智能时代 如何实现嵌入式人机交互界面

          今天，嵌入式系统的应用已经渗入到社会生产、生活的各个方面，嵌入式系统相对之前的电子计算机系统有低功耗、体积小、性能强、稳定性高，以及周边器件allinone等特点。然而对于普通用户来说嵌入式系统最突出、最重要的特性还是良好的人机交互功能。嵌入式设备之所以能与用户亲密接触，最重要的因素就是它可以提供友好的用户界面、图像界面、灵活的控制方式、对专业知识要求低，甚至不需要嵌入式的知识就能让人们很快、很容易掌握嵌入式产品的使用方法，因此在嵌入式系统开发工作中人机交互界面的开发设计就显得尤为重要，值得设计开发人员深入了解，认真思考。
　　
　　要开发一个理想的嵌入式人机交互界面，需要考虑多重因素。其中主要因素括行业特点、嵌入式硬件、嵌入式软件以及UI设计等四个方面，接下来将对这些因素逐一进行介绍。
嵌入式系统已渗透入社会生活的各个领域，不同行业对于嵌入式人机交互会产生不同的理解，提出不同的诉求。因此，开发嵌入式人机交互界面时必须要充分考虑这些行业特点。现阶段，嵌入式产品的行业分布大致可划分为五类即：消费类、工业类、汽车类、军工类和医疗类。其中消费类嵌入式人机交互界面设计更多侧重于视觉效果、触摸体验与互动节奏；工业类嵌入式人机交互界面设计则更偏重于实时监控、直观表达与精确控制；汽车类嵌入式人机交互界面设计对人机工程学方以及安全稳定性方面需有更多考量；军工类嵌入式人机交互界面设计要确保可靠性、稳定性、安全性、便捷性；医疗类嵌入式人机交互界面设计必须考虑医院环境，医患使用场景等重要因素。
嵌入式人机交互界面开发，首先要基于适合的硬件平台系统方能实现其功能，硬件平台系统的核心是嵌入式处理器。截止07年全球嵌入式处理器体系结构超过30个，型号多达千种以上。业界一般将嵌入式处理器分为EMPU（嵌入式处理器）、MCU（嵌入式微控制器）、DSP（嵌入式数字信号处理器）和SOC（嵌入式片上系统）四大类。现阶段嵌入式人机交互界面开发主要集中于EMPU中的X86和ARM架构的芯片，而ARM架构芯片越来越呈现出强劲的后来居上的姿态。在ARM芯片队伍里根据应用主要分为消费类ARM芯片和工业、汽车类ARM芯片两大类。其中生产消费类ARM芯片主要有苹果公司、高通、三星、英伟达、菲利普等，生产工业、汽车类ARM芯片的公司主要包括飞思卡尔、TI等。
　　
　　选择适合的嵌入式芯片后，开发人员往往会根据需要创建一个系统功能的模型设计，模型主要是考虑软件的数据结构、总体结构和过程性描述，在这个模型中界面设计一般只作为附属品。接下来根据模型硬件层面必须解决系统的烧写与启动、驱动加载、程序调度、输入输出、显示与控制等一系列基础问题，因此嵌入式人机交互界面开发人员对于相关嵌入式硬件知识应具备足够的理解与掌握。
嵌入式人机交互界面开发的另一个基本要素就是嵌入式软件操作系统。嵌入式操作系统种类很多，不同的操作系统对于开发者的进入门槛、知识结构的要求有所不同。从实时性角度嵌入式操作系统可分为面向控制、通信等领域的实时性操作系统和面向消费类电子的非实时性操作系统；从应用角度嵌入式操作系统可分为专用型和通用型两类。专用型嵌入式操作系统主要有IOS、SmartPhone、PocketPC、Symbian、PalmOS等主要针对如手机、平板电脑等专用领域。通用型嵌入式操作系统主要有Linux、WinCE、Android、VxWorks、QNX等，没有限定具体的应用方向，应用比较广泛。
　　
　　选择开发用的操作系统时，应考虑到该操作系统的主要应用方向，IOS、Symbian、PalmOS仅针对消费电子，Android侧重于消费电子，Linux、WinCE主要应用于工业领域，VxWorks、QNX在军工方面多有建树。需要特殊指出的是苹果公司IOS系统属于封闭系统，开发者仅能针对应用程序界面进行开发，无法修改系统界面。目前，嵌入式人机交互界面开发可以选择操作系统主要分为WinCE和Linux两大阵营，随着2012年底微软公司宣布Wince停止更新，越来越多的开发人员在选择操作系统时转而选择Linux以及Linux衍生出的Android等操作系统。有了合适的操作系统，开发人员接着应该考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式等人机交互界面设计的典型问题，以便开发出具备更高抽象化程度和更好可交互性的界面。
嵌入式人机交互界面较之以往的人机交互类设备，具备更直观、更灵活、更生动的人机交互户方式，因此人机交互界面的设计也应该遵循更人性化的设计原则，基于用户的思维和工作模式，而不是移动设备的功能和特点。如果界面不吸引人、逻辑不合理，再好的应用程序也不会受到用户的青睐，但是一个漂亮的、吸引人的人机交互UI不仅能够增加用户对应用程序的喜爱，还能增强应用程序的功能，从而增加用户对应用程序的粘性。在嵌入式人机交互UI设计过程中，要以贯穿用户为中心，充分了解人物，并遵循以用户为中心的基本设计原则，顺序原则，功能原则，一致性原则，频率原则，重要性原则，面向对象原则，才能设计出好的人机界面。
　　

Keyence FS-17 Photoelectric Sensor Amplifier Unit

2 Ea. Lumberg 8 Port Actuator / Sensor Box ASB8-5/4

Hewlett Packard / Agilent HP10833G 8 Meter GPIB Cable

6 each Compaq 224386-002 PS2 KVM Cable 6 Foot

3 each SMC CDQSB16-75DC 16 Bore 1-MPa Pneumatic Cylinde

Powerstat Variac 1HMS07UK 0-120v/140v 7.5A 400Hz

Tennelec 535P Timer/ Multi-Scaler NIM BIN Plug In

Lot of 8 Pyrotronics DT-200F Thermal Detectors UNUSED

Ortec 442 Linear Gate Stretcher for Parts

Elpac BFS 100-12 模块

Klockner Moeller DIL2M-G Motor Contactor 75 Amp 600 VAC

Nub Data NIM BIN Plug-In Analog-to-Digital Converte

EF Johnson RS-5300 Radio Control Head 023-5300-081

Klockner Moeller PKZMO-2.5 DIN Rail Protective Motor Sw

Block TYP NTD 50 VDE 0551 / EN 60742 230V to 24V

Q-Bus DEC M7941 PARALLEL INTERFACE 16-BIT MODULE

3 ea. Tellabs 847201 84.7201 2W  3G2A5-OC223 Switched Gain Repeater

3 ea. Tellabs 824201 82.4201 Terminating Sets UNUSED

Sylvania BS 575 SE HR Brite Arc Singe Ended Discharge L

8 each,/Unused SMC VQ100 Series - VQ11OU-5F 24VDC

AB 800T-3TZ 模块&

TDK TAS Parts - CNEXT TAS-SW-Rev.1.20 RIN16 RIN8 RIN12

Opto 22 G4PB24 Interface Board with 12, G4 IDC5 Relay M

Ziatech ZT 88CT85 18 - 36 3G2A5-OC223  VDC Power Supply Board

Honeywell Gas/Air Pressure Switch C437H-1027 UNUSED

Canberra 1772 Counter/Timer NIM BIN Plug In

HNU 11.7 EV Photo Ionizer Probe for 101 Series

HNU 11.7 EV Photo Ionizer Probe for 101 Series

DEC 29-25334-00 LN03 控制器

Nor-Cal ? Check Valve / Muffler / Back Pressure L@@K

Starrett S167C Machinist Stainless Steel Radius Gauge I

Starrett S167C Machinist Stainless Steel Radius Gauge S

Kniel CP 24.6 Primary Switch PS 24V output

12 Each DVE DSA15P05 5v 2.5A DC Adaptor Switching Power

12 Each Technics-GP  3G2A5-OC223  TESA1G-0503000 5V 2.5A DC Switching

Lot 3, BUSS Low-Peak Dual Element Time Delay Fuse 200kA

Loctite 98443 Control Timer + 98440 Footswitch!

2 Each Cisco 72-0870-01 14' 125V 20A Heavy Duty Power

Hastings Mass Flow Transducer ALL-500P

Festo ADVU-63-54-P-A Pneumatic Cylinder

欧姆龙Omron S82K-05024 模块

Pilz Safety Relay PNOZ 5 2S, 474590, 24V, 2.5W, DIN,

HP Agilent 3476A Workbench Digital Autoranging Multimet

3 Each SMC 10 Port Pneumatic 3G2A5-OC223  Multiconnector

Alcab 2WFXO 2WFX0 CP2000 Channel Card -

Matheson Gas Products Hydrox Carrier Gas Purifier 8301

Matheson Gas Products Hydrox Carrier Gas Purifier 8301

Treadlite Footswitch NaiS Multirange Timer, Omron Relay

Treadlite II Footswitch + 12V Device Control Timer!

Moore Industries RBT Resistance Bulb Transmitter

Moore Industries LIT Linear Integrator NICE CLEAN

7 ea, Southco Stainless  3G2A5-OC223 Steel Flush Paddle Latch 2"x1.5

Kimax Soxhlet Extractor 45/50 ST 12.5" Length Lab Glass

Proximity Controls Rotary Position Switch 12AD6 NEMA4

Lot of 4 Assorted Weidmuller Moeller Controller Modules

Oriental Motor MSP301N 控制器

6 ea GE Ericsson MPA SpeakerMicrophone 19B801586P1

Nub-Chicago 27004 Biased Amplifier NIM BIN

S&C SM-5 Fuse Refill Unit 382420R4 14.4KV 420 Amp-

Lot of 4 Honeywell ST71A-1034 3G2A5-OC223  Plug Purge Timers 90 Sec

2 Kilograms Zeolite Molecular Sieve 4A Adsorbant Powder

Powerstat Variac 1HMS07UK 7.5A 0-120v/140v 400Hz

HP / Agilent 3476A Autoranging Digital Workbench Multim

IFM Electronics Flow Monitor ST1605 Efector ST 1605

Analog Devices Model 922 5VDC Power Supply UNUSED

100 each, B-line B1516S 1" EMT - 3/4" Rigid Pipe Clamp

Sentrol 2814TM Maximum Security Magnetic Contacts 2814

Asco Red-Hat 8344A700M0 Valve 1/4" UNUSED

SMC 13-MGPL20-5-Y59BS 驱动器

Pall Gelman Sciences 4320 Easy Pressure 25mm Syringe Fi

ISA White Slide Bar Shower Set 34102 Italian Made!

Newport NRC 20 Mounting Plate Base

Asco 2-way Manual Reset 3G2A5-OC223  Solenoid Valve, 1/4", 110VAC

Gemu 604/6/D31245A-2 HPW 2 / 2 Way Diaphragm Valve

Matheson Gas Products Hydrox Carrier Gas Purifier 8301

2 Each Hospital Grade Heavy Duty Power Cords 10' 125V P

2 Each 12' Heavy Duty Power Cords NEMA L5-20 125V 20A

2 Each 14' Heavy Duty Power Cords 125V 20A 12/3 AWG

Dayton Punches, Assorted Sizes, & Used.

Burkert Solenoid  3G2A5-OC223  331-E-5/32-F-SS-MAN 242VDC 8W 35PSI 45

5 Each Turck VB 80-5 Eurofast Receptacle 8 Port

Lempco Vintage Die Shank Sets UNUSED - Great Deal!

Square D 8501 - XO 40 Relay

Motorola NTN8076A Dual Charger for Visar Portable Radio

Acopian US 24 Socket PlugIn Power Supply Plug In UNUSED

Ohmite Open Type 3G2A5-OC223  Shorting Tap Switch T10012SE UNUSED

1 Each, Balluff Inductive Proximity Sensor Switch BES 5

10 Each Stainless Steel Pulley Wheels - 1.74in Diameter