基于A n d r o i d下移動(dòng)化工業(yè)人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析

黃思宇

（利茲大學(xué)，利茲 LS29JT）

近些年來(lái)，我國(guó)工業(yè)人機(jī)交互系統(tǒng)發(fā)展較快，可實(shí)時(shí)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，便于進(jìn)行控制。但這種交互模式有一定的時(shí)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(dòng)了移動(dòng)化工業(yè)人機(jī)交互系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，可擺脫傳統(tǒng)按鈕控制的限制，開(kāi)始向觸屏控制方向發(fā)展，能有效提高工業(yè)人機(jī)交互效果。

1 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)框架進(jìn)行分析，以明確各個(gè)組成部分，如Android系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)等。各個(gè)部分所起到的作用和價(jià)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(jī)、平板電腦等。PLC控制系統(tǒng)則應(yīng)用在工業(yè)人機(jī)交互控制器方面上，而藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)則起到無(wú)線通信傳輸?shù)淖饔谩?/p>

當(dāng)Android系統(tǒng)與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)建立通信通道時(shí)，應(yīng)在Android手機(jī)或平板電腦中啟動(dòng)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊，便于對(duì)圖表、文字等進(jìn)行傳輸，有利于分析數(shù)據(jù)的實(shí)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(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸工作，當(dāng)其接收到Android系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息時(shí)，需要根據(jù)網(wǎng)關(guān)協(xié)議來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)變，確保PLC控制系統(tǒng)可以接收到。當(dāng)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊先接收到PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息時(shí)，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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集工作，當(dāng)其接收到藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)傳遞的指令后，會(huì)嚴(yán)格按照指令需求進(jìn)行工作。因此，在整個(gè)通信流程中，Android系統(tǒng)與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模式直接進(jìn)行連接，而藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊與PLC系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，需要使用雙絞線和Modbus RTU協(xié)議[1]。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第一，在Android設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮平面電腦、手機(jī)的功能和性能，以保障移動(dòng)化工業(yè)人機(jī)交互效果。對(duì)此，Android操作系統(tǒng)版本應(yīng)在5.2以上，且采用nRF5188無(wú)線通信芯片，從而與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行對(duì)接。

第二，當(dāng)對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可采用8路出入、4路輸出的控制器，并采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使其與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行連接。為了保障通信效果，每臺(tái)PLC控制器都需要連接一個(gè)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊，能保障通信傳輸工作順利進(jìn)行。

第三，藍(lán)顏網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計(jì)是核心環(huán)節(jié)，能保障通信傳輸工作順利進(jìn)行，避免出現(xiàn)通信誤差。在藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計(jì)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(guò)這種模式，天線模塊可用來(lái)接收信息；主控器可對(duì)各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換；技術(shù)人員對(duì)調(diào)試電路進(jìn)行操作，可合理調(diào)整藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊的運(yùn)行狀態(tài)；晶振電路主要是顯示模塊的工作時(shí)間，便于進(jìn)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(yùn)行數(shù)據(jù)等；電源電路可為藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊的運(yùn)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換[2]。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

當(dāng)對(duì)Android系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，包括以下幾個(gè)方面：一是，藍(lán)牙數(shù)據(jù)庫(kù)。為了避免其他模塊對(duì)藍(lán)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(kù)，有利于保存工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的交互數(shù)據(jù)信息，避免發(fā)生丟失、損壞等問(wèn)題。二是，藍(lán)牙連接設(shè)計(jì)。Android設(shè)備為藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部設(shè)備，有明確的地址信息，當(dāng)軟件進(jìn)行設(shè)備掃描時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有外部設(shè)備，則需要對(duì)其名稱、信號(hào)接收距離、地址等進(jìn)行分析與判斷，若不在允許范圍內(nèi)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行屏蔽，不再顯示相關(guān)信息。三是，藍(lán)牙傳輸設(shè)計(jì)。當(dāng)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊搜索到設(shè)備后，需要進(jìn)行識(shí)別與判定，并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)，從而進(jìn)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(lái)提高處理效率。四是，數(shù)據(jù)顯示與修改設(shè)計(jì)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理線獲取相應(yīng)信息時(shí)，需要通過(guò)線程傳輸出去，并進(jìn)行處理與顯示。若有修改需求時(shí)，可通過(guò)Android界面將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€程中，并重新寫(xiě)值，以修改原有的數(shù)據(jù)信息[3]。

而在對(duì)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計(jì)時(shí)，主要是對(duì)其通信傳輸流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)模塊接收到Android設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，會(huì)通過(guò)協(xié)議自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并保存在存儲(chǔ)器中。當(dāng)網(wǎng)關(guān)與PLC控制系統(tǒng)連接時(shí)，需要通過(guò)Modbus RTU協(xié)議才可進(jìn)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(yǔ)

綜上所述，筆者基于Android技術(shù)，對(duì)移動(dòng)化工業(yè)人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，要求技術(shù)人員應(yīng)做好方案規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，并逐步進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(jìn)行，保障工業(yè)人機(jī)交互效率。

[1] 劉挺，徐哲壯，何偉東.基于Android的移動(dòng)化工業(yè)人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2016，15（07）：91-94.

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