واسط کاربر گرافیکی یا رابط کاربری گرافیکی HMI

واسط کاربر گرافیکی(HMI) چیست؟

واسطه نگاره ای کاربر و واسط کاربر گرافیکی یا رابط کاربری گرافیکی HMI به مجموعه ای از نشانه های گرافیکی گفته می شود که بر روی مانیتور کوچکی نمایش داده  شده اند که از قبل برنامه ریزی شده و این امکان را به کاربر می دهد که برای انجام کاری یا صدور فرمانی به دستگاه، به جای نوشتن برنامه ی طولانی از این نشانه ها استفاده کنند. کاربر می تواند از طریق این نشانه ها به سراغ تمامی پرونده ها برنامه ها و یا فرمان های گوناگون برود.

به طور خلاصه باید گفت محیطی که با کمک نرم افزارهای رایانه برنامه ریزی می شود تا انسان بتواند به راحتی با انواع مختلفی از دستگاه ها ارتباط برقرار کند را واسط کاربر گرافیکی یا رابط کاربری گرافیکی HMI می نامیم  که در بهبود بخشیدن به چگونگی روش کاربری رایانه توسط انسان بسیار مفید است.

در گذشته این نما ها به صورت کدهایی وارد می شدند. اما امروزه پیشرفت زیادی در این زمینه شده است و نماها مجموعه ای از شکل های مختلفی و دکمه های لمسی هستند و به راحتی قابل استفاده می باشند.

 GUI

رابط کاربری گرافیکی Graphical user interface  یا به اختصار GUI رابط کاربری جدیدی است که به انسان به عنوان کاربر اجازه می دهد که به کمک نماهای گرافیکی و نشانگرهای بصری بتواند از دستگاه های الکترونیکی استفاده کند و با این دستگاه ها تعامل و ارتباط داشته باشد.

 GUI امروزه  قلمروی گسترده ای را از آن خود کرده است و آن را می توان در  گوشی های هوشمند، تبلت ها،  پخش کننده های موسیقی، کتاب خوان های الکترونیکی و..  یافت. اجزای مختلفی در GUI وجود دارد اما رایج ترین آن ها به شرح زیر است:

1. پنجره ها WINDOW
2. 2-   آیکن ها  ICON
3. 3-   منوها MENU
4. 4-   نشانگر POINTER

WIMP  کلمه اختصاری گرفته شده از این چهار المان است. دستگاه اشارگری که در این مورد استفاده می شود موس است که البته امروزه مفهوم رابط گرافیکی گسترش یافته است و قالب جدیدی از GUI ها که لمسی هستند به اسم  POST_WIMP به وجود آمده اند.

با کمک انگشتان به طریق مختلف مانند لمس کردن یا انجام حرکاتی نظیر نیشگون گرفتن و چرخش و … می توان رابط کاربری را به کار گرفت.

امروزه CLI که خط فرمان قدیم می باشد و کاربر به کمک آن و با نوشتن کد های دستوری با دستگاه ارتباط برقرار می کرد جای خود را به GUI داده است و در آینده ی نزدیک کاملا از رده خارج خواهد شد.

HMI چیست؟

 برای توضیح آن باید گفت که تعریف های زیادی برای HMI  وجود دارد اما در این بخش به طور اختصاصی در مورد HMI که وابسته به اتوماسیون صنعتی می باشد صحبت خواهیم کرد.

مدتی قبل این دستگاه در پروسه های تولید و فرایندی شرکت نمی کرد. اما با توجه به افزایش نیاز دستگاه های اتوماسیون صنعتی به HMI ، این دستگاه وارد اتوماسیون صنعتی شد.

اما HMI چگونه به اتوماسیون صنعتی وارد شد و برای بهبود و کارایی آن چه کمکی کرد؟

 در ابتدا باید گفت که دستگاه های اتوماسیون صنعتی قابلیت اطمینان بالایی دارند و نیاز به مراقبت نداشته و حضور دائمی متخصص PLC در کنار این دستگاه ها ضروری نیست و نیاز به استخدام فرد متخصص و برنامه نویس در شرکت نمی باشد.

همان طور که گفتیم در صورتی که سیستم پایدار باشد، شرکت به دنبال استخدام متخصصین مربوط به دستگاه ها نمی باشد بلکه افراد و تکنسین های معمولی که می توانند کارهای روتین و دوره ای را انجام بدهند استخدام می کند و این باعث می شود که افرادی که دارای تخصص کافی نبوده و حتی چیزی از  PLC نمی دانند بر سرکار آیند.

 برای استفاده ی تکنسین ها و افراد غیر متخصص از دستگاه ها نیاز بود که واسطه ی ساده و راحتی وجود داشته باشد که این افراد به راحتی بتوانند بدون وارد کردن کد با دستگاه تعامل و ارتباط برقرار کنند. این جا بود که HMI وارد صنعت شد و کمک بسیاری به آن کرد.

• تعریف تخصصی HMI

HMI  از دو بخش کلی سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است که به کمک هم به عنوان یک رابط کاربری بین انسان و ماشین عمل می کنند.

نرم افزار

در نرم افزار  HMI شاهد کلیدهای BUTTON، نمایشگرها DISPHAY، عقربه ها POINTER، شاخص ها INDICATOR  و … هستیم . در واقع در نرم افزار طرح های شماتیکی برای به کارگیری دستگاه های فیزیکی وجود دارد. برای مثال برای موتور دو دکمه لمسی گذاشته شده است که یکی برای خاموش کردن و دیگری برای روشن کردن آن می باشد. این بخش نیازمند به متخصص و برنامه نویس می باشد که آن را پیاده سازی کند و در اختیار کاربر قرار بدهد.

سخت افزار

در این بخش تنها سخت افزار موجود خود HMI است که باید به طور دقیق سیم ها و اتصالات بین آن و دستگاه مربوطه وصل شود.

 کاربرد های HMI

سادگی و سرعت

انعطاف پذیری

یکپارچگی

جلوگیری از آسیب دیدن

پوشش خطاهای انسانی

ARM نوعی از معماری پردازنده‌های کامپیوتری است که بر طبق طراحی RISC CPU و توسط کمپانی بریتانیایی ARM Holding طراحی شده است. معماری ARM که دستورالعمل‌های ۳۲ بیتی را پردازش می‌کند از دهه ۱۹۸۰ تا به امروز در حال توسعه است.

ARM مخفف Advanced RISC Machine است و از آنجایی که این معماری براساس طراحی RISC بنا شدهاست، هسته اصلی CPU نیاز به ۳۵ هزار ترانزیستور دارد این در حالی است که پردازنده‌های معمولی رایج x86 که براساس CISC طراحی شده‌اند حداقل نیاز به میلیون‌ها ترانزیستور دارند. مهمترین دلیل مصرف بسیار پایین انرژی در پردازنده‌های مبتنی بر ARM که باعث استفاده گسترده آنها در ابزارهای پرتابل مانند تلفن هوشمند یا تبلت شده نیز همین موضوع است.

شرکت ARM Holding خود تولیدکننده پردازنده نیست و در عوض گواهی استفاده از معماری ARM را به دیگر تولیدکنندگان نیمه هادی می‌فروشد. کمپانی‌ها نیز به راحتی تراشه‌های خود را براساس معماری ARM تولید می‌کنند. از جمله کمپانی‌هایی که پردازنده خود را براساس معماری ARM طراحی می‌کنند می‌توان به اپل در تراشه‌های Ax، سامسونگ در پردازنده‌های Exynos، انویدیا در تگرا و کوالکام در پردازنده‌های Snpdragon اشاره کرد.

از ARM در ساخت CPU های ۳۲ و ۶۴ بیتی چند هسته ای استفاده می گردد. معماری RISC دارای تعداد دستورالعمل های کمتری است و سرعت اجرای دستورالعمل ها در این معماری بیشتر است و توان مصرفی این CPU های نیز کمتر است.

امروزه پردازنده های ARM به علت مزایای بالا ، به طور گسترده در دستگاه های الکترونیکی همراه مانند تلفن های همراه ، تبلت ها ، پلیر ها ، ساعت های هوشمند و …. استفاده می شود. پردازنده های ARM به علت داشتن تعداد دستور العمل های کمتر ، هنگام ساخت به تعداد ترانزیستور های کمتری نیاز دارند و به همین دلیل ساخت IC های پردازنده با اندازه کوچکتر را ممکن می سازد.

طراحی ساده ARM باعث می شود تا پردازش چند هسته ای بهینه تر و کد نویسی برای این پردازنده های ساده تر باشد. پردازنده های ARM در برخی دستورالعمل های مشترک ، در مقایسه با پردازنده های Intel حتی پایداری بالاتری نیز دارند.

با پیشرفت سیستم های توسعه یافته, میکروکنترلرهای ۸ و ۱۶ بیتی جوابگوی نیازهای این سیستم ها نمی باشند و به کارگیری میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی به سرعت رو به افزایش است. در این میان میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی خانواده ARM به دلیل مصرف توان اندک, سرعت پردازش زیاد و قیمت بسیار اندک نخستین انتخاب موجود می باشد. به همین دلیل امروزه بسیاری از تولید کنندگان بزرگ میکروکنترلرها, در طیف وسیعی از تولیدات خود از هسته های پردازنده ARM استفاده می کنند. میکروکنترلرهای ARM با پیاده سازی اجزای مختلفی از قبیل ارتباط های CAN, USB, Ethernet در داخل تراشه, نیاز به استفاده از المان های خارجی را تا حد زیادی کاهش می دهند, از سوی دیگر معماری ۳۲ بیتی آن ها این امکان را فراهم می آورد که زبان های سطح بالا از قبیل C و  ++C به منظور برنامه نوسی این تراشه ها مورد استفاده قرار گیرند.

سیستم عامل های بلادرنگ (RTOS) و کتابخانه های متعددی جهت کار با این تراشه ارائه شده اند, که امکان استفاده از آن ها را بدون درگیر شدن با جزئیات داخلی و رجیسترهای تراشه ممکن می سازد. Symbian OS, Linux, Windows CE نمونه ای از سیستم های عامل بلادرنگ رایج در سیستم های توسعه یافته می باشند. همچنین کتابخانه TCP/IP که توسط بسیاری از تولید کنندگان میکروکنترلرهای ARM, به صورت رایگان ارائه می شود, امکان اتصال این تراشه ها  به شبکه را بدون درگیر شدن کاربر با لایه های پایین شبکه فراهم می آورد.

مزایایی میکروکنترلر ARM نسبت به میکروکنترلر های دیگر:

سرعت پردازش بسیار بالا : بیشتر هسته های ARM7 تا فرکانس ۶۰MHz کار می کنند و هسته ها Cortex-M3 تا فرکانس ۱۳۳MHz کار می کنند.

1-توان مصرفی کم: هسته های ARM به ازای هر MHz توانی از ۰٫۲mA تا ۱mA مصرف می کنند.

2-سخت افزارهای جانبی متعدد: ADC , DAC , USB ,SPI , UART , CAN , Ethernet , SDRam و غیره

3-حافظه داخلی زیاد

و …

میکروکنترلر های موجود در بازار ایران:

میکروکنترلر های رایج در بازار ایران بیشتر از سه شرکت NXP ، Atmel ، STM می باشد. که تنوع STM در بازار ایران بسیار بالاست. بعدی از شرکت NXP (همان فلیپس) سری های LPC21xx , LPC23xx , LPC17xx,LPC13xx و… در بازار موجود هستند. و همچنین شرکت ATMEL با عنوان AT91SAM در بازار ایران قابل دسترسی است.

میکروکنترلرهای STM32 :

از میان شرکت هایی که تولید کننده میکروکنترلر های ۳۲ بیتی هستند ؛ میکروکترلر های کمپانی ST  بیشترین محبوبیت را در صنعت دارد  که قیمت پایین و در حین حال امکانات بالا و منابع آموزشی کامل از مزایای آن هستند.

چکیده:

STM32 از جمله IC های بر اساس میکرو ۳۲ بیتی RISC ARM با هسته های Cortex-M7, Cortex-M4F, Cortex-M3, Cortex-M0+, and Cortex-M0 است. شرکت  STMicroelectronics مجوز خود را از شرکت  آرم هولدینگز دریافت کرد.  ST پیکربندی خود را بر اساس نیاز  برای هر طرح انتخاب می کند. ST اتصال لوازم جانبی خود را به هسته قبل از تبدیل طراحی به یک قالب سیلیکون انجام می دهد.

خانواده STM32 از میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی بر اساس پردازنده ARM Cortex-M برای ارائه درجه جدیدی از آزادی به کاربران MCU طراحی شده است. این ارائه می تواند طیف ۳۲ بیتی محصول که ترکیبی از عملکرد بسیار بالا، قابلیت های زمان واقعی، پردازش سیگنال دیجیتال، توان کم، بهره برداری ولتاژ کم ، در حالی که حفظ یکپارچگی کامل و سهولت در توسعه در این مدل از میکروکنترلر وجود دارد.

محدوده بی نظیر و زیادی از دستگاه های STM32، بر اساس یک هسته صنعتی استاندارد و همراه با یک انتخاب گسترده ای از ابزار و نرم افزار، باعث می شود این خانواده از محصولات انتخابی ایده آل، برای پروژه های کوچک و یا برای تصمیم گیری پلت فرم کلی و پیچیده مورد استفاده قرار بگیرد.

مزایای میکرو های شرکت ST نسبت به دیگر میکروها:

۱- توان مصرفی کم STM به علت طراحی تراشه با استفاده از تکنولوژی ۹۰nm NVM و محدوده ولتاژ تغذیه ST ها بین ۱٫۸ ولت تا ۳٫۶ ولت قرار بگیرد, در مقایسه با ولتاژ تغذیه LPC ها که در محدوده ۲٫۲ ولت تا ۳٫۶ ولت قرار دارد.

۲- استفاده از شتاب دهنده ART که توسط شرکت ST طراحی شده و در محصولات این شرکت استفاده می شود که باعث بیشتر شدن سرعت دسترسی به حافظه فلش در ST ها در مقایسه با میکروهای دیگر با فرکانس کاری مشابه می شود. این خصوصیت باعث بیشتر شدن سرعت دسترسی به حافظه فلش شده و اجرای سریعتر دستورات می گردد.

۳- قیمت پایین مناسب برای کاراهای تولیدی

۴- پایه های ارتباط سریال UART در میکرو STM32 بیشتر از میکروهای دیگر می باشد.

۵-در پریفرال ADC در میکروی stm32 با استفاده از circular و یک بار تنظیمات مرتب اطلاعات از ADC به رم می رود و هر زمان که بخواهیم می توانیم از آن استفاده کنیم. یعنی مقدار فعلی ADC همیشه در دسترس است. ولی این تنظیمات در میکروهای دیگر وجود ندارد . یعنی به صورت معمول اگر بخواهیم با یک بار پردازش چند کانال ADC را  بخوانیم وارد رم کنیم برای بار دوم نیاز به تنظیمات دوباره DMA می باشد.

۶- تنوع تولید بالای میکروکنترلر STM

۷- وجود نرم افزار کمکی STM32 Cube MX برای دسترسی آسان تر به پیکربندی و به طبع کد نویسی آسان تر

۸-سرعت مبدل انالوگ به دیجیتال STM حدودا ۵ برابر میکروهای دیگر می باشد.

۹-در پروژه هایی که محدودیت انرژی امری مهم می باشد می توان از سری LOW POWER استفاده کرد که جریان مصرفی در حد چند میلی آمپر دارد،

۱۰-سرعت IO ها (ورودی و خروجی) و خواندن دیتا از حافظه فلش STM خیلی بالاتر از میکروهای دیگر می باشد،

۱۱- تنوع آموزشی بسیار بالای آن در سایت شرکت سازنده به نشانی www.st.com نسبت به میکروهای دیگر  از مزیت عمده استفاده از این میکروکنترلر است.

خدمات الکترونیک و فروش محصولات الکترونیک