嵌入式HMI组态软件研究与设计

论文摘要

随着计算机软,硬件技术的发展,嵌入式HMI越来越多的运用于工业控制领域。HMI组态软件为工程技术人员提供了一种搭积木的方式来制作工业控制界面。它将监控现场环境中的各种控制设备抽象为基本图形元素和部件,通过组态建立它们之间的控制关系,形成简洁、直观的人机交互界面。本设计将HMI组态软件分为两个部分,PC作为上位机运行上位机组态软件,完成监控窗口的绘制;嵌入式设备作为下位机运行下位机作态软件,重现监控窗口,并实现监控功能。组态的思想与面向对象技术的思维方式是一致的,设计模式是根据面向对象的封装性、继承性和多态性来实现的,用于解决面向对象设计中遇到的问题,在软件设计过程中合理利用设计模式可以提高软件开发效率及其质量。本文的主要工作和创新点主要包括以下几个方面:第一,在借鉴传统组态软件设计思想的基础上提出嵌入式HMI的设计,分析嵌入式HMI的软硬件体系结构,选择合适的开发平台。对嵌入式HMI组态软件进行需求分析,合理的划分功能模块。并从上位机组态软件和下位机组态软件两个方面详细的介绍了设计方法。第二,嵌入式系统的RAM和文件存储空间有限,根据功能要求以及效率方面的考虑,定义了配置文件的存储格式,使该文件读取解析方便,节省存储空间,解决嵌入式人机界面的组态信息转换问题。同时还阐述了配置文件生成和解析的具体实现方法。第三,本文不仅从理论上研究了设计模式选取和应用的方法,并在具体设计中根据实际情况,按照这种方法选择使用了适当的设计模式,从而提高软件的开发效率,可扩展性和灵活性。最后,利用一个应用对实例对嵌入式HMI的各项功能进行的测试,结果表明该系统的运行达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入式HMI组态软件研究背景和意义
• 1.1.1 嵌入式HMI组态软件
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 组态软件的发展现状
• 1.3 组态软件开发与设计模式
• 1.3.1 设计模式
• 1.3.2 组态软件开发引入设计模式的意义
• 1.4 论文安排和主要工作
• 第2章 嵌入式HMI体系结构
• 2.1 硬件体系结构
• 2.2 软件体系结构
• 2.3 嵌入式操作系统及开发平台的选择
• 2.4 组态软件功能分析及模块划分
• 第3章 上位机组态软件设计
• 3.1 监控窗口编辑模块设计
• 3.1.1 设计模式的选取和应用
• 3.1.2 基于设计模式的窗口编辑模块设计
• 3.1.3 窗口编辑模块类层次结构及定义
• 3.2 配置文件生成模块设计
• 3.2.1 配置文件格式设计
• 3.2.2 文件生成的具体实现
• 第4章 下位机组态软件设计
• 4.1 配置文件解析模块设计
• 4.1.1 文件解析具体流程
• 4.1.2 文件解析关键数据结构设计
• 4.2 其他关键问题的研究
• 4.2.1 文件的下载与加载
• 4.2.2 下位机与PLC通信
• 4.2.3 动画效果的实现
• 第5章 系统实现
• 5.1 软件界面介绍
• 5.2 实例验证
• 5.3 结果分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况