1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、 背景与意义

我国经济的快速发展导致了环境问题的日趋严重，而近年雾霾问题十分突出，这关系到我们每个人的生活质量，国家对环境问题也非常的重视。

石油化工、冶金、电力、轻工等行业广泛存在工业加热炉、锅炉燃烧热效率低，废气污染严重的问题。而化工行业自身也存在一定的危险性，化工产品与氧气混合可能会发生燃烧甚至爆炸。比如丙烯酸产品生产过程中丙烯与空气混合存在一定的爆炸范围。

控制氧含量在一定范围内不仅可以降低发生爆炸的风险，而且控制氧含量在一定范围内可以提升化工生产效率。因为烟气氧含量大，入炉空气增加，降低了炉膛温度，影响传热效果。烟气氧含量小会导致燃料燃烧不完全，加热炉效率低。控制氧含量在一定范围内对环境保护还有很大作用，因为在工厂生产过程中废气成分和含量与氧气浓度相关，比如碳和氧气不充分燃烧会产生有毒气体CO。

在线氧含量分析仪便是用于连续测量工业加热炉或锅炉在燃烧过程中排放气体的氧含量产品，与调节器或DCS系统、执行机构配合起来控制加热炉的最佳燃烧，提高燃烧效率从而节省能源，减少加热炉所排烟气对环境的污染。

二、发展现状

在线氧含量分析仪人机交互界面是分析仪和用户之间的人机接口，用户可以通过它向分析仪发送启动、配置和数据的提取发送等命令，分析仪接受命令后向显示界面发送相应的信息，显示器将计算和处理过的信息结果以数字或图形的方式显示。人机交互界面的显示通过STM32系列微控制器和LCD液晶屏实现，显示软件使用emwin提供的功能实现。

随着通信网络技术和集成电路设计的高速发展，嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工业化、工业化促进信息化发展的新的国民增长点。嵌入式系统具有如下优点：

1）体积小，低功耗，成本低，集成度高。

2）随着各领域技术的发展不断进步。

3）系统精简，有利于控制成本和系统安全。

4）具有较长的生命周期。

5）高实时性和高可靠性，适应复杂的环境。

自1971年Intel公司推出第一款微处理器4004就此揭开了嵌入式系统的发展序幕，几十年的发展可以分为三个阶段：

1）单片机系统阶段。这一阶段主要以功能简单的单片机为核心，来实现一些控制、采集或是监控的功能。

2）嵌入式CPU与嵌入式操作系统。这个时段出现了一些功能强大，价格低廉的嵌入式微处理器和操作系统，可以支持多种设备，开发和应用也更为方便。

3）片上系统（SOC）和网络阶段。将CPU和多种外设控制器的专用系统集成在一个芯片上，功能越来越强大，成本和功耗越来越低，并已经支持网络功能。

ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的RISC微处理器结构,以其低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。2007年6月意法半导体(ST)公司发布了基于ARM Cortex2M3的STM32系列产品,这些产品结合了高性能、实时、低功耗、低电压、高集成度和易于开发等特性,给MCU用户带来了前所未有的自由空间。

emwin图形库由德国SEGGER公司开发，可为图形LCD设计提供支持，极大简化了LCD设计并缩短上市时间。为ARM微控制器用户提供强大的图形库提升MCU运行表现和色彩逼真水平。

emwim设计用于提供高效且独立于处理器和显示控制器的图形用户界面,用于任何使用图形显示进行操作的应用。它与单任务和多任务环境、专用操作系统或具有任何商业RTOS兼容，emwin的发货形式为C语言源代码。它可适用于任何尺寸的、具有任何显示控制器和CPU的物理和虚拟显示器。

用户应用程序

emWin图形库

插件库

存储设备

VNC服务器

窗口管理器

显示驱动

GUI配置

LCD配置

系统硬件

emwin作为一种复杂高效的图形用户界面，可以移植到众多显示控制器和操作系统中，具有模块化特点和分层结构，可分为如上图所示四个层次，从上至下依次为应用层、图形库层、驱动层和硬件层。在emwin完成显示的的过程中，应用层中的用户应用程序先调用图形库层的功能函数，然后各个功能函数通过驱动层的底层驱动函数，实现对硬件的电路驱动，完成显示界面的显示。

近年来，LCD显示器的发展和普及使得嵌入式系统的人机交互功能得到了显著的提高。目前应用广泛的主动矩阵式LCD，也称TFT-LCD（Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD）。TFT-LCD液晶显示器的显像原理是采用”背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。

三、发展趋势

emwin作为嵌入式图形支持系统中的一种具有十分强大的功能，不仅简化图形LCD设计，而且色彩逼真，提升了MCU的运行表现，在嵌入式系统设计中的应用十分广泛。

人机交互界面对促进人机交互有十分重要的作用。美国计算机协会将人机交互定义为：关注供人使用的互动计算机系统的设计、评价、实施及相关事宜的学科。人机交互的重要关注点为使用者的满意度（或简称为终端用户满意度）。”由于人机交互研究人与机器间的交流，它既包括关于机器的知识，也包括关于人的知识。关于机器的知识，包括计算机图形技术、操作系统、编程语言和开发环境。关于人的知识，包括语言沟通、图形学、工业设计、语言学、社会科学、认知心理学、社会心理学和计算机用户满意度等。同时，工程学和设计方法学也与此相关。”人机交互具有多学科性和需要多领域合作的属性，促进了多学科的发展，体现多领域的最新研究成果。

如今，”以人为本”、”自然和谐”的交互方式已经成为人机交互技术的基本理念，概括地讲，新一代人机交互技术的发展将主要围绕以下几个方面：

集成化：人机交互将呈现出多样化、多通道交互的特点，直接与间接操纵、语音、手势等多种交互手段将集成在一起，成为交互技术的发展方向。

网络化：无线互联网、移动通信网等的快速发展，对人机交互提出了更高的要求，人机交互应更加需要考虑在不同网络、不同平台下的用户交互。此外，网格技术等新一代网络技术的发展也给人机交互的发展提供了很好的机遇。

智能化：在人机交互中，如何使计算机更好的捕捉用户赋予的信息，并做出合适的反馈或动作，提高交互活动的自然性和高效性，是人机交互的重要发展方向。

标准化：目前在人机交互领域，ISO已经正式发布了许多国际标准，如ISO 13407：1999、ISO／IEC 10741：1995等等，以指导产品设计、测试和可用性评估。但是针对不同平台、不同领域的人机交互标准还需要一个长期而变化的过程去制定。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究问题

基于emwin的在线氧含量分析仪人机交互界面软件设计，根据系统整体要求最终实现将通讯模块采集到的数据在液晶屏上显示。以焦炉煤气氧含量在线分析仪为研究背景，可以实时监测焦炉煤气回收系统中氧气含量，保证回收系统的安全运行与污染排放的监控。需要解决的问题主要有：

1) 熟练使用作为编程基础的c语言。