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中国人机界面市场的发展现状
中国是全球人机界面需求量最大的市场，但却不是全球人机界面产品销售额最高的市场，这说明，低端人机界面用户在中国占有很大的份额。近些年来民族品牌的迅速发展，采取低价格等策略，正在大举进攻低端市场，在国内已经占据了低端市场的优势地位，赢得了广大用户的认可。国际品牌也在逐渐研发其经济型产品，以抢占低端市场的份额。因此，由于在低端市场的稳扎稳打，国内的人机界面厂商整体业绩呈现出快速增长的状态。
人机界面不再是单纯的显示和控制
国内的自动化产业，一些原本不用人机界面的行业，也开始使用人机界面了，这说明人机界面已经成为客户体验的不可缺少的一部分，人机界面的用户界面能更好地反映出设备和流程的状态，并通过视觉和触摸的效果，带给客户更直观的感受。
人机界面未来的发展趋势
有些机械行业，比如说机床、纺织机械、电子设备等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。
鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。

今天人类的生活片刻也离不开机器。与机器的和平共处比任何时候都更显重要。而要做到这一点，人与机器的交流必须通畅无阻。设计最精巧的人机界面装置能够让人根本感觉不到是它赋予了人巨大的力量－此时人与机器的界线彻底消融，人与技术合为一体。以下是10种产品被专家们认为是s世纪最伟大的人机界面装置。

扩音器 折叠

扩音器的问世使得人们不仅在乘坐地铁或去郊外远足时能够欣赏自己喜爱的音乐和广播节目，而且还能聆听以电子手段保存下来的早已与世长辞的人的声音以及大自然中根本不存在的种种奇妙声音。在电影院里，扩音器所营造的声的世界将观众们带入一个想象的世界。扩音器亦是本世纪所有具有个性魅力的公众人物与大众沟通的重要工具。

扩音器是1915年发明的，从那以后一代又一代的技术人员为它的完善做出了不懈的努力。今天，随着录音设备和存储技术的飞速发展，用美国著名扩音设备生产企业Bose公司研究员威廉·R·舒特的话说，扩音器“反而成为家庭音响系统中最薄弱的一环”。他说：每当我在家中欣赏音乐的时候，根本没有办法做到想象自己是坐在音乐厅里。扩音技术还做不到这一点，原因何在，尚不得而知。

按键式电话 折叠

按键式电话业务是美国电话电报公司在1963年11月正式开通的。几乎所有初次接触按键式电话的人都认为它远胜于转盘式电话。贝尔实验室的研究人员为使这种新产品为人们所接纳，真可谓绞尽脑汁。他们实验了16种按键排列方式，交叉式的，圆盘式的，不一而足。他们还在电话机的大小、形状、按键的间距、弹性甚至与手指尖接触的部位的外形上作了大量的文章。

节省拨号时间只是按键式电话的设计初衷之一，实际上从一开始技术专家就抱着一个把新式电话机设计成一种遥控数据输入设备的目的。正是从这一设计思想出发，研究人员在1968年又在键盘上增加了“*”键和“#”键。虽然研究人员的部分设计思想－如通过电话机来控制家用电器的开关－迄今尚未实现，但是按键式电话毕竟开创了语音数据通信的新时代。

方向盘 折叠

最初的汽车是用舵来控制驾驶的。舵不能说不好，但是它会把汽车行驶中产生的剧烈振动传导给驾驶者，增加其控制方向的难度。当发动机被改为安装在车头部位之后，由于重量的增加，驾驶员根本没有办法再用车舵来驾驶汽车了。方向盘这种新设计便应运而生，它在驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操作灵活，很好地隔绝了来自道路的剧烈振动。不仅如此，好的方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。

但是最初设计方向盘的人没有能够预见到在汽车车速越来越快的今天，一旦发生车祸，方向盘却成了造成驾驶员丧命的罪魁祸首。五十年代，不带方向盘的概念型汽车相继问世，可是消费者对这种汽车一点也不感兴趣。毕竟，没有方向盘的汽车根本就不成其为汽车。

磁卡 折叠

今天在许多场合我们都会用到磁卡，如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打电话，进入管制区域等等，不一而足。在西方，人们遗失了钱包之后，往往担心的不是钱包里的现金，而是各种用途的磁卡。

70年代早期，带有磁条的信用卡在美国问世，极大的提高了信用卡购物时的验证效率，一下子便受到零售商的青睐。美国的信用卡行业因此进入一个高速增长期。有人问，目前陆陆续续问世的各种“智能卡”会不会取代磁卡呢？专家认为暂时是不会的。他们指出，芯片型的智能卡只适用于某些特定的领域，与磁卡并不发生冲突，更何况取代磁卡的终端设备投放代价高昂，谁也不会愿意这么做的。

交通指挥灯 折叠

交通指挥灯是非裔美国人加莱特·摩根在1923年发明的。此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。

开车的人谁也不愿意看到停车信号。美国夏威夷大学心理学家詹姆斯指出，人有一种将刹车和油门与自尊相互联系的倾向。他说：驾车者看到黄灯亮时，心里便暗暗作好加速的准备。如果此时红灯亮了，马上就会产生一种失望的感觉。他把交叉路口称作“心理动力区”。如果他的理论成立的话，这个区域在佛罗伊德心理学理论中应该是属于超我（supere go）而非本能（id）的范畴。

新式的红绿灯能将闯红灯的人拍照下来。犯事的司机不久就会收到罚款单。有的红绿灯还具备监测车辆行驶速度的功能。

遥控器 折叠

据说，遥控器的开发源于人们对于电视商业广告的反感。美国顶峰公司（Zenith）的总裁尤其痛恨电视节目频频被广告打断的现象。在他的领导下，顶峰公司在1950年开发出了世界上第一个遥控器。这个遥控器是有线的。顶峰公司再接再厉，在1955年又研制了世界上第一个使用光学传感器的无线遥控器，后来又发明了超声波遥控器。红外线遥控器则是到了八十年代初才问世。这时遥控器的价格变得非常低廉，谁都能买得起。今天遥控器已经成为家电产品的标准配置，市场上销售的99%的电视机和100%的录像机都配置有它。对了伴着遥控器长大的一代人来说，手持遥控器从一个频道换到另一个频道正是电视给他们带来的欢乐之一。

阴极射线管 折叠

阴极射线管（CRT）是德国物理学家布劳恩（Kari Ferdinand Braun）发明的，1897年被用于一台示波器中首次与世人见面。但CRT得到广泛应用则是在电视机出现以后。电视出现于本世纪20年代，到了50年代在西方得到全面普及，如今电视更是无所不在。据统计，美国人平均每天要观看7个小时的电视。

当然，看电视是一种被动接受。但是当CRT显示器上显示出的是一幅计算机的操作界面，情况就大不相同了。我们可以与之互动、交流，此时显示器便成为我们可以加以利用的一种手段。随着互联网的蓬勃兴起，许多人患上了“上网成瘾症”，这种社会现象从一个侧面充分反映出今天越来越多的人宁愿坐在CRT的面前，而不愿意做其他任何事情。

液晶显示器 折叠

电视机和计算机屏幕可向人们展示容量庞大的可视信息。然而它们拥有一个共同的缺点：体积太大。因为它们都需要一个阴极射线管作显示器。液晶显示器的发明使得人们可以将显示器携带在身边。

虽然液晶早在1888年就已经被奥地利植物学家Frederich Reinitzer所发现，但是人们直到1977年才将其用作显示用途。当时Hoffmann-La Roche发明了“螺旋向列液晶显示器”并申请了专利。这种显示器现在被普遍用于计算器和电子手表。80年代，每个像素都由一个晶体管控制的有源矩阵液晶显示器研制成功，有力地推动了笔记本电脑、微型电视机和便携式DVD播放机的发展。

虽然液晶显示器还存在显示速度慢和视角受限等技术缺陷，但是技术专家指出，以薄、平著称的液晶显示器5年内必将淘汰目前普遍使用的又笨又重又占位置的CRT显示器。

鼠标/图形用户界面 折叠

道格拉斯·恩格尔巴特在60年代发明了鼠标和图形用户界面。他曾这样说过：“我当初发明鼠标的时候，几乎谁也不相信人们会愿意坐在计算机显示器跟前进行在线操作。”

但是，鼠标和图形用户界面在70年代在施乐公司的帕罗奥尔托研究中心（PARC）的努力下得到了进一步的完善，80年代在苹果公司的努力下，它终于完成了走向大众的进程。至此，显示在计算机屏幕上的内容在可视性方面大大改善，人们再也不用象从前一样需要记忆计算机文件的名称和路径。由于图形用户界面减轻电脑操作者的记忆负担以及提供了一个良好的视觉空间环境，计算机终于发展成为一种工作场所。美国学者史迪文·约翰逊在《界面设计》一书中盛赞恩格尔巴特的发明“为普及数字化革命所作出的巨大贡献是其他任何在软件上所取得的进步所不能比拟的。”

条形码扫描器 折叠

1992年2月，美国前总统乔治·布什获赠一个用于超级市场的条形码扫描器。据说，布什当时说了句：“ 这东西真是奇特！”但是请注意，令布什感到惊叹不已的并不是这种早在1974年就已经问世的扫描技术。他感叹的是当时他手中拿的那种新式扫描器居然能够扫描被撕成7张碎片的条形码。

条码扫描器第一次实际应用是在美国俄亥俄州特洛伊市的马什超级市场，扫描的是10小包一袋的口香糖。此前，条码扫描器经过了一个漫长的开发过程。扫描器对商家最初的吸引力是它的扫描结果非常准确。但是激光能够读取大量信息，包括所售商品的类型、时间和组合。如今，零售商存储的数据量以兆兆位计，对每笔交易都要进行记录，这些信息都将返回给分销商。条形码大大提高了供应链的通信效率，以至于有些商店要在商品销售以后才付款。

西门子PLC的两种网络连接器介绍

利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图，在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。如下图所示：

图1网络连接器

带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口。                            

     在其通讯模式中还有自由端口通讯、工业以太网通讯、调制解调器通讯、无线以太网通讯，

·西门子变频器分布式的智能化使产品更灵活
    由于把所有的部件都集成到数字环境中， 从而使得配置和服务变得更加简单，而且工程费用业大大减少。对于SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制而言，最新的模块化以及具有分布式智能化的部件都能达到这一目的，而且更具灵活性。
    为了满足这些特殊功能的要求，我们还提供了各种附加模板。 这些模板不仅可以完成与电机相关的控制功能，而且可以完成特殊部分式过程控制。如T300/T400 模块提供了多种工艺控制功能。如卷曲，张力，同步，定位，多电机等。在箔材机械，造纸机，纺织机，印刷机以及拉丝机等有广泛的应用。于PROFIBUS－DP的CBP模板和用于CAN的CBC模块可以保证SIMOVERT MASTERDRIVES 实现通用的开放式的通讯。SIMOVIS是基于INDOWS平台的调试诊断软件，SIMOVERT MASTERDRIVES的所有参数都具有图形化提示。可以更新处理，及打印参数设置。 并可处理过程数据，及进行诊断操作，也可以实现离线或在线操作。这些也可以在通讯条件下进行。AFE（Active Front End）整流/回馈单元的功能。从结构上看，由于采用了 IGBT 功率元件， 所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流输出为直流，因为它位于电源进线侧， 所以被称为前端。企主动的含义在于，与传统的二级管或可控制硅整流技术相比，主动前端不再是被动地将交流转变成直流，而是具备了很多主动的控制功能。它不仅能消除高次谐波，提高功率因数， 而且不受电网波动的影响， 具有卓越的动态特性。
    主动前端（AFE〕整流单元的工作原理可简述为：AFE整流单元从电网汲取正弦波交流，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值。各次谐波由滤波电路删除。
    ·AFE 整流/ 回馈单元的应用范围：
传输链系统、起重设备、直横剪纸机、太阳能光电应用技术、制糖离心机、榨糖机、机车测试床、风力发电。
    ·AFE 整流/ 回馈单元的优点：
    无谐波污染 
    保持cosα=1 
    电流管理功能 (LCM) 
    无换相失败 
    即使在电网极不稳定的情况下，电压控制器仍能维持恒定的直流环节电压 
    可选的 RFI 抗无线干扰滤波器 
    卓越的动态性能

西门子SIMATIC S7-200系列PLC的特点、产品类型及编程软件

1．S7-200系列PLC的特点：

是SIEMENS公司推出的一种小型PLC

（1）它结构紧凑

（2）扩展性良好

（3）指令功能强大

（4）价格低廉

成为当代各种小型控制工程的理想控制器。

2．S7-200PLC的产品：

（1）集成一定数字I/O点的CPU：CPU221、CPU 222、CPU 224、CPU 226、CPU 226XM

（2）扩展模块：主要有

数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223

模拟量扩展模块：EM231、EM 232、EM 235

通讯模块：EM277、EM241等

其它模块：特殊功能模块

可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。

3．S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。

SIMATIC S7-1200小型可编程控制器简介

2009年5月18日，西门子在西门子北京中心举办了全新小型可编程控制器系列S7-1200发布仪式，自此，这款全球销售的小型可编程控制器系列正式在中国发售。这款SIMATIC家族的新成员集成

PROFINET接口，具有卓越的灵活性和可扩展性，同时集成高级功能，如高速计数、脉冲输出、运动控制等。至此，编程软件STEP 7 Basic V10.5与其完美整合的小型可编程控制器和KTP精简系列形成统一工程系统，为小型自动化领域紧凑、复杂的自动化任务提供了整体解决方案。SIMATIC 系列控制器诞生于1958年，历经50余年锤炼，她已成为全球冶金、交通、环保、市政等各领域均有广泛应用的自动化控制器产品。

SIMATIC S7-1200 小型可编程控制器充分满足于中小型自动化的系统需求。在研发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。SIMATIC S7-1200 集成了PROFINET接口，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用PROFINET工业以太网技术，并对现有的PROFIBUS系统的升级提供了很好的支持。

同时，SIMATIC S7-1200 小型控制器的设计具备可扩展性和灵活性，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展。“信号板” 是S7-1200的一大亮点，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出。这一特点使得系统设计紧凑，配置灵活。同时通过独立的RS-232 或 RS-485通信模块可实现S7-1200通信灵活扩展。

SIMATIC S7-1200 系列的问世，标志着西门子在原有产品系列基础上拓展了产品版图，代表了未来小型可编程控制器的发展方向，西门子也将一如既往开拓创新，引领自动化潮流。

Functions

6ES7 307-1BA01-0AA0 步进可调的稳压开关电源
{开关电源行业门户网}：开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。由于拥有较高的效率和较高的功率密度，开关电源在现代电子系统中的使用越来越普及。开关电源高频化、模块化和智能化是其发展方向。其中，步进可调、实时显示是开关电源智能化研究方向之一。现设计开关电源，技术指标为：输出电压30V至36V可调，最大输出电流2A，有过流保护功能，能对输出电压进行键盘设定和步进调整、步进值1V，并能实时显示输出电压和电流的开关稳压电源。
 
1 总体设计方案
    采用AT89S52单片机为控制核心，对普通的开关电源控制部分进行优化设计，并通过软件编程实现了对开关电源的智能控制。设计中采用隔离变压器将市电变压后通过整流滤波送至DC-DC升压变换器，经过一系列的控制整合电路之后可实现设计要求。系统总体框图如图1．1所示。

1．1 DC-DC主回路拓扑
    采用UC3842和MAX4080构成DC-DC转换电路。UC3842是一块功能齐全、较为典型的单端电流型PWM控制集成电路，内包含误差放大器、电流检测比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元。电流控制型升压DC-DC转换电路，外接元器件少、控制灵活、成本低，输出功率容易做到100W以上。当然，DC-DC转换电路也可以采用成品模块，若用PI公司生产的DPA-Switch设计开关电源具有集成度高、外围电路简单、发热量少、性能指标优良。
   
    由UC3842设计的DC-DC升压电路直接用误差信号控制电感峰值电流，间接地控制PWM脉冲宽度，达到控制输出端电压的目的。开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。当开关管导通时，电感充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管把储存的电能释放到输出电容器中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少由通过电感电流的峰值来控制。具体设计电路如图1.2所示。

1．2 保护电路
    在大电流的情况下容易损坏芯片，所以需要对大电流的情况给予电路保护。设计中采用单片机控制继电器的通断来控制电路中的电流，对输出电路电流采样，采样值与额定值比较，反馈比较电路如图1．3所示，当电流大于2．5A时，则产生信号使单片机进入中断处理程序，使继电器起动，实现DC-DC电路的断电，从而达到保护电路的作用。单片机控制电路如图1．4所示。该方案中单片机控制继电器的吸合时间短，而且易于实现。


1．3 数字设定及显示电路
    采用AT89S52单片机和集成芯片CD4051实现程控和步进，用单片机控制键盘实现输出电压的初始设定，可以实现电压的步进1V，步减1V。使用液晶显示输出电压和电流，可拨动转换开关来选择显示电压／电流模式。
1．4 程序设计
    在设计好相关电路的基础上，通过编程由单片机对开关电源进行智能控制。系统由单片机AT89S52控制，电源系统具有"＋‰"和"－"步进功能，步进幅度为1V。同时AT89S52结合继电器等电路实现了电路过流保护功能，并且能实时显示开关电源的输出电压和电流。程序总流程图和中断流程图如图1(5，6)所示。

2 提高效率
    如何提高开关电源的效率显得尤为重要。在提高开关电源的效率上采取了如下措施。
2．1 DC-DC转换电路中电感在很大程度上影响系统的效率。市场上很难买到符合要求的电感，在绕制时对电感磁芯和漆包线的要求非常高，应将输出电压纹波降到最小。
2．2 DC-DC转换电路中开关管采用MOS管取代双极性晶体管，串联栅极电阻将衰减由MOS输入电容、栅一源电路引线电感所产生的高频寄生振荡。可有效提高转换效率，若选用几个MOS管IRF530并联，可进一步提高效率。
2．3续流二极管选择肖特基二极管，其开启时间短、管压降小，可使电感存储能量大，有利于提高电源转换效率。
2．4二极管、电感和MOS管的栅极最好尽可能地靠近焊接，这样可以减少损耗，有利于提高系统的效率。
 
3 测试数据和分析
3．1 电压调整率SU
    电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压U0的变化率。用自耦调压器调节U2从15V到21V之间变化，在输出电流为2A时候，测量出输出电压，从而得到电压调整率SU。

 
3．2 负载调整率SI
    负载调整率SI指I0在指定范围内变化时，输出电压U0的变化率。改变负载电阻，使输出电流在0～2A以内变化时，得到负载调整率数据如下。

3．3 DC-DC变换器效率
    效率η=P0／PIN，其中P0=U0I0，PIN=UINIIN。用毫伏表在DC-DC模块端口直接读出输入和输出电压电流各值，可得变换器效率。

3．4 纹波电流
    在开关电源设计中，MOS管源极接上1kΩ的电阻，电源滤波处加无极性电容，滤除高频纹波。电流纹波实测数据如下

 
    基于AT89S52的开关稳压电源具有良好智能控制和步进功能，测试数据表明电源系统具有较高的电压调整率和负载调整率，并具有很高的效率，电源在最大输出功率下能连续安全工作足够长的时间。当然可通过对MOS管及相关元器件选择、电路优化设计，或选择DC-DC成品模块可进一步提高电源性能。