人机界面驱动的高速应用程序的设计

作为M2M通信世界中的运营商，人们对活动的监控正在从梦想转变为实际和无处不在的现实。历史的观点是人类界面基于面向触摸的输入（手势，打字，点，触摸），然而，系统现在有大量的方法来检测人机交互。这些包括非触摸动作，3D手势，温度，动作，声音和视觉处理，作为领先的成本效益措施。所有这些方法现在都与中央数据存储库进行通信，并且必须这样做而不必束缚于产品。这些无线接口具有串行数据流，需要在串行和并行模式之间进行转换，因为高速数据在系统周围传输。因此，无线技术和与这些传感器采集系统的新型高速无线连接链接是新常态。

数据流量类型

网络流量按类别分组关于从传感器系统发送的数据的大小和类型，以及需要存储在数据库中的数据。这些系统的高级组是：（A）小数据，本地数据处理，确认传输，（B）小数据，远程处理，传输确认，（C）大数据包，本地数据处理，确认传输，（D） ）大数据包，远程处理，确认传输，以及（E）从传感器单向传输数据以供另一个计算环境处理。

小数据，本地处理

应用程序控制界面已经从简单的按钮或全键盘转移到具有触摸板或触摸屏界面的基于菜单的用户操作。这些接口要求定义控制功能，并且可以将其置于状态机，过程，序列或算法中以完成手头的任务。一个主要的例子是大屏幕销售点（POS）终端。

图1：触摸屏桌面POS终端。

《图1显示了一台触摸屏计算机，它具有完整的高分辨率图形作为屏幕上的“触摸”图标。选择项目时，它会执行一系列步骤，从更新注册信息，初始化支付处理系统和更新库存。通过具有本地处理能力，所有动作都在终端进行以进行寄存器控制，并且传输到中央计算机的唯一信息是SKU和单元数量信息。仅仅SKU和交易号的减少的数据集通常小于1kb，并且可以通过多种协议选项传输 - 有线，无线和多种无线选项。这些POS终端是线路操作的，因此在传输过程中的电源不是问题。对于小型数据集，ZigBee ®，Z-Wave ®和蓝牙®是Wi-Fi开销的良好替代协议《 sup》®。

POS终端的新一代人机界面是多连接无线手持终端，如图2所示。该设备再次使用比大多数设备更多的功率由于所需的无线连接模式和设备扫描功能的数量而导致的大小对象。该设备不仅具有Wi-Fi功能，还具有蜂窝连接功能，可以从任何位置传输数据。这种类型的终端通常具有SMS样式消息传送，而不是全数字数据系统，当它们通过Wi-Fi和GSM频带与家庭系统通信时，该设备使用仅由SKU和交易号组成的小数据集。这样可以经济高效地使用终端而无需担心传输中的数据丢失。

图2：无线手持便携式客户POS终端。

小数据，远程处理

图3所示的手持设备最初是为有线坞站应用而设计的。它们受到小型设计中可用的降低的处理能力的影响。由于它们具有较小的CPU和内存，因此必须在中心位置进行人体触摸界面分析的大量处理和复杂性。

《 p》图3：手持POS终端功能（由Verifone提供）。

这些设备的人机界面正在迁移到工业设计和外形，使用电容式触敏键或显示器和插入RF无线电添加无线功能。通过使用赛普拉斯的PSOC ®产品硬件开发套件，可以实现这些设计的开发，这些产品展示了如何通过消除机械键和选择焊盘来提高可靠性。开发套件如图4所示。除了GUI的更改外，还可以使设备连接使用标准串行数据输出，并使用完整的模块进行无线连接。这些模块可用于使用Panasonic PAN1325 Class 1蓝牙模块等设备的低数据块（如蓝牙协议）（参见图5）。

《 p》图4：赛普拉斯PSOC 3 FirstTouch™入门套件（赛普拉斯半导体公司提供）。

图5：松下Wi-Fi和蓝牙模块（礼貌）松下）。

大数据，本地和远程处理

新便携式设备的某些应用的另一个挑战是基于图像和识别的嵌入式设计处理。较小的CPU和MCU专注于内存格式化和图像传输到本地单独的计算引擎（如DSP或多核配置）或远程完成的人体触摸界面分析处理 - 设备位置。因此，需要从单元发送更大的数据集 - 具有完整信息数据库的数据集，例如POS交易中的数据集。

这些包括使用1D和2D条形码，UPC代码，QR码，RF库存标签，SKU编号，对象数量，有时甚至是可视图像 - 相机或扫描仪来处理交易。这些数据集的大小范围为100 Kb到多Mb。对于大量数据，蓝牙，ZigBee和Z-Wave都是小型数据包协议，效率不高。相反，在单天线或多天线配置中使用Wi-Fi是最好的。

有模拟前端，例如Epcos的组合蓝牙802.11b/g模块，它从数字中获取数据核心并处理两种协议的所有模拟处理。这将允许在4.5 mm x 3.2 mm的非常小的区域内实现与现有“基于线路”的设计的高速2.4 GHz无线连接。

还可以管理大型数据集以便完全导出组装收发器单元。这些可用于多种协议并包括蜂窝通信。收发器单元需要位于端点设备和远程处理站上。可能的高带宽是每个天线使用的Mbps速率。这些设备包括小型USB可插拔设备，可用于任何具有USB串行IO的人机接口设备的改造，以及带有可连接到现有有线以太网端口的电源的较大全有线设备。完全组装的收发器产品可从许多制造商处获得，包括Digi International，Laird，Multi-Tech Systems，Inc。和Roving Networks，Inc。

用于远程处理的流数据

流数据已从有线连接转换为远程位置和远程访问功能。无线摄像机在可见光和交替光谱中监测人类行为的能力正在改变远程监控。假设有线电源，这些摄像机在自主模式下支持多种协议的完全本地IP网络管理。 IP摄像机将声音和图像捕获结合在一个单元中，能够连续广播高达100 Mbps的数据，用于光学检测等应用。它们以1/1000秒到1/4000秒的快门速率记录每块128个图像。

然后可以在系统应用程序中本地处理数据块，或者更通常是“en-mass” “到数据存储和计算处理机器。 CCD单元通常包含某种多核或DSP处理，以获取相机原始扫描数据并将其放入编码和标准化的图像格式，如TIFF或JPEG。处理通过设备中的编解码器处理。诸如带有DSP的Aven 26100-100 1/3“彩色CCD（见图6）等产品具有这些功能，可用于集成机器视觉应用。这些摄像机接受双向通信，并支持调整功能，如：光圈，快门，AGC，白平衡，镜像功能，B.L.C。功能，正/负，数码变焦和闪烁。

图6：Aven 1/3“DSP彩色CCD（Courtesy Aven）。

由这些图像产生的人机界面可以合并到触摸屏显示器中。对于大多数触敏显示器，视频图像可以自动居中，因此可以对流数据执行POS式交易，以支持工厂车间自动化或物理设施访问。无线控制的使用允许远离访问区域的安全位置进行远程设施访问（门，门释放，电梯，呼叫访问）。只要接口有电，访问控制方法就可以与中央计算机进行通信以进行验证。

高级功能

无线连接的新领域是生物识别基于传感器接口。基于生物识别的传感器接口通常是独立的，不与标准IT网络连接。生物识别传感器的一个例子是Atmel ® FingerChip ®生物识别模块（见图7）。该评估系统允许完整开发传感器安全认证接口，并与标准I/O通信。然后，模块可以使用私有协议与独立信道（例如，不是用于蜂窝网络的商业载波或加密的Wi-Fi连接）连接，其允许安全的信息传输和响应联网。再加上光学图像捕捉和触摸界面，不仅可以管理人员对设施或区域的完全访问，还可以对其进行记录和分析。

图7：Atmel FingerChip生物识别模块（Atmel提供）。

无线连接的使用还允许带有磁条的门禁卡和ID卡用于新的地方。如先前对POS终端应用所述，可以将读卡器和智能卡读卡器结合到任何现有设备中以跟踪操作员是谁，以及使用的时间和日期。某些设备没有主动使用跟踪，无法轻松集成到产品中。使用具有小数据和远程处理选项的无线接口允许将用户卡刷卡添加为便携式电源和低成本连接解决方案。除了人员调度资源之外，设备的使用跟踪正成为一个巨大的财务问题，以便优化维护和停机时间。拥有成像功能和无线跟踪功能，现在只需一个集中位置即可跟踪公司硬资产的情况。

下一代功能

最新趋势远程人机界面管理不仅具有监控功能，还具有监控功能。趋势是收集和处理私有云中的所有事务和安全信息，这些信息可由固定且安全的IP地址寻址。然后在可视报告中分析该数据 - 代表性视频或固定图像，然后在远程计算设备上查看。这些已经从简单的SMS消息转移到照片，现在是下采样的实时视频和接收的视频流。终端设备现在是智能手机和平板电脑，主要从802.11 Wi-Fi获得多Mbps带宽。标准802.11b/g系统是单天线。 802.11n/ac系统是MIMO（多输入和多输出），可以支持最多四个同步数据流输入或输出。这些允许数据速率高达Gbps级别。在这些级别，可以分析多个数据集并将其发送到单个设备，以便整个视觉动态可以改变。更改的设计方面在应用程序软件中。这些高速应用程序的设计架构没有根本性转变，如低速应用程序 - 它只是确定要使用的正确设计模型（AE）。