救援機(jī)器人的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

1、救援機(jī)器人的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)摘 要在當(dāng)今的社會(huì)條件下，人機(jī)交互界面是用戶了解和使用軟件功能時(shí)直接的也是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)?！叭藱C(jī)交互界面”是指人機(jī)交互中人與機(jī)間相互施加影響的區(qū)域，是人與計(jì)算機(jī)信息交互的媒介，凡參與人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)交互界面。救援機(jī)器人會(huì)在極端惡劣的環(huán)境下實(shí)施救援，這就要求配套的儀器設(shè)備非常先進(jìn)。本文提出了應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)來輔助救援機(jī)器人交互界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。簡要介紹了虛擬儀器技術(shù)以及Labview的概念、特點(diǎn)和優(yōu)勢。然后詳細(xì)闡述了人機(jī)交互界面的各功能模塊、軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。給出了人機(jī)交互和人機(jī)交互界面的相關(guān)知識，通過運(yùn)用微軟操作系統(tǒng)界面的不短更新?lián)Q代和手機(jī)操作系統(tǒng)的例子

2、，講述了了人機(jī)交互界面的發(fā)展歷程。最后介紹了基于Labview技術(shù)在救援機(jī)器人人機(jī)交互界面的開發(fā)利用，并給出了設(shè)計(jì)開發(fā)的有關(guān)步驟，重點(diǎn)是結(jié)合救援機(jī)器人的特點(diǎn)來綜合設(shè)計(jì)。利用Labview的模塊化仿真功能，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的前面板和程序框圖，接著進(jìn)行調(diào)試過程，在程序調(diào)試過程中遇到錯(cuò)誤，及時(shí)查找原因，逐一排查。本文簡要介紹人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的一些過程和救援機(jī)器人相互結(jié)合的有關(guān)內(nèi)容。關(guān)鍵詞：人機(jī)交互界面 Labview 虛擬儀器技術(shù) 救援機(jī)器人 信息交互 模塊化 ABSTRACTIn todays social conditions, human-computer interaction interface

3、 is user to understand and use the software function directly is also an important link. Interface refers to the interaction between human and machine in the influence area, is the human and the computer information interactive media, where human-computer exchange of information involved in all area

4、s of the man-machine interface. Rescue robots will rescue under extreme conditions, this requires supporting equipment is very advanced.This paper presents the application of virtual instrument technology optimization design to assist the rescue robot interface. Briefly introduced the virtual instru

5、ment technology and concept of Labview, characteristics and advantages. And then expatiates on the function module, man-machine interface of the software and hardware structure design. Given the relevant knowledge of human-computer interaction and human-computer interface, through the use of Microso

6、ft operating system interface is not short of renewal and mobile phone operating system example, describes the development process of man-machine interface. Finally, introduced the Labview technology in the development and use of rescue robot based on human-computer interaction interface, and gives

7、the steps of design and development, the focus is combined with the characteristics of rescue robot to integrated design. The use of modular simulation function of Labview, designs the front panel and the program diagram, then the debugging process, an error is encountered in the debugging process,

8、timely find the reasons, one by one. The context is introduced in this paper, the design of man-machine interactive interface of some process and rescue robot.Key Words: The man-machine interfac； Labview； The virtual instrument technology；Rescue robot；Information interaction 1天津理工大學(xué)2014屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)

9、論文）目 錄 摘要 ABSTRACT 1 第一章 緒論 1.1引言1.2課題的研究背景及意義1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.4研究方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 第二章 虛擬儀器和Labview基礎(chǔ)理論2.1 虛擬儀器技術(shù)概述2.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類2.3 Labview開發(fā)技術(shù) 2.3.1 Labview的功能與特點(diǎn) 2.3.2Labview編程界面設(shè)計(jì)2.4本章小結(jié)3 第三章 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)3.1 人機(jī)交互和人機(jī)交互界面3.2 人機(jī)交互界面的發(fā)展3.3人機(jī)交互界面的開發(fā) 3.3.1 微軟操作系統(tǒng)的人機(jī)界面 3.3.2 手機(jī)操作系統(tǒng)的人機(jī)界面3.4本章小結(jié)4 第四章 救援機(jī)器人的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)4.1救援

10、機(jī)器人的現(xiàn)狀4.2人機(jī)界面的仿真設(shè)計(jì)4.3本章小結(jié)參考文獻(xiàn)致謝 第1章 緒論1.1 引言我國是世界上災(zāi)難頻發(fā)的國家之一，具有災(zāi)害種類多、發(fā)生頻率高和分布地域廣等特點(diǎn)。如果能夠使用具有探測救援能力的機(jī)器人，通過接受控制中心的命令，有效地在危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行搜救或返回有用信息，將會(huì)為營救人員提供最有效的幫助，具有十分巨大的應(yīng)用價(jià)值。為了能順利開展災(zāi)害救援工作減少人員傷亡需要研制救援機(jī)器人代替救援人員進(jìn)入復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行救援任務(wù)，救援機(jī)器人屬于危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人為適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人應(yīng)該一種具有環(huán)境認(rèn)知行為決策運(yùn)動(dòng)控制等能力的智能移動(dòng)機(jī)器人。救援機(jī)器人指的是為救援而采取先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研制的機(jī)器人，如地

11、震救援機(jī)器人，它是一種專門用于大地震后在倒塌的房屋廢墟中尋找幸存者的機(jī)器人。這種機(jī)器人配備了彩色攝像機(jī)，熱成像儀和先進(jìn)的導(dǎo)航通訊系統(tǒng)。2011年3月,日本發(fā)生了福島核事故。在事故初期,由于未及時(shí)應(yīng)用機(jī)器人技術(shù),使東京電力公司,甚至日本政府都承受了較大壓力,在事故處理后期,機(jī)器人在航空拍攝、反應(yīng)堆廠房環(huán)境監(jiān)測、路障清除、應(yīng)急裝備安裝等方面均發(fā)揮了重要作用,使人們更加清楚地認(rèn)識到機(jī)器人對核電站事故處理的意義。 1.2課題的研究背景及意義在世界各地由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事故等原因，災(zāi)難時(shí)常發(fā)生。印尼海嘯、日本核泄漏等一些列大的災(zāi)難事故中，救援人員僅僅只有48小時(shí)的黃金救援時(shí)間，用于在倒塌的

12、房屋中搜救人員，在這種特殊的情況下救援機(jī)器人就發(fā)揮了很大的作用，可以給救災(zāi)任務(wù)提供很大的幫助。因此，一個(gè)成熟的救援機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用就成為救災(zāi)能否成功的關(guān)鍵，救援機(jī)器人的重點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)和救災(zāi)人員的有效溝通，而人機(jī)交互界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)就成為重中之重。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)對“人機(jī)交互界面”的研究也日益升溫，從事設(shè)計(jì)界面的人越來越多，把該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到救援當(dāng)中也成為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)。 本文重點(diǎn)應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)的界面仿真，設(shè)計(jì)出符合人們使用習(xí)慣的交互界面。 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，以及這些技術(shù)在測控和信號等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了

13、巨大變化。從最初的模擬儀器到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式系統(tǒng)儀器和智能儀器，新的測試?yán)碚?、測試方法不斷的應(yīng)用于實(shí)踐，儀器技術(shù)領(lǐng)域的各種創(chuàng)新積累使現(xiàn)代測量儀器的性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，從而使儀器的概念和形式發(fā)生了巨大的變化，出現(xiàn)一種全新的儀器概念虛擬儀器。Labview是美國研發(fā)的軟件，美國Focus軟件公司和Sensor Developments公司采用虛擬儀器技術(shù)測量飛機(jī)飛行狀態(tài)中的螺旋槳應(yīng)力分布；美國空軍采用一套基于 VXI 和 LabVIEW 的虛擬儀器測量系統(tǒng)代替了3套傳統(tǒng)測試系統(tǒng)；G System 公司基于 5 套 NI PXI 機(jī)箱實(shí)現(xiàn)了分布式同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于洛克希德馬丁 F-35

14、戰(zhàn)斗機(jī)不同子系統(tǒng)綜合時(shí)的測試；西班牙采用虛擬儀器研究微重力條件下的燃燒；在 1993 年，NASA 在哥倫比亞航天飛機(jī)飛行任務(wù)中采用虛擬儀器研究太空中宇航員的大腦如何處理內(nèi)耳信號、視覺以及其它感覺的聯(lián)合作用，以弄清宇航員的暈機(jī)癥狀。虛擬儀器技術(shù)在 1997 年開始走入中國市場，雖然國內(nèi)對虛擬儀器的研究起步較晚，但近些年在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺也取得了一批矚目的成果。北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司為推動(dòng)虛擬儀器在中國的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。在國內(nèi)眾多的研究領(lǐng)域中，尤其在測試測量、控制、仿真、兒童教育、

15、快速開發(fā)、跨平臺領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。 1.4 研究方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本論文主要研究通過labview設(shè)計(jì)出交互界面，采用圖形化軟件開發(fā)環(huán)境labview完成對救援機(jī)器人的輔助設(shè)計(jì)，并且在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。論文各章節(jié)內(nèi)容具體安排如下：第1章 ：緒論。本章主要介紹了本課題的研究背景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，還有該課題的實(shí)際研究意義。在具體的自然災(zāi)害面前，救援機(jī)器人如何的更為巧妙的工作已經(jīng)如何和救援使用者進(jìn)行良好的溝通。第2章 ：虛擬儀器和labview基礎(chǔ)理論。對虛擬儀器技術(shù)和labview做了相關(guān)簡要的敘述，介紹了labview的發(fā)展歷程、基本構(gòu)成以及分類和特點(diǎn)。并闡述了圖形化開發(fā)軟件的優(yōu)勢以及程

16、序設(shè)計(jì)過程。第3章 ：人機(jī)交互界面的模塊化設(shè)計(jì)。先介紹人機(jī)交互界面的相關(guān)知識，對人機(jī)交互的一些基本理論做簡要的介紹。在接著通過對各個(gè)模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用圖形化軟件合理規(guī)劃出最優(yōu)的符合救援者使用的界面。 第四章：救援機(jī)器人的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。把救援機(jī)器人和人機(jī)交互界面技術(shù)結(jié)合起來，采用基于Labview的設(shè)計(jì)開發(fā)出合理的交互界面。第2章 虛擬儀器和labview基礎(chǔ)理論 2.1虛擬儀器技術(shù)概述所謂虛擬儀器，就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺上，根據(jù)用戶對儀器的設(shè)計(jì)定義，用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬控制面板設(shè)計(jì)和測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種

17、形式表達(dá)和輸出檢測結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能顯現(xiàn)信號的運(yùn)算、分析、處理；利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集與調(diào)理，從而完成各種測試功能的計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。用戶通過鼠標(biāo)、鍵盤或者觸摸屏來操作虛擬面板、就如同使用一臺專用的測量儀器一樣，實(shí)現(xiàn)所需要的測量目標(biāo)。因此，虛擬儀器的出現(xiàn)，使測量儀器與計(jì)算機(jī)的界面變得模糊了。虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包含了以下兩個(gè)方面的含義。 虛擬儀器的面板是虛擬的。傳統(tǒng)儀器通過設(shè)置在面板上的各種“開關(guān)”、“旋鈕”等來完成一些操作和功能，這些“開關(guān)”、“旋鈕”等都是實(shí)物，而且是用手動(dòng)或觸摸來實(shí)現(xiàn)的，而虛擬儀器面板上的“開關(guān)”、“旋鈕”等，它們的外形是與實(shí)物和傳統(tǒng)儀器的“開關(guān)

18、”、“旋鈕”等相像的圖表，其操作通過計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)和鍵盤來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際功能通過相應(yīng)的軟件程序來實(shí)現(xiàn)。 虛擬儀器的測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)儀器是通過設(shè)計(jì)具體的電路來實(shí)現(xiàn)儀器的測量測試及分析功能，而虛擬儀器是在以計(jì)算機(jī)為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)儀器功能的，這也充分體現(xiàn)了測試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下3個(gè)特點(diǎn)。 不強(qiáng)調(diào)物理上的實(shí)現(xiàn)形式虛擬儀器通過軟件功能來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)顯示這3部分的物理功能。它充分利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、分析和處理以及測試

19、結(jié)果的顯示等，通過軟、硬件的配合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能。在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)部共享軟硬件資源。 圖形化的軟件面板虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形軟件，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。2.2虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類虛擬儀器通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來，完成對被測量的采集、分析、處理、顯示、存儲(chǔ)、打印等功能。從實(shí)現(xiàn)方法上將，虛擬儀器由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示圖2-1

20、 虛擬儀器組成結(jié)構(gòu)圖1.虛擬儀器的硬件平臺虛擬儀器硬件的作用是獲取測試對象的被測信號，它是由計(jì)算機(jī)和I/O接口設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)是虛擬儀器硬件平臺的核心，一般為個(gè)人計(jì)算機(jī)或者工作站。I/O接口設(shè)備是為計(jì)算機(jī)配置的電子測量儀器硬件模塊，主要包括各種傳感器、信號調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集器（DAQ）等。電子計(jì)算機(jī)及其配置的電子測量儀器硬件模塊組成了虛擬儀器測試硬件平臺的基礎(chǔ)。2. 虛擬儀器的軟件虛擬儀器軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運(yùn)行的命令環(huán)境。虛擬儀器軟件包括接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用程序。下圖顯示虛擬儀器軟件層次結(jié)構(gòu)：應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境應(yīng)用軟

21、件儀器驅(qū)動(dòng)程序I/O接口軟件 圖2-2 虛擬儀器軟件層次結(jié)構(gòu)接口軟件是為虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層提供信息傳遞的底層軟件，是實(shí)現(xiàn)開放、靈活的虛擬儀器的基礎(chǔ)。接口軟件的功能是直接對儀器進(jìn)行控制，完成數(shù)據(jù)讀寫。儀器驅(qū)動(dòng)程序是連接虛擬儀器應(yīng)用軟件與借口軟件的紐帶和橋梁，其功能是為虛擬儀器應(yīng)用軟件層提供抽象的儀器操作集。虛擬儀器應(yīng)用軟件直接面向操作用戶，提供了快捷、友好的測控操作界面，以及圖形、圖表等數(shù)據(jù)顯示方式。3. 虛擬儀器的分類根據(jù)所使用的儀器硬件不同，虛擬儀器硬件系統(tǒng)可以分為PC-DAQ系統(tǒng)、GPIB系統(tǒng)、VXI/PXI/LXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)等。（1） PC-DAQ系統(tǒng)PC-DAQ系統(tǒng)是以數(shù)

22、據(jù)采集板、信號調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)（2） GPIB系統(tǒng) GPIB系統(tǒng)是以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試。（3） VXI/PXI/LXI系統(tǒng) VXI/PXI/LXI系統(tǒng)是一類模塊化的儀器系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)與工控機(jī)類似。每種儀器都是一個(gè)計(jì)算機(jī)插件，每種儀器都沒有硬件構(gòu)成的儀器面板，而由計(jì)算機(jī)顯示屏幕替代。（4）串口系統(tǒng) 串口系統(tǒng)是以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。（5）現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)以Field Bus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC為硬件平臺，具有可靠高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、造價(jià)低以維

23、護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。2.3 Labview開發(fā)技術(shù)2.3.1 Labview的功能與特點(diǎn)Labview是具有圖形化的編程語言，自然、直觀、簡潔的程序開發(fā)方式大大降低了學(xué)習(xí)難度。LabVIEW 的出現(xiàn)大大提高了虛擬儀器的開發(fā)效率，降低了對開發(fā)人員的要求。LabVIEW 所包含的各種特性使其成為開發(fā)測試測量、自動(dòng)化測試及控制應(yīng)用領(lǐng)域的理想工具。LabVIEW 提供了一個(gè)非常直觀的編程環(huán)境，結(jié)合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與強(qiáng)大的文本編程語言的優(yōu)勢，并提供了專為大型應(yīng)用開發(fā)和應(yīng)用配置設(shè)計(jì)的附加開發(fā)工具包，包括應(yīng)用程序生成器、源代碼控制、圖形比較以及復(fù)雜矩陣運(yùn)算等功能。LabVIEW不僅是一種編程語言，還是

24、一種用于測量和自動(dòng)化的特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，也是一種用于快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用程序的高度交互式的開發(fā)環(huán)境。LabVIEW 具有一個(gè)一目了然的編程環(huán)境，結(jié)合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與強(qiáng)大的文本編程語言的優(yōu)勢，并提供了專為大型應(yīng)用開發(fā)和應(yīng)用配置設(shè)計(jì)的附加開發(fā)工具包，包括應(yīng)用程序生成器、源代碼控制、圖形比較以及復(fù)雜矩陣運(yùn)算等功能。LabVIEW不僅是一種編程語言，還是一種用于測量和自動(dòng)化的特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，也是一種用于快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用程序的高度交互式的開發(fā)環(huán)境。LabVIEW的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；（1）采用了圖形化的編程方法，提供了豐富的圖形控件，把設(shè)計(jì)者從錯(cuò)綜復(fù)雜的軟件編程中解

25、放出來。（2）利用數(shù)據(jù)流方法，在運(yùn)行過程中，采取高亮度方法，可以顯示具體的運(yùn)行過程，方便易懂，便于學(xué)習(xí)。（3） 軟件自身帶有編譯器，可以在用戶一邊完成編寫程序的同時(shí)進(jìn)行編譯。在調(diào)試過程中，遇到錯(cuò)誤可以顯示出來，供使用者在程序框圖中進(jìn)行合理的連接線路解決錯(cuò)誤。（4）內(nèi)建了500多個(gè)分析函數(shù)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和信號處理能力，此外還能進(jìn)行三維建模，對一些復(fù)雜的函數(shù)圖像進(jìn)行近似的描述。（5）提供了大量的驅(qū)動(dòng)和專用工具，幾乎能夠與任何接口的硬件實(shí)現(xiàn)輕松連接。2.3.2Labview編程界面Labview的編程設(shè)計(jì)過程包含兩個(gè)設(shè)計(jì)；前面板的設(shè)計(jì)和程序框圖的設(shè)計(jì)。前面板是一個(gè)用戶界面，該界面用來模擬真實(shí)儀

26、器前面板，由輸入控件和顯示控件組成，這些控件是VI的輸入/輸出端口。前面板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不但要求外型美觀、形象生動(dòng)，而且還要操作簡單，易于控制。此外，程序框圖的設(shè)計(jì)，則要求設(shè)計(jì)算法簡單、程序具有開放性、整齊劃一性，并使用模塊化程序設(shè)計(jì)方法。圖2-3所示為一個(gè)前面板實(shí)例，其中包含一個(gè)波形顯示控件、一個(gè)用于調(diào)節(jié)波形幅度的轉(zhuǎn)盤控件和一個(gè)While循環(huán)停止按鈕。圖2-3 Labview前面板每一個(gè)前面板都有一個(gè)程序框圖與之對應(yīng)，與圖2-3對應(yīng)的程序框圖如圖2-4圖2-4 Labview 程序框圖結(jié)合上述例子可以概括出Labview程序設(shè)計(jì)的大致過程為： 在前面板中選取所需的各種控制及顯示部件完成人機(jī)交互界

27、面的設(shè)計(jì)。這一步驟主要是設(shè)置程序參數(shù)輸入控件以及執(zhí)行結(jié)果顯示輸出控件； 在程序框圖窗口中選取實(shí)現(xiàn)所需功能的函數(shù)，完成子程序函數(shù)； 使用工具選擇板中的連線工具連接所選的各種模塊。在連線完畢之后若運(yùn)行按鈕為不可運(yùn)行狀態(tài)，表示存在語法錯(cuò)誤，可以使用 LabVIEW 的調(diào)試工具查找連線錯(cuò)誤、分析錯(cuò)誤原因，完成修改。在程序運(yùn)行過程中，可以選擇高亮度運(yùn)行，清晰的顯示出數(shù)據(jù)流的方向； 運(yùn)行程序，觀察分析運(yùn)行結(jié)果，完成程序調(diào)試。2.4 本章小結(jié)第3章 人機(jī)交互界面的模塊化設(shè)計(jì)3.1 人機(jī)交互和人機(jī)交互界面人機(jī)交互是基于人機(jī)工程學(xué)、設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉學(xué)科，它主要研究人與計(jì)算

28、機(jī)之間的交互，其中人機(jī)交互界面是研究的核心。人與機(jī)器之間的對話是通過一定的人機(jī)界面來實(shí)現(xiàn)的，因此在開發(fā)過程中，人機(jī)交互和人機(jī)界面通常作為同義詞使用。人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器之間的信息傳輸，人機(jī)交互設(shè)計(jì)的目的是在設(shè)計(jì)過程中引入可用性，從實(shí)際用戶的角度開發(fā)易用、有效而且令人滿意的交互式產(chǎn)品。人機(jī)交互界面可分為廣義和狹義的概念。廣義的人機(jī)界面主要是指“機(jī)”的廣泛性，在人機(jī)系統(tǒng)模型中，人與機(jī)之間存在一個(gè)相互作用的“面”，稱為人機(jī)界面，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上。機(jī)器的各種反饋都“作用”于人，人通過感官接受來自機(jī)器的信息，通過大腦的加工、處理，然后做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的信息交互。人機(jī)系

29、統(tǒng)中有三個(gè)要素：即人、機(jī)以及人與機(jī)之間的界面。從人機(jī)界面的各個(gè)要素來看無論是軟件界面還是硬件界面都是和人聯(lián)系在一起的。 如下圖3-1所示為狹義的人機(jī)交互模型圖3-1 狹義的人機(jī)交互模型人機(jī)界面的研究對象主要是人與機(jī)，人與機(jī)之間交互信息的媒介就是人機(jī)交互界面。人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)就是研究人和機(jī)之間如何實(shí)現(xiàn)良好的無障礙溝通。因此，在認(rèn)知心理學(xué)、審美心理學(xué)與人的動(dòng)作行為等理論與規(guī)律研究和融合后，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的信息反饋環(huán)節(jié)上，充分運(yùn)用人們?nèi)菀桌斫馀c記憶的圖形以及少量文字，加以色彩的運(yùn)用，使用戶在操作計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)向人顯示狀態(tài)和處理結(jié)果的交互關(guān)系中，可以得到最大方便與高效。目前人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)在視覺、

30、聽覺和嗅覺等通道，以比喻、表達(dá)、認(rèn)識、聲音、運(yùn)動(dòng)、圖像和文字等傳遞信息并感知信息。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，在一些重要的領(lǐng)域內(nèi)，人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)和一些特定的技術(shù)完美的相互結(jié)合起來，開發(fā)出了一系列實(shí)用的產(chǎn)品，典型的案例就是救援機(jī)器人和人機(jī)交互界面技術(shù)的相互融合。3.2 人機(jī)交互界面的發(fā)展 伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)算速度和效率有了大幅度的提升。與此同時(shí)，人機(jī)界面的發(fā)展也有了長足的發(fā)展。目前，常見的人機(jī)界面劃分是以下三個(gè)階段：（1） 字符交互界面（Characteral User Interface，簡稱 CUI）早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要通過字符的方式與使用者交互，它的用

31、戶界面也因此被稱為字符用戶界面。此時(shí)的計(jì)算機(jī)和它的使用者通過一種人機(jī)都能理解的中間語言進(jìn)行交互。主要有形式語言、自然語言和類自然語言等主要形式。這種通過人機(jī)都認(rèn)可的語言進(jìn)行交流的方式很明顯不能更多的考慮用戶使用的體驗(yàn)感和專業(yè)程度。（2） 圖形交互界面（Graphic User Interface，簡稱GUI）上個(gè)世紀(jì)80年代初，美國Xerox公司Alto計(jì)算機(jī)首先使用Smalltalk-80程序設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，和后來的以蘋果Macintosh 為首的計(jì)算機(jī)，是圖形化用戶界面開始流行并被用戶接受的標(biāo)志。GUI是以WIMP（windows窗口、Icons圖符、Menu菜單、Pointing Devi

32、ces點(diǎn)設(shè)備）方式通過用戶的直接操作，實(shí)現(xiàn)所見即所得的交互模式。圖形用戶界面的流行是計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步的重大成果之一。使用者不再需要去記憶復(fù)雜的語法來操作界面，而是通過圖形化的菜單、桌面和鼠標(biāo)的方式進(jìn)行操作，這種圖形用戶界面很大程度上方便了非專業(yè)用戶的使用。(3) 多模態(tài)交互界面（Multimodal User Interface，簡稱MUI） 多通道用戶界面是人機(jī)交互界面未來發(fā)展的第三個(gè)階段，它充分利用多種感覺和運(yùn)動(dòng)通道的互補(bǔ)特性捕捉使用者的意向，從而有效地增進(jìn)人機(jī)交互中的人性化。相比人來說，人主要通過嗅覺、聽覺、視覺來感知事物；此外，通過雙手來操作事物，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)

33、展到今天，人機(jī)交互技術(shù)經(jīng)歷了翻天覆地的變化，主要從下面的幾個(gè)角度來觀察和總結(jié)人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展變化和進(jìn)一步的趨勢。（1） 表現(xiàn)形式 過去經(jīng)歷了預(yù)處理、命令接口、文本菜單、多媒體、多通道用戶界面和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（2） 信息載體經(jīng)歷了以文本為主的字符用戶界面，以二維圖形為主的圖形用戶界面和多媒體用戶界面,計(jì)算機(jī)與用戶之聞的通信帶寬不斷提高。3.3 人機(jī)交互界面的開發(fā)3.3.1 Win7操作系統(tǒng)的人機(jī)界面眾所周知，微軟開發(fā)的Windows是迄今為止用途最廣泛的操作平臺，它有時(shí)也被稱為“視窗操作系統(tǒng)”。它誕生于1985年，最早只是MS-DOS模擬環(huán)境，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一步步更新?lián)Q代到現(xiàn)在。從微軟三十幾年的發(fā)展中，我們可以發(fā)現(xiàn)從Windows 3.0、95、98、2000到經(jīng)典的Windows XP、直到最新的Win7。每一次新的版本誕生，其操作界面就會(huì)越來越美觀和易用。在Windows界面中，窗口、圖標(biāo)、鼠標(biāo)指針是我們進(jìn)行