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西門子6SL3300-7TG37-4AA0

把人機(jī)界面部分從主系統(tǒng)中獨立出來，用戶所有輸入的指令由單片機(jī)來處理，減少了主系統(tǒng)的工作量，使整個系統(tǒng)模塊化，便于開發(fā)和調(diào)試，提高了可靠性和穩(wěn)定性．另外，這種人機(jī)界面設(shè)計具有通用性，便于移植到各種嵌入式系統(tǒng)中。本系統(tǒng)選用MSP430nF149單片機(jī)，是基于以下三個方面的原因：

    ①OSD功能需要經(jīng)常刷新，并且要處理與主機(jī)部分的數(shù)據(jù)交換，要求單片機(jī)的計算速度足夠高，并且要求嵌入式系統(tǒng)能夠長時間正常運轉(zhuǎn)，且芯片功耗低。
    ②實時操作系統(tǒng)本身要耗費一部分內(nèi)存，同時0SD功能要求建立字庫，要求內(nèi)存空間足夠大，否則要外接閃存，增加設(shè)計的復(fù)雜度及成本。
    ③要連接鍵盤電路，需較多I／O口。
MSP430系列單片機(jī)是由TI公司開發(fā)的16位單片機(jī)。其突出特點是強(qiáng)調(diào)超低功耗，適合于各種功率要求低的應(yīng)用；有較高的處理速度，在8 MHz晶振的驅(qū)動下，指令周期為125ns;MSP430F149具有60 KB的Flash ROM和2 KB RAM，可滿足系統(tǒng)程序量和數(shù)據(jù)量大的要求，可以解決因為加載實時操作系統(tǒng)而增加的內(nèi)存需求，具有2個串行通信接口，其中一個串口用于跟主系統(tǒng)通信，另一個可用于控制其他外圍模塊；具有48個可獨立編程的I／O口，其中有2個具有中斷功能的8位并行端口，在設(shè)計按鍵電路時，可方便地采用中斷方式識別鍵值。

2、軟件設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 實時操作系統(tǒng)
μC／OS—II是一個源碼開放，擁有搶占式內(nèi)核，支持多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)；任務(wù)被分為休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)和被中斷態(tài)五種狀態(tài)，內(nèi)核根據(jù)任務(wù)所處的狀態(tài)對任務(wù)作相應(yīng)的處理，已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級任務(wù)可以剝奪正在運行的低優(yōu)先級任務(wù)對CPU的使用權(quán)。系統(tǒng)大部分代碼采用C語言編寫，與硬件相關(guān)的部分很集中，并給出了規(guī)范的接口說明，移植相當(dāng)方便，可應(yīng)用于目前大多數(shù)型號的8位、16位、32位CPU。μC／OS—II提供的僅僅是一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，對硬件系統(tǒng)要求很低，很適合在低端CPU上開發(fā)小系統(tǒng)。

將μC／OS—II移植在MSP430F149單片機(jī)上，對其進(jìn)行裁減，只保留消息隊列一種任務(wù)間通信方式，利用它的任務(wù)優(yōu)先級搶占機(jī)制，使人機(jī)界面很好地滿足嵌入式系統(tǒng)對實時性和可靠性的要求。下面詳細(xì)介紹基于μC／0S—II操作系統(tǒng)的程序設(shè)計。

2.2 軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計基于E-O模型的思想，劃分事件和目標(biāo)。以有限狀態(tài)機(jī)的方式，在實時操作系統(tǒng)μC／OS一Ⅱ中，用狀態(tài)機(jī)把目標(biāo)和事件聯(lián)系起來，實現(xiàn)OA （Object-Action）行為模式完成人機(jī)交互的過程，使以小鍵盤操作的文本菜單方式設(shè)計更清晰。

2.2.1 事件-目標(biāo)驅(qū)動的用戶界面模型
事件-目標(biāo)驅(qū)動的用戶界面模型，即E-O模型（E-vent-Object Drive User Interface Model），將人機(jī)交互活動歸結(jié)為事件與目標(biāo)的相互作用．事件是人機(jī)交互活動中傳遞的信息，目標(biāo)是交互活動的對象；事件引發(fā)交互活動，目標(biāo)是交互活動的承受者。E-O模型基于的基本行為模式是"目標(biāo)-動作"（OA），以目標(biāo)為核心，具有面向?qū)ο箫L(fēng)格。
E-O模型由四個邏輯部件組成：①設(shè)備管理模塊（device management module），提供與各種交互設(shè)備的接口，實現(xiàn)設(shè)備無關(guān)特性；②事件管理子系統(tǒng)（event Man-agement subsystem），它讀取輸入設(shè)備的輸入信息形成事件并進(jìn)行統(tǒng)一管理，將反饋信息的事件解釋為適當(dāng)?shù)妮敵鲋噶畈魉徒o輸出設(shè)備；③目標(biāo)管理子系統(tǒng)（object Man-agement subsystem），創(chuàng)建、裝載、保存用戶界面中各類目標(biāo)，并對目標(biāo)進(jìn)行管理，④事件-目標(biāo)管理子系統(tǒng)（event-object management subsystem），主要職責(zé)是實現(xiàn)事件與目標(biāo)的整合，按適當(dāng)策略控制事件在各目標(biāo)結(jié)點之間流動，以形成和維持交互的過程，是整個用戶界面系統(tǒng)的核心。

2.2.2 有限狀態(tài)機(jī)的形式化描述
有限狀態(tài)機(jī)FSM（Finite State Machine）由狀態(tài)、事件、轉(zhuǎn)換和活動組成。每個狀態(tài)有1個狀態(tài)進(jìn)入動作（entryaction）和1個狀態(tài)退出動作（exit action），每個轉(zhuǎn)換有1個源狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)并且與1個事件相關(guān)聯(lián)。當(dāng)在源狀態(tài)時，該事件發(fā)生且觸發(fā)轉(zhuǎn)換的監(jiān)護(hù)條件為真，則順序執(zhí)行下列一些動作：①源狀態(tài)的退出動作；②轉(zhuǎn)換動作；③目標(biāo)狀態(tài)的進(jìn)入動作。

SIMATIC HMI操作員控制和監(jiān)視系統(tǒng) - 樹立效率新標(biāo)竿

面向車間的高效解決方案

通過創(chuàng)新的操作員控件，設(shè)計有效而*的用戶界面。通過可集中組態(tài)和選擇的設(shè)計，迅速滿足設(shè)計要求。借助于手勢和多點觸控功能實現(xiàn)高效和直觀的操作。明亮的 HMI 設(shè)備 – 始終是所有應(yīng)用的**設(shè)備（從標(biāo)準(zhǔn)型到ink>環(huán)境型）：可以擴(kuò)展，以滿足所有性能級別的創(chuàng)新 HMI 設(shè)備的不同要求。在使用 HMI 設(shè)備的所有條件下，均具有可靠性能 – 經(jīng)過ink>認(rèn)證，適用于所有領(lǐng)域。通過明亮且亮度可調(diào)寬屏、大可視角度顯示屏，提供持續(xù)的過程概覽ink>安全性與信息安全 – 容易滿足要求并為系統(tǒng)提供保護(hù)，不會帶來有害影響：通過 Safety Integrated 功能，輕松保障人員、機(jī)器和環(huán)境的安全。

通過集成化信息安方案 Security Integrated，為解決方案提供全面保護(hù)。通信與組態(tài)可順利實現(xiàn)代次變更且具有開放性，限度提供了投資保護(hù)，集成診斷功能 – 不會在維護(hù)方面浪費時間，并且可顯著縮短停機(jī)時間：進(jìn)行可靠故障檢測，并通過面向操作員的綜合報警系統(tǒng)獲取信息，借助于集成的系統(tǒng)診斷功能，快速分析和定位錯誤（本地或遠(yuǎn)程）

SIMATIC HMI提供了特定領(lǐng)域的型號，這些型號在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改動，可根據(jù)規(guī)定使用。例如，我們?yōu)槭称放c飲料行業(yè)提供了帶不銹鋼前端的設(shè)備；面向環(huán)境條件極為惡劣的領(lǐng)域，我們提供了具有防塵和防濺水的全封閉式設(shè)備，這些設(shè)備采用堅固的鋁外殼，防護(hù)等級高達(dá) IP65。帶有觸摸屏和不銹鋼前端的板和面板式 PC，適合食品與飲料以及煙草行業(yè)中的機(jī)器級操作員控制與監(jiān)視。

帶不銹鋼前端的全面保護(hù)式人機(jī)界面設(shè)備