一种多场景适用的HMI操作系统

技术领域

本发明涉及人机界面技术领域，主要涉及一种多场景适用的HMI操作系统。

背景技术

人机界面(Human Machine Interaction，简称HMI)，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现了信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换，凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。随着工业自动化的发展，目前现有的HMI设备一般单一作为嵌入式、立式、吊臂式的通讯设备应用于自动化领域。这种状态下HMI设备存在使用的局限性，成本相对较高，造成的资源浪费也是必然的。由于市场上产品的使用周期是有限的，随着技术的迭代和创新环境越来越成熟，单一的HMI操作系统需要塑胶零件、五金零件、电气零件甚至特别定义的其他功能的开模零件、CNC工艺的加工零件、金属3D打印零件等，均需要用到金属原材料、塑胶原材料、稀有金属原材料。由于成本增加，但HMI操作系统不能通用，造成资源利用率低，不便于统筹降低成本的问题。

目前市面上大多数HMI设备是专用设备，使用范畴过于单一、局限。存在的问题包括：单价高、整机分摊的模具费用高、资源浪费、限制了设备市场竞争力、环保压力大、使用范畴小。如何设计一款通用的可以适用于嵌入式、立式、吊臂式的HMI及其操作界面系统，将其改进为通用性强、应用范畴广是我们要解决的技术问题。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种多场景适用的HMI操作系统，该系统适用于自动化领域现有的嵌入式、立式、吊臂式通讯设备。其体积轻巧，安装灵活，可以安装在钣金开口的嵌入式装备机台内、立式挂架上或者吊臂式挂架上，适用范围扩展至不同工作状态；且能根据用户实际使用环境供用户选择不同组合工作模式，将现有HMI操作系统从“局限的专用设备”改进为“广泛适用的通用设备”。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多场景适用的HMI操作系统，所述HMI操作系统包括主控触摸显示模块；所述主控触摸显示模块包括依次设置的前置触摸屏模块、主控平台模块内支撑板、主控PCBA五金盖板和主控触摸显示模块后盖；

所述前置触摸屏模块包括铝合金面板，所述铝合金面板前向依次设置有18.5"触摸屏和EVA单面泡棉胶；所述铝合金面板后向依次设置有EVA单面泡棉胶和18.5"ColorTFT-LCD屏；所述18.5"触摸屏、EVA单面泡棉胶和18.5"Color TFT-LCD屏(18)嵌入安装于铝合金面板框内；

所述主控平台模块内支撑板上设有电源；所述电源分别与主控板和前置触摸屏模块相连；所述主控板上集成有网关；双频WiFi天线安装在位于主控平台模块内支撑板相应位置的双频WiFi天线支撑座上，并与网关通过USB相连；所述主控平台模块内支撑板上设有屏幕驱动和触控驱动，所述触控驱动用于外接工业键盘模块至前置触摸屏模块，所述主控板通过HDMI连接屏幕驱动，用于显示输出；所述电源模块(20)分别向触摸驱动(26)和主控板(24)供电；所述主控板还连接有I/O扩展模块转接线；

主控PCBA五金盖板盖装于主控板外侧，所述主控触摸显示模块后盖固定安装于铝合金面板内侧。进一步地，所述HMI操作系统还包括I/O扩展模块；所述I/O扩展模块包括I/O扩展模块铝合金面板、I/O扩展模块PCBA和I/O扩展模块后盖；所述I/O扩展模块铝合金面板前向依次设置有急停按钮和若干按钮；所述急停按钮和按钮穿过I/O扩展模块铝合金面板与I/O扩展模块PCBA连接；所述I/O扩展模块PCBA设置于I/O扩展模块后盖与I/O扩展模块铝合金面板固定连接的空间内；所述I/O扩展模块通过I/O扩展模块转接线与主控板相连。

进一步地，所述I/O扩展模块铝合金面板外侧还贴有一层I/O扩展模块丝印面板。

进一步地，所述HMI操作系统还包括工业键盘模块；所述工业键盘模块包括依次固定连接的支撑板、工业键盘模块铝合金面板、工业键盘和工业键盘模块后盖；所述工业键盘模块通过USB连接至主控板。

进一步地，所述HMI操作系统根据实际需要，可以选择以下组合模式：

1)、主控触摸屏单独工作模式；

2)、主控触摸屏&外接I/O扩展模块两组合模式；

3)、主控触摸屏&外接I/O扩展模块&工业键盘模块三组合模式；

所述I/O扩展模块转接线分别连接主控触摸显示模块和工业键盘模块。

进一步地，所述主控触摸显示模块后盖、I/O扩展模块后盖和工业键盘模块后盖分别开有若干盲孔；选定组合模式后，将需要的模块通过组合支架固定安装于各种通讯设备之上。

有益效果：本系统具备以下优点：

(1)将主控触摸显示模块、1/O扩展模块、工业键盘模块有选择地安装于嵌入式设备钣金的方形开口内，或者与立式支撑架、吊臂式支撑架固定连接，可以解决目前市面上大多数HMI操作系统不能同时应用在嵌入式、立式、吊臂式的局限性问题，改进现有HMI专用设备局限性、单一性使其成为通用性的设备，更广泛的推广应用于诸多领域，譬如可以应用于自动化领域和自动化领域以外的医疗装备、工程装备、消防装备等领域。其体积轻巧，在嵌入式、立式、吊臂式通讯设备上均可适用。且能根据用户实际使用环境供用户选择兼有扩展功能的1/O扩展模块或者工业键盘模块。可以有效降低设备整机单价、整机分摊的模具费用、避免了资源在程度上的浪费、提升设备市场竞争力、减轻了环保压力，提高了产品竞争力，增强了用户体验效果。

(2)主控触摸显示模块有触摸和显示功能可以独立使用，可以同时组合1/O扩展模块、工业键盘模块，还可以连接到PLC，并将其数据显示在屏幕上，开展故障检修。相比每次连接计算机或笔记本电脑，可以节省宝贵的时间。工厂和其他工业场所可以监视和控制多台机器或其他设备。一个小型制造工厂甚至可以在一台位于中心的HMI上监视整个工厂，可以使用户获得最佳的体验，为未来物联网、智能工厂提供更多优势选择。

附图说明

图1是本发明提供的主控触摸显示模块整体结构示意图；

图2是本发明提供的主控触摸显示模块内部结构爆炸图；

图3是本发明提供的I/O扩展模块整体结构示意图；

图4是本发明提供的I/O扩展模块内部结构爆炸图；

图5是本发明提供的工业键盘模块整体部结构示意图；

图6是本发明提供的工业键盘模块内部结构爆炸图；

图7a是本发明实施例中HMI操作系统安装于立式通讯设备状态示意图；

图7b是本发明实施例中HMI操作系统安装于立式通讯设备时内部结构爆炸图；

图8a是本发明实施例中HMI操作系统安装于吊臂式通讯设备状态示意图；

图8b是本发明实施例中HMI操作系统安装于吊臂式通讯设备时内部结构爆炸图；

图9a是本发明实施例中HMI操作系统安装于嵌入式通讯设备状态示意图；

图9b是本发明实施例中HMI操作系统安装于嵌入式通讯设备时内部结构爆炸图；

图10是本发明主控板控制原理示意图。

附图标记说明：

1-主控触摸显示模块；2-I/O扩展模块；3-工业键盘模块；4-主控触摸显示模块软胶套；5-I/O扩展模块软胶套；6-工业键盘模块软胶套；7-两组合长支架；8-三组合长支架；9-立式挂架；10-吊臂式挂架；11-嵌入式设备方形开口钣金；12-嵌入式卡扣；13-两组合短支架；14-三组合短支架；15-18.5"触摸屏；16-EVA单面泡棉胶；17-铝合金面板；18-18.5"Color TFT-LCD屏；19-主控平台模块内支撑板；20-电源；21-双频WiFi天线；22-网关；23-双频WiFi天线支撑座；24-主控板；25-屏幕驱动；26-触控驱动；27-I/O扩展模块转接线；28-主控PCBA五金盖板；29-主控触摸显示模块后盖；30-急停按钮；31-I/O扩展模块丝印面板；32-按钮；33-I/O扩展模块铝合金面板；34-I/O扩展模块PABA；35-I/O扩展模块后盖；36-支撑板；37-工业键盘模块铝合金面板；38-工业键盘；39-工业键盘模块后盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明提供了一种多场景适用的HMI操作系统，不仅可以适用于包括自动化领域在内的嵌入式、立式、吊臂式通讯设备，同时可以根据工作场景具体适用不同工作模式。既可以将主控触摸显示模块作为单独触控屏幕使用，也可以外接I/O扩展模块或者工业键盘模块，作为不同工作模式。具体结构如下：

主控触摸显示模块1结构如图1-2所示，包括依次设置的前置触摸屏模块、主控平台模块内支撑板19、主控PCBA五金盖板28和主控触摸显示模块后盖29；

前置触摸屏模块包括铝合金面板17，铝合金面板17前向依次设置有18.5"触摸屏15和EVA单面泡棉胶16；铝合金面板17后向依次设置有EVA单面泡棉胶16和18.5“ColorTFT-LCD屏18；18.5”触摸屏15、EVA单面泡棉胶16和18.5“Color TFT-LCD屏18嵌入安装于铝合金面板17框内。

触摸屏是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示TFT-LCD屏即18.5"Color TFT-LCD屏画面制造出生影音效果。

如图10所示，主控平台模块内支撑板19上设有电源20；电源分别与主控板24和前置触摸屏模块相连；主控板24上集成有网关22；双频WiFi天线21安装在位于主控平台模块内支撑板19相应位置的双频WiFi天线支撑座23上，并与网关22通过USB相连；主控平台模块内支撑板19上设有屏幕驱动25和触控驱动26，触控驱动26用于外接工业键盘模块至前置触摸屏模块，主控板24通过HDMI连接屏幕驱动25，用于显示输出；主控板24还连接有I/O扩展模块转接线27。电源模块20包括两路供电，其中一路12V供电给触摸驱动，触摸驱动与主控由USB数据线连接；一路5V供电给主控，主控与屏幕驱动由HDMI连接。

主控PCBA五金盖板28盖装于主控板24外侧，主控触摸显示模块后盖29固定安装于铝合金面板17内侧。

在主控触摸显示模块界面，系统触摸具有输入功能。主控触摸显示模块1的界面系统包含软件和硬件两个部分，其中主控触摸显示模块系统软件有可供管理者选择的经典版本和简洁版本两种显示界面，可以增强用户体验感。

本发明还提供了可供选择的I/O扩展模块2，如图3-4所示。包括I/O扩展模块铝合金面板33、I/O扩展模块PCBA34和I/O扩展模块后盖35；I/O扩展模块铝合金面板33前向依次设置有急停按钮30和若干按钮32；急停按钮30和按钮32穿过I/O扩展模块铝合金面板33与I/O扩展模块PCBA34连接；I/O扩展模块铝合金面板33外侧还贴有一层I/O扩展模块丝印面板31。I/O扩展模块PCBA34设置于I/O扩展模块后盖35与I/O扩展模块铝合金面板33固定连接的空间内；I/O扩展模块2通过I/O扩展模块转接线27与主控板24相连。

I/O扩展模块2提供了一个急停按钮和若干可供编辑操作的自定义按钮。本实施例中I/O扩展模块2还可集成FRID刷卡，其中FRID刷卡具备便于用户管理的功能，如操作者具备哪些工作权限，可以打开哪些GUI模板，可以打开哪些页面、可以编辑哪些参数；管理者具备哪些工作权限，可以打开哪些GUI模板，可以打开哪些页面、可以编辑哪些参数，方便管理者自定义。

本发明还提供了可供扩展的工业键盘模块3，具体结构如图5-6所示，工业键盘模块3包括依次固定连接的支撑板36、工业键盘模块铝合金面板37、工业键盘38和工业键盘模块后盖39。

本发明提供的HMI操作系统根据实际工作需要可以选择以下工作模式，并选择性安装两个扩展模块：

1)、主控触摸屏单独工作模式；

2)、主控触摸屏&外接I/O扩展模块两组合模式；

3)、主控触摸屏&外接I/O扩展模块&工业键盘模块三组合模式。

主控触摸显示模块1的铝合金面板17、1/O扩展模块2的I/O扩展模块铝合金面板33、工业键盘模块3的工业键盘模块铝合金面板37在三组合模式下，侧面沿长度方向在对应位置均开有腰型通孔，用于连接三个模块间的I/O扩展模块转接线27穿过。主控触摸显示模块后盖29、I/O扩展模块后盖35和工业键盘模块后盖39分别开有若干盲孔；选定组合模式后，将需要的模块通过组合支架固定安装于各种通讯设备之上。

下面提供3个实施例，详细说明本发明提供的HMI操作系统适用于各种通讯设备的情形。

实施例1

本发明提供的HMI操作系统安装于如图7a所示的立式通讯设备。图7a中分别对应三种组合模式下HMI操作系统的安装示意图。具体如图7b所示，主控触摸显示模块1、I/O扩展模块2和工业键盘模块3四周依次包覆有主控触摸显示模块软胶套4、I/O扩展模块软胶套5和工业键盘模块软胶套6。根据选取的组合模式，当采用主控触摸屏单独工作模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔通过螺栓连接固定安装在立式挂架9上；可以省去支架。当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块两组合模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔和I/O扩展模块后盖35背后的2个M5盲孔通过螺栓依次连接两组合长支架7和立式挂架9；当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块&工业键盘模块三组合模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔、I/O扩展模块后盖35背后的2个M5盲孔和工业键盘模块后盖39背后的2个M5盲孔通过螺栓连接依次连接三组合长支架8和立式挂架9。两组合长支架7和三组合长支架上开有若干螺栓孔。通过调节后盖和螺栓孔的相对位置，可以调节整体HMI操作界面的位置。

实施例2

本发明提供的HMI操作系统安装于如图8a所示的吊臂式通讯设备。图8a中分别对应三种组合模式下HMI操作系统的安装示意图。具体如图8b所示，主控触摸显示模块1、I/O扩展模块2和工业键盘模块3四周依次包覆有主控触摸显示模块软胶套4、I/O扩展模块软胶套5和工业键盘模块软胶套6。根据选取的组合模式，当采用主控触摸屏单独工作模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔通过螺栓连接固定安装在吊臂式挂架10上；当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块两组合模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔和I/O扩展模块后盖35背后的2个M5盲孔通过螺栓依次连接两组合长支架7和吊臂式挂架10；当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块&工业键盘模块三组合模式时，主控触摸显示模块后盖29背后的4个M5盲孔、I/O扩展模块后盖35背后的2个M5盲孔和工业键盘模块后盖39背后的2个M5盲孔通过螺栓连接依次连接三组合长支架8和吊臂式挂架10。两组合长支架7和三组合长支架上开有若干螺栓孔。通过调节后盖和螺栓孔的相对位置，可以调节整体HMI操作界面的位置。

实施例3

本发明提供的HMI操作系统安装于如图9a所示的嵌入式通讯设备。图9a中分别对应三种组合模式下HMI操作系统的安装示意图。具体如图9b所示，根据选取的组合模式，当采用主控触摸屏单独工作模式时，主控触摸显示模块后盖29通过嵌入式卡扣12安装于嵌入式设备方形开口钣金11中，可以省去支架。当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块两组合模式时，采用螺栓连接将两组合短支架13固定连接至主控触摸显示模块后盖29和I/O扩展模块后盖35上。当采用主控触摸屏&外接I/O扩展模块&工业键盘模块三组合模式时，采用螺栓连接将三组合短支架14固定连接至主控触摸显示模块后盖29、I/O扩展模块后盖35和工业键盘模块39上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。