析

黃思宇

（利茲大學(xué)，利茲 LS29JT）

近些年來，我國工業(yè)人機交互系統(tǒng)發(fā)展較快，可實時對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行反饋，便于進行控制。但這種交互模式有一定的時空限制，使得控制質(zhì)量、效果等受到了限制。隨著Android技術(shù)的發(fā)展，推動了移動化工業(yè)人機交互系統(tǒng)的實現(xiàn)，可擺脫傳統(tǒng)按鈕控制的限制，開始向觸屏控制方向發(fā)展，能有效提高工業(yè)人機交互效果。

1 規(guī)劃設(shè)計方案

當對設(shè)計方案進行規(guī)劃時，需要對系統(tǒng)框架進行分析，以明確各個組成部分，如Android系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、藍牙網(wǎng)關(guān)等。各個部分所起到的作用和價值存在明顯的差異性，Android系統(tǒng)主要應(yīng)用在操作終端上，如智能手機、平板電腦等。PLC控制系統(tǒng)則應(yīng)用在工業(yè)人機交互控制器方面上，而藍牙網(wǎng)關(guān)則起到無線通信傳輸?shù)淖饔谩?/p>

當Android系統(tǒng)與藍牙網(wǎng)關(guān)建立通信通道時，應(yīng)在Android手機或平板電腦中啟動藍牙網(wǎng)關(guān)模塊，便于對圖表、文字等進行傳輸，有利于分析數(shù)據(jù)的實際情況，并將操作指令發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，以保障控制效果。而藍牙網(wǎng)關(guān)模塊主要負責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸工作，當其接收到Android系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息時，需要根據(jù)網(wǎng)關(guān)協(xié)議來對數(shù)據(jù)進行解析。若數(shù)據(jù)中有控制指令，則要將數(shù)據(jù)協(xié)議進行轉(zhuǎn)變，確保PLC控制系統(tǒng)可以接收到。當藍牙網(wǎng)關(guān)模塊先接收到PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息時，與上述通信流程、協(xié)議轉(zhuǎn)換流程相反。另外，PLC系統(tǒng)主要負責(zé)數(shù)據(jù)收集工作，當其接收到藍牙網(wǎng)關(guān)傳遞的指令后，會嚴格按照指令需求進行工作。因此，在整個通信流程中，Android系統(tǒng)與藍牙網(wǎng)關(guān)模式直接進行連接，而藍牙網(wǎng)關(guān)模塊與PLC系統(tǒng)進行連接時，需要使用雙絞線和Modbus RTU協(xié)議[1]。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

第一，在Android設(shè)備進行設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮平面電腦、手機的功能和性能，以保障移動化工業(yè)人機交互效果。對此，Android操作系統(tǒng)版本應(yīng)在5.2以上，且采用nRF5188無線通信芯片，從而與藍牙網(wǎng)關(guān)進行對接。

第二，當對PLC控制系統(tǒng)進行設(shè)計時，可采用8路出入、4路輸出的控制器，并采用拓撲結(jié)構(gòu)使其與藍牙網(wǎng)關(guān)模塊進行連接。為了保障通信效果，每臺PLC控制器都需要連接一個藍牙網(wǎng)關(guān)模塊，能保障通信傳輸工作順利進行。

第三，藍顏網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計是核心環(huán)節(jié)，能保障通信傳輸工作順利進行，避免出現(xiàn)通信誤差。在藍牙網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計中，需要具備主控器、調(diào)試電路、天線模塊、晶振電路、LED電路、電源電路、RS-485電路等。通過這種模式，天線模塊可用來接收信息；主控器可對各類信號進行處理與轉(zhuǎn)換；技術(shù)人員對調(diào)試電路進行操作，可合理調(diào)整藍牙網(wǎng)關(guān)模塊的運行狀態(tài)；晶振電路主要是顯示模塊的工作時間，便于進行管控；LED電路主要執(zhí)行數(shù)據(jù)顯示功能，包括電源信息、運行數(shù)據(jù)等；電源電路可為藍牙網(wǎng)關(guān)模塊的運行提供電能支持；RS-485電路主要應(yīng)用在與PLC控制系統(tǒng)的連接上，便于進行數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換[2]。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

在軟件系統(tǒng)設(shè)計上，主要以Android軟件系統(tǒng)和藍牙網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計為主，有利于保障藍牙通信連接效果，并進行相應(yīng)的顯示、傳輸、修改等操作。

當對Android系統(tǒng)軟件進行設(shè)計時，包括以下幾個方面：一是，藍牙數(shù)據(jù)庫。為了避免其他模塊對藍牙通信效果造成影響，需要在系統(tǒng)中建立地址數(shù)據(jù)庫，有利于保存工業(yè)現(xiàn)場的交互數(shù)據(jù)信息，避免發(fā)生丟失、損壞等問題。二是，藍牙連接設(shè)計。Android設(shè)備為藍牙網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部設(shè)備，有明確的地址信息，當軟件進行設(shè)備掃描時，若發(fā)現(xiàn)有外部設(shè)備，則需要對其名稱、信號接收距離、地址等進行分析與判斷，若不在允許范圍內(nèi)，會自動進行屏蔽，不再顯示相關(guān)信息。三是，藍牙傳輸設(shè)計。當藍牙網(wǎng)關(guān)模塊搜索到設(shè)備后，需要進行識別與判定，并對各項數(shù)據(jù)進行讀寫，從而進行數(shù)據(jù)交互。為了保障傳輸效率，可增設(shè)數(shù)據(jù)處理線來提高處理效率。四是，數(shù)據(jù)顯示與修改設(shè)計。當數(shù)據(jù)處理線獲取相應(yīng)信息時，需要通過線程傳輸出去，并進行處理與顯示。若有修改需求時，可通過Android界面將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€程中，并重新寫值，以修改原有的數(shù)據(jù)信息[3]。

而在對藍牙網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計時，主要是對其通信傳輸流程進行設(shè)計，當藍牙網(wǎng)關(guān)模塊接收到Android設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，會通過協(xié)議自動進行數(shù)據(jù)解析，并保存在存儲器中。當網(wǎng)關(guān)與PLC控制系統(tǒng)連接時，需要通過Modbus RTU協(xié)議才可進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而將響應(yīng)的信息發(fā)送至PLC系統(tǒng)中，以保障通信傳輸效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，筆者基于Android技術(shù)，對移動化工業(yè)人機交互系統(tǒng)的設(shè)計進行了分析，要求技術(shù)人員應(yīng)做好方案規(guī)劃設(shè)計工作，并逐步進行軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計。以明確網(wǎng)關(guān)協(xié)議、通信協(xié)議，確保數(shù)據(jù)通信傳輸工作順利進行，保障工業(yè)人機交互效率。

[1] 劉挺，徐哲壯，何偉東.基于Android的移動化工業(yè)人機交互系統(tǒng)設(shè)計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017，36（10）：111-114.

[2] 符方發(fā)，喻洪流.基于Android的下肢訓(xùn)練輪椅人機交互系統(tǒng)設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊，2016，15（07）：91-94.

[3] 丁德菊.基于混合現(xiàn)實的人機交互系統(tǒng)設(shè)計[J].西部廣播電視，2015（18）：236-238+240.