基本信息
- 项目名称：
- 基于嵌入式自动生成技术的人机界面
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品由图形界面生成系统、算法生成系统和仿真系统组成，在这三个系统的支持下能快速生成基于各类硬件结构的单色人机界面和控制算法。通过采用嵌入式构件、数据与引擎分离和图形界面与控制算法融合等创新的技术，生成的人机界面具有较高的性价比。目前生成系统生成的人机界面产品已投入实际应用。
- 详细介绍：
- 本作品由图形界面生成系统、算法生成系统和仿真系统组成。在图形界面生成系统中通过简单的拖拉操作实现图形界面设计和生成。算法生成系统通过基于构件的梯形图设计环境，实现算法的设计和生成。仿真系统实现基于PC的人机界面全仿真，实现人机界面逻辑、通信和算法等的仿真运行。生成系统生成的数据结构，通过串口下载到人机界面下位机后，引擎通过解析数据结构实现图形界面和控制算法的生成。 本作品与国内外其他同类产品相比，具有以下优点：图形界面控件丰富、设计方法简单、内嵌微型PLC实现一体化控制、设计结果能跨平台运行等。 本作品共申请发明专利3项，上位机界面和算法生成软件通过了浙江省软件评测中心评测。 本作品生成的人机界面产品已在杭州博大净化设备有限公司、金华华东环保设备有限公司和温州意华通讯接插件有限公司等企业使用，效果良好，已替代原有的进口控制器和人机界面。由于作品使用方便、性价比高，受到了应用企业的好评。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 单色人机界面广泛应用于各类机械、制造业、交通等领域。目前此类产品大部分市场份额被国外品牌占领,价格较高。而且存在单色人机界面功能不够丰富、设计工具操作复杂、无法跨平台等问题。基于以上问题，本作品提出了应用嵌入式构件技术、自动生成技术、界面与算法的融合技术等开发软件生成系统，并以软件生成系统为支撑实现图形界面和控制算法的自动生成。 创新点： 1.数据和引擎分离技术实现异构系统的跨平台设计。 2.嵌入式构件动态重构实现降低内存占有量的方法。 3.界面技术和控制技术融合的方法。 关键技术： 1.图形界面自动生成系统中的关键技术是异构系统的自动生成技术；数据与引擎分离技术和基于构件的设计和构件复用技术。 2.在算法生成系统中的关键问题是梯形图到指令语言的编译和基于构件的梯形图设计技术。 3.在仿真系统中的关键问题是异构平台的仿真和仿真方式多样性技术。 技术指标： 1.图形界面生成系统需采用所见即所得的设计方式，支持多种类型液晶屏。 2.算法生成系统采用符合IEC61131-3标准梯形图语言进行设计。 3.仿真系统能够完全仿真真实人机界面，具有界面仿真、按键仿真、通讯仿真等多种功能。 4.图形界面和算法在嵌入式环境中实现1毫秒级任务切换调度。
科学性、先进性
- 与国内外同类产品相比，本项目的科学、先进性表现为以下三点： 1.数据和引擎分离技术。 目前，国内外大多产品虽是采用组态软件开发，但生成的是目标平台可执行的文件，这样设计的结果只能运行于特定硬件平台，不利于设计结果的重复使用。而本项目采取数据和引擎分离技术，可以使设计的结果和目标平台无关，从而提高了设计结果复用率。 2.嵌入式构件技术的使用。 引入嵌入式构件技术，将图形界面中的图形控件和梯形图指令抽象成构件。将相同功能的图形界面和梯形图程序段，组合成新的构件。在设计界面和控制算法时，若使用相同功能时，只需调用同一组合构件。不仅加快了设计开发效率，还降低了内存占有量。 3.界面和控制算法融合的技术。 图形界面和控制算法在嵌入式环境中运行方式具有各自的特点，通过实现能够进行快慢速任务调度的算法和把公共数据互斥，实现了两种方法在同一环境中共同运行，且互不影响各自运行的效率。通过该技术能实现监控和逻辑控制一体化。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 作品处于产业化推广阶段。
技术转让方式
- 可转让单一产品的设计系统，每套10万。
作品可展示的形式
- 软件系统可通过PC机展示使用过程，人机界面可通过实物展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品充分使用了计算机辅助设计技术、嵌入式技术和电子技术，完成的生成系统具有较强的技术优势，能生成具有自主知识产权的，功能接近甚至超过国外同类产品的人机界面，弥补国内人机界面技术水平的不足。由于作品采用了多项创新的技术，降低了开发成本和硬件成本，具有很高的性价比，目前已被企业所接受，在浙江省的3家企业应用和多家企业试用，用户反映良好。 作品能广泛应用于机械、制造、交通等各类需要人机界面的领域，市场前景广阔。随着国内技术的发展和出于性价比的考虑，越来越多的企业会接受国产的人机界面产品，这点已在实际产品推广过程中所证实。 目前本作品已初步实现产业化，在多家企业应用，年产值达300万左右，随着推广的深入，当更多的企业接受后，预计年产值将达千万以上。
同类课题研究水平概述
- 同类产品中国外比较知名的有西门子、三菱、欧姆龙等，国内（包括台湾）的有台达、天任和eView等。国内产品由于起步晚，在功能和性能上和国外产品还有一定的差距。 目前同类产品在内存占用上面，当页面增加时，相同的功能部件会重复占用内存。在动画功能方面，效果单一。对通信协议的支持上，国外产品一般只和特定通信协议的PLC链接，而国内的产品一般都支持多种通信协议。在仿真功能方面，国内外的同类产品组态软件中都不具备仿真功能。在逻辑控制功能，绝大部分的人机界面产品都不具备逻辑控制功能。在跨平台方面，绝大部分产品只能针对特定的硬件环境，无法实现跨平台。 在技术方面，随着嵌入式系统越来越复杂和对嵌入式系统的高可靠性要求，嵌入式软件构件技术已成为嵌入式领域一个研究热点，主要研究方向包括嵌入式构件描述和验证、嵌入式构件标准、构件体系结构和支持工具等。对于嵌入式构件的动态重构和复用的研究较少。 在梯形图算法设计和编译方面，由于传统梯形图存在程序可复用性差、缺乏足够的程序封装能力、不支持数据结构、程序执行具有局限性、难以实现复杂的顺控操作和算术运算、文字处理功能差等缺点，而且不同的设计环境下的图形符号、I/0点编号、内部继电器等元件编号、图形构成等方面各不相同，不利于用户掌握，因此IEC61131-3标准已成为发展趋势。尽管IEC61131-3已经被可编程控制器厂商普遍接受，但出于各种原因，目前商用可编程控制器梯形图到指令表编译软件还未能完全符合IEC61131-3标准。同时，这些平台对梯形图的功能、拓扑的连接方式等方面的支持也不一致。这造成已经存在的梯形图语言代码在更换可编程控制器平台后，移植困难，需要进行大量的修改或重写，效率低下。目前梯形图算法设计的另一个问题是生成的结果可被反向读出破解，保密性差。
