一、 本項目的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景和必要性

人機界面產(chǎn)品的基本概念

人機界面（Human-Machine Interface），是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高設(shè)備的使用效率。HMI為英文Human-Machine Interface的縮寫 。

人機界面產(chǎn)品（以下簡稱HMI產(chǎn)品）是工業(yè)自動化系統(tǒng)中用來連接可編程序控制器（PLC:Programmable Logic Controller）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備；人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成。

人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括中央處理單元、顯示單元、輸入單元、通訊接口單元、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理單元的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI產(chǎn)品的核心單元。根據(jù)HMI產(chǎn)品的等級不同，中央處理單元可分別選用8位、16位、32位的處理器。

HMI產(chǎn)品的軟件一般分為兩部分：即運行于HMI產(chǎn)品嵌入式硬件系統(tǒng)中的實時管理軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的工程畫面組態(tài)軟件（如JB－HMI畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用HMI產(chǎn)品的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產(chǎn)品的串行、USB等通訊接口，把編制好的“工程文件”下載到HMI產(chǎn)品的中央處理器中運行。

人機界面產(chǎn)品國、內(nèi)外研究及發(fā)展趨勢

人機界面產(chǎn)品的發(fā)展歷史：

人機界面產(chǎn)品的發(fā)展是隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展應運而生的，同時隨著計算機軟硬件技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，人機界面產(chǎn)品也在不斷的發(fā)展和級別中，人機界面的發(fā)展大致可分為如下幾個階段：

· 20世紀80年代以前：由狀態(tài)指示燈和機械開關(guān)等組成的人機操縱界面屏

· 20世紀80年代：由數(shù)碼管、字符顯示終端和鍵盤等組成的字符人機界面產(chǎn)品

· 20世紀90年代：由8位單片機、多種輸入設(shè)備（如觸摸屏）和光柵圖形顯示設(shè)備、 個人計算機（PC），工作站等組成的智能人機交互設(shè)備。

· 21世紀2000年以后：基于超大規(guī)模集成微處理器（16位單片機、32位微處理器）、嵌入式實時操作系統(tǒng)、液晶顯示單元、網(wǎng)絡(luò)單元等組成的新一代人智能機界面產(chǎn)品。

新一代智能人機界面產(chǎn)品的分類：

· 一類產(chǎn)品：薄膜鍵盤輸入的HMI產(chǎn)品，顯示尺寸小于5.7寸，畫面組態(tài)軟件免費，僅支持一個串行接口設(shè)備，一般可稱為小型人機界面或文本顯示器，易使用、價格低、常用于小型機械設(shè)備的電氣控制中，市場占有率巨大。

· 二類產(chǎn)品：觸摸屏輸入的HMI產(chǎn)品，顯示屏尺寸為5.7ˊ～12.1寸，同時支持2個串行接口設(shè)備，無網(wǎng)絡(luò)接口。畫面組態(tài)軟件免費，一般可稱為“觸摸屏”，使用較復雜、價格中等、用于中型機械設(shè)備，市場占有率較大。

· 三類產(chǎn)品： 基于工業(yè)平板PC計算機的、具有多種通訊接口（如網(wǎng)絡(luò)接口）、多功能的HMI產(chǎn)品，界面顯示屏的尺寸大于10.4寸，畫面組態(tài)軟件收費，一般稱為計算機控制單元，使用復雜、價格高、大型工業(yè)設(shè)備中使用，市場占有率低。

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，未來的人機界面產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，中低端的HMI產(chǎn)品的性能將越來越強，高端產(chǎn)品的價格也將越來越向中低端靠攏；5.7寸以上的HMI產(chǎn)品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于核心微處理器單元的成本、大規(guī)模集成電路成本和液晶顯示器硬件成本的進一步降低，HMI產(chǎn)品將向兩個方向發(fā)展，其一：以工業(yè)平板PC計算機為HMI硬件的高端產(chǎn)品，因為這種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢，是未來HMI產(chǎn)品的高端發(fā)展方向。其二：小尺寸的（顯示尺寸小于5.7寸）HMI產(chǎn)品，由于其在體積和價格上的優(yōu)勢，隨著其功能（如增加IO功能、網(wǎng)絡(luò)鏈接功能、多串口功能等）和性能（如采用32位高性能微處理器、加大存儲容量等）的進一步增強，將在低端的中、小型機械設(shè)備的人機交互應用中得到廣泛應用。

雖然人機界面產(chǎn)品發(fā)展了很多年，但由于性能及價格等因素的限制，歐美日等發(fā)達國家在自動化領(lǐng)域大比例應用基于微處理器的人機界面產(chǎn)品始于上世紀90代，而我國在自動化機械設(shè)備產(chǎn)品中大比例使用智能人機界面產(chǎn)品則始于本世紀初。隨著計算機技術(shù)、液晶顯示設(shè)備、集成電路、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，HMI產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成為了主流自動化機械設(shè)備上的標配產(chǎn)品，同時HMI產(chǎn)品的應用行業(yè)范圍也已經(jīng)從開始的傳統(tǒng)工業(yè)延伸到了交通、物流、市政、醫(yī)療設(shè)備、智能家居等需要人機交互的廣闊領(lǐng)域中。

當前國、內(nèi)外人機界面產(chǎn)品市場情況：

由于人機界面產(chǎn)品是從自動化領(lǐng)域中發(fā)展應用而來的，國際上各大工業(yè)自動化公司（西門子、施耐德、GE、三菱、OMRON等）都有自己的人機界面產(chǎn)品，且產(chǎn)品線主要集中在二、三類HMI產(chǎn)品。由于HMI產(chǎn)品在自動化領(lǐng)域里的應用比例大幅度提高，無論從深度還是廣度方面都有了顯著的成長，2006年以來這些知名的自動化公司也開始涉足一類小型HMI產(chǎn)品的開發(fā)和銷售。

2003年我國臺灣自動化廠商的HMI產(chǎn)品開始進入大陸國內(nèi)市場，臺灣這些公司的產(chǎn)品主要集中在二類HMI產(chǎn)品的開發(fā)和銷售；我們國內(nèi)的自動化廠商由于自有研發(fā)能力和自動化水平的限制，直到2004年才開始HMI產(chǎn)品的仿制和開發(fā)，到2008年為止，國內(nèi)市場有不到十家公司真正開發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的人機界面產(chǎn)品，且產(chǎn)品主要集中在一、二類HMI產(chǎn)品。目前由于價格、易用性等原因，2006年以來，國產(chǎn)和臺灣的HMI產(chǎn)品在中低端國內(nèi)市場的占有率遙遙領(lǐng)先于國際上的知名廠商。

當前國內(nèi)、外人機界面產(chǎn)品中使用的技術(shù)情況：（以一、二類HMI產(chǎn)品為例）

從上面可以看出，國內(nèi)小型人機界面產(chǎn)品（一類HMI產(chǎn)品）在性能上存在一些不足，主要表現(xiàn)在處理速度慢、功能簡單，存儲容量小，接口類型單一；雖然我們在產(chǎn)品的多樣化方面已做出了努力，如開發(fā)了基于8位單片機處理器的雙串口文本顯示器、POP手持文本顯示器等，但仍無法滿足工業(yè)自動化設(shè)備對處理速度、大存儲容量及組網(wǎng)鏈接的要求。

我們經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)，這種不足，完全是由于國內(nèi)的一類HMI產(chǎn)品采用的處理器大多是性能較低的8位單片機。雖然8位單片機價格低廉，功能靈活，容易開發(fā)，卻越來越無法滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化設(shè)備對人機界面產(chǎn)品功能的要求。但這種低成本的人機界面產(chǎn)品又是市場占有率最大的HMI產(chǎn)品，是其它高成本人機界面產(chǎn)品不可替代的，有著巨大的市場前景，特別在小型、低價格機械設(shè)備的電氣控制中。