电子产品世界

电子技术的发展和计算机的出现，使得医疗设备的功能越来越多，人机之间的信息传输量也加大，因此需要以屏幕来作为显示信息的物理载体。特别是一些大型医疗设备工作站的控制部分和工作部分逐渐变得相对独立。医疗设备的屏幕是图形界面的主要物质载体空间。除了少量的图形在医疗设备的实体界面上有所分布外，几乎绝大部分的图形界面视觉信息都分布于屏幕上显示，因此需要色彩绚丽、交互体验良好的人机界面的场景越来越多。利用嵌入式技术开发的人机界面因其成本低廉、性能稳定、功能多样等诸多优势，正越来越多的应用于医疗器械行业领域。

本文基于GUI Designer 图形库和C 语言程序对人机界面进行设计，实现了人机交互、参数设置与显示以及数据存储等功能，具有较强的适配性，可以应用于各种医疗器械以及各种场景。本文以超声刀项目为依托，进行了适配和调试，取得了良好的使用效果。

1   硬件电路设计

该人机界面硬件结构如图1 所示。该系统采用市面上的一种嵌入式芯片作为中央处理单元，其基于ARM DDR2 的内核架构，处理器自带64 M 的ram 以及128 M 的flash，能够保证流畅运行GUI Designer 图形库以及其他任务。

另外，根据实际的显示需求，硬件电路还设计了多个功能模块，共同完成系统数据的接收、转换和显示，主要包括了音频IC、SD 卡、UART 等，方便功能应用扩展。

各硬件模块情况如下：

（1）LCD 显示屏

LCD 显示屏采用7 寸大屏幕彩色触摸显示屏，显示分辨率位1 024×600，支持1 600 W 真彩显示、色彩逼真、效果细腻。工作温度范围为-20-70 ℃，为GUIDesigner 人机界面显示提供了良好的硬件基础。

（2）供电电源

系统供电电源采用的两种IC 芯片，对系统输入的12 V 进行降压处理，得到5 V 和3.3 V 用于单片机及其他IC 的供电电源。

（3）音频模块

系统音频模块采用专用音频解码器以及功放IC 组合。采用的专用音频解码器是一款功能强大的高品质语音芯片，采用了高性能32 位处理器、最高频率可达120 MHz。控制方式灵活：支持标准的异步串口通讯(UART)、支持SPI-Flash、U 盘做为存储器。32 级音量可调、最大可以支持外挂128 Mbit 的Flash 和32G 的U盘。结合功放芯片，可以实现清晰的提示音效果。

（4）其他器件选择

开发板提供了SD 卡、USART 接口等模块。SD 卡模块采用4 位SDIO 方式驱动，理论上最大速度可以达到24 MB/S，适用于大容量存储。UART 模块采用TTL电平进行输出，用于开发板之间的通讯。

2   软件部分设计

GUI Designer 是由联阳公司研发的基于嵌入式系统的人机界面设计工具，开发稳定高效的图形软件库. 具有丰富的人机界面设计控件，用于任何使用图形显示进行操作的应用。GUI 人机界面设计，与VS 结合，联合开发底层设计，满足用户需求。开发过程无需等待硬件开发，直接通过VS软件仿真，最后与硬件进行系统联调，节约时间成本。

2.1 程序整体设计

本文采用Freetros 操作系统，采用多任务、模块化的思想，将整个系统任务分为人机界面显示任务，触摸屏相应任务，音频播放任务以及串口通讯任务。软件采用任务优先级和时间片轮训算法实现任务调度，任务之间通过消息队列进行通讯。系统软件结构如图2 所示。

图2 系统软件结构

2.2 人机界面交互任务

人机界面交互任务主要完成与医疗设备的人机交互功能。本文以超声刀项目为例进行介绍，该系统主要包括主界面、功能选择、参数设置、系统信息显示、调试模式显示、系统日志等界面。

2.3 触摸屏任务

触摸屏任务主要完成人机界面的操作任务，实现系统界面切换、参数设置，日志浏览等功能。系统采用查询方式，每5 ms 查询一次。

2.4 音频播放任务

音频播放任务采用UART 方式进行， 当接收到UART 消息播放命令时就会执行该命令，并根据接收消息的内容选择播放内容。系统提供单次播放和循环播放两种方式。

2.5 串口通讯任务

串口通讯任务用于实现与主机之间的通讯功能。人机界面系统通过触摸屏进行信息输入，打包后将信息发送给主机，从而实现参数设置等功能。而当人机界面收到主机发来的信息后，在该串口通讯任务中对数据包进行解析，从而完成相应指令操作，实现界面切换、参数设置、信息和日志更新等功能。

3 界面显示

本文以超声刀项目为依托，结合产品需求对超声刀主机界面进行设计。产品具有开机自检界面、主界面、配置界面、设置界面、系统日志界面等。在实际使用过程中可以设计多套不同界面供用户选择，也可以更换不同语言和字体显示。在测试过程中，能够通过串口与主机进行实时通讯，数据显示正常。

图3 系统主界面

图4 系统设置界面

图5 系统日志界面

4   结束语

该系统采用嵌入式芯片和GUI Designer 图形库进行人机界面设计，能够提供友好的界面及交互体验，并通过此界面完成查看和管理任务。设计成果证明，开发设计过程简单高效，界面美观，工作稳定可靠，适配性及可移植性强，能够应用于医疗器械行业的各种场景，大大缩短开发周期，具有较强的实用性。

（本文来源于威廉希尔 官网app 杂志2022年4月期）

关键词： 人机界面 GUI Designer 系统设计 202204