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一、人機工程學的學科內容
人機工程學是一門研究人類、機器和環境之間相互作用的學科，它主要目的是為了使設計的機械設備或者人機系統能夠滿足人的生理和心理特征，使其能夠更好的為人類服務。在工業設計中，我們通常將其定義為：對于成批量生產的產品，憑借專業知識、經驗以及視覺感受等賦予其材料、結構、色彩等新的品質和資格。人機界面是人和機器在交互過程中非常重要的一個層面，也可以稱之為用戶界面。它是人和機器之間進行通信的媒介，負責信息的輸入和輸出，其設計的好壞直接影響用戶的使用效果，是現代設計中非常重要的一個方面。
二、GUI的設計及色彩的特征
（一）GUI設計的流程
對于一個完整的用戶界面設計包括其啟動界面的設計、軟件架構設計、相應按鈕的設計、面板的設計、菜單的設計以及圖標和滾動條的設計等等。跟其他產品一樣其設計的過程非常復雜，包括前期的調研、總體設計、具體設計和實施[1] [2]，是一個需要循環測試和評估的設計過程。
（二）色彩在GUI設計中的作用
在人機界面使用過程中，色彩對人類的影響最為重要，會受到人們的首先關注，其次才是形狀或者其他。所以對于人類來說色彩直接影響著其精神感受，在設計的過程中就要考慮到用戶的審美觀，使用戶在使用的過程中產生舒適感和美感。
GUI的設計可以分為網頁和軟件兩種不同的類型，其設計時對色彩的選擇也不盡相同。在網頁的色彩設計過程中有很大面積的色塊區域，其像素空間也較大，設計師在設計色彩時有較大的發揮空間。但是在對軟件的GUI設計時要考慮到工程類的嚴謹性和專業性，目前大多數采用了灰色作為其背景色，那么對于其圖標的色彩設計就會受到很大的限制，且其色彩不宜超過64色。在整個GUI設計中首先要做到簡單明了，對用戶起到引導的作用，引導用戶得到正確的聯想和操作。其次還要保證色彩的柔和性，降低不同區域間的對比度，使用戶在使用的過程中不會感覺眼睛疲勞。
（三）人機交互界面色彩的選擇
在進行人機界面的色彩選擇時首先要明確主色調，以體現界面的主題。在工業設計中一般選擇淺灰色、淺黃色、淺藍色以及淺綠色等淺顏色的背景，再配以深色系的字，這樣既能夠突出重點，又能夠得到大多數人的認可。對于人機界面中其他的一些內容不宜選用搶眼的顏色，否則就會喧賓奪主，當然并不是完全不能應用，為了突出強調某些因素可以采用明亮的色彩，但是不能使用太多，否則就會適得其反，達不到強調的效果[3]。
在進行色調選擇時一般要考慮一下三點：
1.暖色調一般會給人一種溫暖的效果，冷色調則相反，使人感到冷清。
2.高彩度的暖色調給人刺激和興奮，低彩度的冷色調能夠使人平靜思索。
3.高明色調使人感覺清爽、明快，低明色調則使人感覺深沉和莊重。
在選擇顏色進行背景色搭配時一樣不能使用對比強烈的色彩；使用大面積顏色時要選用低對比度的背景，否則會影響其圖片和文字的辨別，嚴重時會發生互溶現象，使圖片和文字不容易被辨識。例如在進行標題背景色設計時可以采用較深的顏色，配以鮮明的字體，這樣一方面可以吸引用戶的注意力，另一方面起到了突出界面主題的作用[4]。
三、人機工程學在GUI設計中的重要作用
設計的目的是為了更好的為人類服務，所以人是設計中首先要考慮的因素。人機工程學也是把人作為第一要素來考慮，它在GUI設計中的作用可以簡單的概括為以下三個方面：
（一）提供人體尺度參數。人體工程學是人際工程學中研究中一個重要的方向，為GUI的設計提供人體結構尺度、生理尺度以及心理尺度等相關數據，從而為設計者設計人機界面提供可靠地參考依據。
（二）提供功能合理性設計參數。在設計過程中為設計者提供界面中各個要素的形狀、大小以及色彩和布局等的參數，使其能夠實現人和機器之間通信功能的最優化，進而最大限度的適應人類心理和生理需求。
（三）提供系統設計的理論依據。人機工程學是研究人和機以及機所處的環境一門科學，人機工程學的原理存在于用戶界面設計的每一個過程中。在這個完整的人機系統中系統要能夠為用戶提供繼續、后退和退出等命令的說明[5]。
四、設計實例
在這次設計中我們以一款兒童英語學習軟件為例進行，設計了其登陸界面和一系列圖標，其界面色彩豐富、圖標的可指示性強。
上述圖標和界面的設計主要采用了黃色調作為主色調，能夠給人一種活潑、燦爛和可愛的感覺。對于兒童英語課程的學習來說其用戶主要是兒童，這種色調的選擇可以使其在使用過程中感到喜歡，增加了其愉快度，從而能夠更好的幫助兒童學習英語。
五、結論
論文以人機工程學為基礎，對其在GUI設計中的相關內容進行了闡述，介紹了基于人機工程學的GUI界面設計的方法，并且介紹了色彩在界面設計中的重要作用和如何選擇合適的色彩以達到更好的效果。在文章的最后做著還給出了一個設計實例，驗證了人機工程軟件界面設計方法的指導性。
參考文獻：
[1]何曉佑.產品設計程序與方法.北京：中國輕工業出版社，2000.
[2]Jeffrey L.Whitten，Lonnie D.Bentley，Victor M.Barlow.System Analysis and Design Methods. Von Hoffmann Press，1994.
工業設計是一門綜合性學科，其知識體系包括數學、物理學、材料學、工程學、電子學、機械學、色彩學、心理學、美學、傳播學及倫理學等。它在促進經濟發展，改善人的生活方式等方面發揮了重要的作用。但究竟什么是工業設計，一直眾說紛紜。2006年國際工業設計協會理事會（icsid）給出的定義認為：設計是一種創造性活動，其目的是確立產品多向度的品質、過程、服務及整個生命周期系統，因此，設計是科技人性化創新的核心因素，也是文化與經濟交流至關重要的因素。工業設計的任務是對結構、組織、功能、表達和經濟關系的發現和評估，主要表現在：
（1）增強全球可持續化發展和對環境的保護；
（2）賦予人類社會整體、個人、集體以利益與自由；
（3）決定用戶、生產者和市場領導者；
（4）不論世界如何全球化，支援文化多樣化；
（5）賦予產品、服務、系統與其特性在形式（符號的、語義學）的表達上與內涵的協調（審美的、美學）保持一致。
近五十年工業設計得到了快速發展，特別是以計算機和通信技術為代表的數字化信息時代的到來，進一步促進了工業設計的發展。計算機輔助工業設計以一種嶄新的面貌進入企業，改變著企業傳統的產品研發過程。
一、計算機輔助工業設計
20世紀60年代，隨著計算機圖形理論的創立，計算機輔助設計（cad）應運而生。隨之而來的是軟硬件的不斷更新和現代工業的迫切需要，因此計算機輔助設計引入工業設計，也成為一種必然。工業迅猛發展，市場日新月異，產品的更新換代更加迅速，為了獲得競爭的勝利，企業就需要縮短產品的研發周期，獲得更好的市場資料，傳統的產品研發手段已不能滿足這種需求，借助計算機輔助工業設計（caid）的技術則可以更加容易滿足這種需求。
caid，即是計算機及其系統集成相關高新科技，輔助產品（工程）或服務工業設計的現代設計技術，它的技術原理是將設計人員的最佳特性、創造性思維、經驗知識、綜合判斷與決策能力、想象能力、審美能力等，與計算機的強大記憶、信息檢索能力、海量信息高速精確計算與處理能力、易修改設計、虛擬真實顯示、藝術渲染、一定的人工智能、工作狀態穩定且不會疲勞等特性相結合，從而提高設計速度和效率，大大縮短設計周期，保證設計質量，降低設計成本。
二、caid的應用
caid的應用主要是基于數字化平臺實現的，借助caid，企業可以大大縮短產品的研發周期，降低產品的研發成本，同時能夠保證產品的質量，進而增強企業的市場競爭力。caid將科學思維和藝術思維融合在一起，科學的發明融入了藝術的思維，可使產品外觀和操作更加人性化；將科學思維融入到藝術思維中，可以確保對產品的形態美及功能美的探求有科學的依據。
1、計算機輔助形態設計
計算機輔助形態設計就是借助計算機軟硬件，通過形態變化、分割與比例等方法按照形式美法則對產品的造型進行探究，以獲得功能布局合理、操作人性化的技術美。在這個階段，設計師會經常對產品的形態進行探索，以獲得良好的產品形態，這必然要求設計師經常對已有的產品形態進行修改。caid的參數化功能，便于反復修改尺寸、線型等；具有較強的曲面造型功能；能夠快速地實現基于草圖的三維建模。
2、計算機輔助色彩設計
色彩對于產品的重要性是不言而喻的，不同人群及地域對色彩的理解不一樣，因此，設計師要根據不同的目標人群在特定的使用情景下使用特定的色彩，同時，特定形態的產品，也需要特定的色彩才能更加完美地展現產品的特性。計算機輔助設計中的相關軟件一般都有強大的色彩編輯器，及色彩拾取功能，這可以讓設計師方便地選取色彩，進而提高設計師的工作效率，也更加便于對色彩的修改。此外，軟件的色彩數據庫能不時更新，保證了設計的時代性、時尚性。
3、計算機輔助人機設計
人機工程的主要任務是研究用戶使用產品時的合適尺度關系、操作方式，及使用時的生理反應與心理感受。它的根本目的在于通過對“人-機-環境”相互影響的研究，創造出一個最合理的“人-機-環境”系統。
人機設計的好壞將直接影響產品的性能及用戶的安全，好的人機設計將有利于產品性能的最佳發揮，提高生產效率，反之，將威脅用戶的身體健康，給用戶的操作帶來不便，降低生產效率，降低產品人機環境的綜合性能。隨著計算機輔助技術的發展，以cad為代表的三維數字化產品設計技術已成為企業提高競爭力的重要手段，進而出現了“數字化人機工程”概念，即借助計算機、信息處理技術，利用計算機輔助人機設計軟件系統進行人機設計與評價。如運動型人體模型，它可以用來模擬人體的運動特性，在影視、工程設計、軍事領域具有廣泛的應用，在人機工程領域主要用于對姿態與動作的分析。
4、計算機輔助設計評價
借助caid對設計方案進行評價是提高設計質量的一個重要環節。由此，可以判斷各個方案的價值，確定其優劣，以便篩選出最佳的設計方案。評價工具的出現，使得設計評價方法和原則具有更強的可操作性。例如利用計算機對產品進行藝術美學的評價和分析，這是ciad進行評價的一個突出案例?！坝嬎銠C藝術美評價系統實質上也是個智能專家系統，在系統知識庫中集中了客觀上對某種產品是否美的評價概念，也集中了專家級的藝術美學思想及認識，它在系統推理中確定了評價藝術美的準則，然后進行人機對話對產品的藝術美做出專家級的評價”（汪海波《淺析計算機輔助工業設計》，載于《安徽工業大學學報》2005年第4期）。
三、計算機輔助工業設計的人機交互
信息在人類社會活動中變得越來越重要，當今社會已從以“技術為核心”變為以“信息為核心”，這標志著社會的進步，同時，也給設計者帶來了一定的挑戰，即如何將信息正確、及時地傳遞給用戶。這就要求用戶和產品實現無障礙交流，因此才有互動模式的caid實現。目前，在caid技術領域，人機交互的研究主要體現在人機界面設計和虛擬仿真設計等方面。
1、人機界面設計
計算機系統中的人機界面也稱為用戶界面，它介于用戶和計算機之間，是用戶與計算機進行信息傳遞和信息交換的載體，是用戶使用計算機的綜合操作環境。人機界面中設計師的作用就是處理人與硬件界面和軟件界面的關系，而硬件界面與軟件界面之間的關系則通過計算機技術來解決。目前，人機界面主要研究領域是人機界面模型設計、虛擬界面設計、多感官界面設計和多用戶界面設計等。
2、虛擬仿真技術
通過計算機硬件系統的虛擬仿真技術，可以對人機關系進行有效的設計、驗證和評估等工作。當前，“虛擬仿真技術的研究主要體現在觸覺反饋、壓力反饋等基礎技術以及人機交互的模擬、人機虛擬環境的構建等方面”（羅海玉《計算機輔助工業設計技術綜述》，載于《甘肅科技》2003年第7期）。它是一種高度逼真地模擬人在自然環境中試聽等主觀行為的人機界面技術。目前，已有很多設備可以用來虛擬仿真設計，如三位空間交互球、力反饋器、數據手套、頭盔顯示器等。虛擬仿真技術在國內目前主要用于軍事領域、航空航天領域，在工業設計領域的運用還不多。但是，毫無疑問的是虛擬仿真技術必然是工業設計未來發展的一個主要方向，借助它可以實現設計過程中任一環節的考察與操作，可以幫助設計師快速、真實、有效地實現和修改設計方案，減少不必要的體力與腦力勞動，實現與設計團隊的信息交流和資源共享，進而提高產品研發的速度，快速及時地抓住市場機遇，提高企業市場競爭力，獲得巨大經濟效益。
結 語
借助caid可以有效地縮短產品的研發周期，但是，目前caid技術還不夠成熟，急需進一步研究。從工業設計本身而言，隨著人工智能、虛擬仿真等技術的不斷發展，設計師的設計思維也將發生重大變化，人機交互模式的caid就將成為未來工業設計發展的必然趨勢，更加人性、快捷、真實的人機交互方式將會是caid中人機交互的必然結果。
參考文獻
1、 zh.wikipedia.org/zh-cn/%e5%b7%a5%e6%a5%ad%e8%a8%ad%e8%a8%88. 維基百科
2、 劉和山、趙英新、黃克正、張明《淺談計算機輔助工業設計》，載于《山東內燃機》1999年第3期
3、 楊海成、陸長德、余隋慶《計算機輔助工業設計》，北京理工大學出版社2009年版
一.引言
消防系統主要由三大部分組成：第一部分為感應系統，即為火災自動報警系統；
第二部分為執行系統，即滅火自動控制系統；第三部分為消防聯動系統。一般情況下火災自動報警系統主要由探測器、手動報警按鈕、報警器和警報器等組成，以便完成檢查火災并報警的任務。
二.火災報警控制系統的選器件選擇
（一） 報警探測器的選擇
本文設計的系統屬于區域性系統，故采用較小型的單體探測器為宜。故選用了JTF-GOM-GST601點型復合式感煙感溫火災探測器。其采用了復合探測技術是目前國際上流行的新型多功能高可靠性的火災探測技術，是由煙霧傳感器件和半導體溫度傳感器件從工藝結構和電路結構上共同構成的多元復合探測器。其不僅具有普通散射型光電感煙火災探測器的性能，而且兼有定溫、差定溫感溫火災探測器的性能。由于采用了感煙和感溫相結合的技術，使得該復合探測器能夠對國家標志試驗火的燃燒進行探測和報警。也能夠對酒精等有明顯溫升的明火進行探測并報警。而且探測器為無極性信號二總線制，方便連接控制器。
（二） 手動報警器的選擇
由于探測器可能會在某些情況下失效，故必須要有手動報警器，且能夠自動通知119火警。本控制系統選用J-SAP-8402手動報警按鈕，將手動火災報警按鈕與消防電話插座設計成一體，構成一體化J-SAP-8402型手動火災報警按鈕。其主要具有以下特點：
1.采用拔插式結構，安裝簡單方便；
2.電子編碼，可現場改寫；
3.有機玻璃片在按下后可用專用工具復位；
4.采用微處理器實現信號處理，用數字信號與控制器進行通信，工作穩定可靠，對電磁干擾有良好的抑制能力。
J-SAP-8402手動報警按鈕主要技術指標：
1.工作電壓：總線24V
2.監視電流≤0.6mA
3.動作電流≤1.8mA
4.線制：與控制器采用無極性信號二總線連接，與總線制編碼電話模塊采用四線制連接，與總線制電話主機或多線制電話主機采用電話二總線連接
5.無源輸出觸點容量：DC60V/100mA
6.使用環境：溫度：-10℃～+55℃ 相對濕度≤95%，不結露
7.外殼防護等級：IP43
8.外形尺寸： 90mm×122mm×48.5mm （帶底殼）
（三） 聲光報警器的選擇
本系統選用HX-100B聲光報警器。HX-100B火災聲光警報器（俗稱聲光）是一款安裝在現場的編碼型聲光報警設備，可直接接入火災報警控制器（俗稱報警主機）的信號二總線，需要由電源系統提供兩根DC24V電源線。在現場發生火災并確認后，安裝在現場的火災聲光警報器可由消防控制中心的火災報警控制器（報警主機）啟動，發出強烈的聲光報警信號，以達到提醒現場人員注意的目的。如圖8。
HX-100B火災聲光警報器的主要技術參數：
1.工作電壓：
信號總線電壓：24V 允許范圍：16V～28V
電源總線電壓：DC24V 允許范圍：DC20V～DC28V
2.工作電流：
總線監視電流≤0.8mA 總線啟動電流≤6.0mA
電源監視電流≤10mA 電源動作電流≤160mA
3.線制：四線制，與控制器采用無極性信號二總線連接，與電源線采用無極性二線制連接
4.聲壓級≥85dB（正前方3m水平處（A計權））
5.閃光頻率：0.8Hz～1.0Hz
6.變調周期：4（1±20%）s
7.聲調：火警聲
8.使用環境：溫度：-10℃～+50℃ 相對濕度≤95%，不結露
9.外殼防護等級：IP43
10.外形尺寸： 90mm×144mm×57mm（帶底殼）
（四） 報警門燈的選擇
報警門燈安裝在巡視觀察方便的地點，如會議室、餐廳燈地方。本次選用LD-8314作為報警門燈。其接線方式也為無極性信號二總線連接。
（五） PLC的選擇
本次選用三菱FXOS系列PLC作為控制器。其適應于極小模塊，廣泛用途的卡片尺寸的超小型PLC。 特別是直流電流與交流電源型相比，體積又進一步減少了一半，即使在以往安裝困難空間，也可以從容地安裝。
特點備有可自由選擇、豐富的品種可選用10/14/20/30點型。同時，根據電源，輸出形式，進行選擇。體積雖小卻具有令人心安的高性能。本次使用點數較少故選用FX0S-10MR-001即可。
FX0S系列的基本單元FX0S系列的功能簡單，價格便宜，適用于小型開關量控制系統，它只有基本單元，沒有擴展單元。清晰可見FX0s-10M其6個輸入點和4個輸出點。本次控制所需點數少，故選用此種最低檔次的三菱PLC合理。更深入查找三菱PLC技術參數，可以訪問三菱電機網站，對相關器件的手冊進行下載。
（六）人機界面的選擇
本次選用三菱GOT人機界面。型號GT1165-VNBA-C作為本控制系統人機界面方案，但實際應用應該符合經濟條件，因為GT1165-VNBA-C價格較貴，故若實際采用的話，可能不太符合經濟規律。此次只是作為方案論證，并在GT simulator 2 中模擬GT1165-VNBA-C的效果。實際工程，應該按照工程造價預算，合理選擇人機界面。8.4英寸TFT GT1165-VNBA-C AC機型 分辨率：VGA 640x480 顯示色：256色、內存：3MB內置CF卡接口。實際工程中，可以使用RS232將GOT與PLC進行連接。
三. 控制器的詳細設計
根據所選器件組成火災報警控制系統。
（一） PLC線路設計圖
根據設計需要連接PLC與各個部件，將探測器與X0連接、手動報警器與X1連接、復位按鈕與X2連接。將聲光報警器與Y0連接、將報警門燈與Y1連接、將消費設備與Y2連接、將連接消防聯動裝置與Y3連接。由于所選部件，大部分線制都是無極性信號二總線連接。故可以一端連PLC一端連COM。若有特殊需要，可以按照各個部件的使用說明，連接額外電源。GOT使用RS232與PLC連接。
（三） PLC的梯形圖設計
選用GX Developer 8.52作為編程及仿真工具。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。
（四） GOT的人機界面設計
本控制系統選用三菱的GT1165-VNBA-C作為人機交互界面。故使用三菱電機提供的人界面編程工具――GT Designer 2作為三菱GOT的開發工具。GT Designer 2是三菱GOT綜合性開發工具GT Works 2的一個重要組成部分。
四.結論
本文按照需要選擇了器件，并按照設計方案詳細設計了消防報警控制系統。展望未來，可以采用更先進的分布式探測器，更加智能的控制器來應用。但若想做到更符合用戶的以及最優化的選擇各個部件，可以使用PDM技術，做到產品與需求最優結合。
中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）21-0072-01
1 緒論
人機工程駕駛艙設計中的重要性：
科技的發展促使著各行各業都逐漸向自動化、智能化方向發展。在以前需要人為完成的工作在當今時代很大部分都能夠由計算機來自動完成，而且比人工完成的速度更快、精確度更好，這就使得人機之間的關系發生了轉變。在現今人工智能技術、自動化技術已經被人們熟練的應用機的操作中，但是不管技術如何先進，人依舊是操作的主體，在整個過程中依舊起著決定性的作用。因此，為了更好的將飛機的作用發揮出來，必須要對人的體力、心理、生理等對人們產生影響的因素做到充分的考慮，使飛機駕駛艙設計適合人的要求，構成以人為中心的統一的人-機-環境系統。
2 人機工程在駕駛艙設計中的應用
人機工程學是按照人的特性來設計和優化人-機-環境系統的科學。其主要目的是使人能安全、健康、舒適和有效地進行工作。
人機工程學與航空技術的結合，是人機工程學研究和應用的一個極其重要的方面。在航空技術（如飛機駕駛艙）的人機系統設計中，無論是人機分工、人機界面設計，引入人機工程學的原理和方法，并滲入到航空技術設計之中，進行分析、評價和設計，會進一步提高人機系統整體優化水平。
2.1 人機工程學發展概況
人機工程學作為一門科學，其建立和發展僅50余年。
第一次世界大戰至第二次世界大戰期間，由于軍事的需要，使用了飛機、潛艇等現代化設備，開始重視兵員的選拔和訓練，人機關系有所改善，主要是使人去適應已定型的機器裝備。
第二次世界大戰至20世紀60年代，由于新設計的武器裝備不符合人的生理心理特點，即使經過嚴格訓練的人也難以適應，并經常發生事故，從而促使人們把人機匹配的研究方向從過去的由人適應機器轉向使機器適合于人。1959年，國際人類工效學學會（IEA）正式成立，標志著人機工程學已發展成為一門成熟的學科。
20世紀70年代后，人機工程已滲透至各個行業，且在高新技術領域中予以應用。1975年，國際標準化組織（ISO）成立了人類工效學標準化技術委員會（TC 159），標志著人機工程學的應用進入了一個新階段。
人機工程學在我國起步較晚，20世紀70年代末才確立起來并獲得蓬勃發展，1989年，中國人類工效學學會（CES）成立，并于1992年被國際人類工效學學會（IEA）接納為正式成員，標志著我國的人機工程學已進入一個新的發展階段。
2.2 人機工程設計
人機工程在飛機駕駛艙設計中應用的目的是提高駕駛員操作效率、減輕駕駛員工作負荷，以確保系統的安全可靠。飛機駕駛艙設計對人機性能有兩方面的要求：1）客觀的人機工程學設計原則;2）對這些設計原則的正確履行，使之在設計中轉化為駕駛艙的布局、尺寸、形態等各項指標中合理的人機數據。
2.2.1 人機工程設計原則
人機工程設計中應遵循的原則是安全、高效、舒適，這三個要求是相輔相成的。
安全是人機界面設計的第一原則，評估人機界面的安全性主要從以下幾個方面來進行：是否對飛行員有直接的生理傷害;是否易于造成飛行員的錯誤;提供一個友好的顯示界面;飛行員要能夠迅速有效地控制各個系統。
駕駛艙人機界面的舒適程度不僅僅關乎于駕駛人員的感覺，同時能夠影響到他們的心理及生理。這對于駕駛人員能力的發揮有很大的影響，甚至間接的影響到飛行的安全問題，因此，對此我們必須加以重視。
在設計駕駛艙人機界面的過程中，設計人員通常首先考慮的都是高效原則，將設計的功能和性能作為首要問題進行考慮，而對安全以及舒適度放在了次位，或者沒有做到足夠重視。其實在整個設計的過程中，這三者之間是緊密相關、互相影響的。因此在設計時應該對三方面通盤考慮，突出重點。同時應該加大科研投入，設計出飛行員喜歡的人機界面。
2.2.2 人機工程在飛機駕駛艙設計中的應用
1）人體尺寸數據庫及人體建模。
隨著CAD、CATIA等計算機輔助繪圖軟件的飛速發展，在飛機駕駛艙設計中，越來越多的用到人體模型。人體模型的建立，需要廣泛搜集人體尺寸數據，并建立人體尺寸數據庫及相關標準。我國在2003年了飛行員專用標準《中國男性飛行員人體尺寸》GJB4856-2003。
利用飛行員的人體尺寸數據，可以在CATIA等軟件中構建人體模型，來優化駕駛艙設計，使整個人機系統中的人和機器合理匹配。
2）操縱臺、儀表板和座椅等設計。
駕駛員眼位確定后，在進行操縱臺、儀表板和座椅等設計時需考慮駕駛員視野要求、駕駛員對操縱器件的可達性要求等。
在駕駛員眼位確定的前提下，應根據駕駛員坐姿身體尺寸設計操縱臺、儀表板的位置及傾斜角度，將安全操作所需要進行觀察辨認的所有顯示器和控制器提供給駕駛員。使他們在需要觀察一個控制器或顯示器時不需要移去一個障礙物或重新調節座椅，滿足第5百分位到第95百分位的駕駛員可視性、可達性要求。
飛機座椅屬于工作用座椅，在座椅設計時，通過以往的飛機各元件人機工程設計原理和相關試驗，按照駕駛員坐姿身體尺寸設計座高、座寬、座深、座面傾角、靠背、靠背傾角、扶手高度和坐墊，滿足第5百分位到第95百分位的駕駛員可達性要求。
3）可達性、可視性評估驗證。
采用電子模型與實體模型相結合的方法，供飛行員體驗新飛機駕駛艙，對可視性和可達性進行評估驗證，提高設計效率和質量。
利用CATIA等軟件設計1：1的飛機駕駛艙模型，并用CATIA軟件中的人機工程模塊進行駕駛姿勢評價、視域分析和可達性仿真驗證，對駕駛艙的設計進行評估和完善，能夠有效的縮短研制的周期并降低研制成本，給飛行員建立一個舒適、安全的飛行環境。
3 未來人機工程在駕駛艙設計中應用展望
盡管目前我們已經將CITTA等軟件的人機工程設計與仿真驗證應用于設計駕駛艙的過程中，但是就現實情況而言還不能夠完全的滿足駕駛員體驗駕駛艙的要求，而且因為軟件中生成的人體模型沒有穿著衣物，這樣對衣物尺寸的設計會有很大的影響。虛擬座艙的適時出現能很好的解決這一問題。
虛擬座艙是虛擬現實技術在航空領域的重要應用。虛擬座艙有臨境性、交互性和想象力的特點，能使人進入一種封閉的虛擬環境，通過人機接口輸出3維視覺、聽覺和觸覺信息，多通道刺激人的感官，從而使人在頭腦中形成身臨現實環境的感覺;同時，又能接受人的手指動作、話音、頭眼指向等多通道控制信息，實現人機交互。
中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0216-01
我們生活的21世紀已經進入了信息時代，近年來隨著智能手機，平板電腦的不斷發展發展。人機界面的設計和開發已經成為國際上計算機設計領域最為活躍的研究方向。在網站策劃、網站設計和網站運營的過程中，人機交互和用戶體驗是經常被談及與運用的概念。一個網站布局得不合理，首先會表現在功能和頁面設計的契合度上，具體表現就是用戶在網站上找不到需要的信息，或者是我想完成一個操作找不到相應的按鈕。這就是在設計網站時沒有從用戶的角度出發所造成的。為了讓學生運用網站配色與布局知識設計出人性化的網站，更好的與就業崗位對接，在本階段的課題研究中我將“網頁布局與人機學的研究與實踐”作為我研究的課題。學生在設計作品時能夠運用人機學的知識，提高用戶體驗的舒適度。
一、網頁布局與人機學的研究意義
通過本課題的研究，學生能夠運用色彩原理進行網頁顏色的搭配并且能夠運用布局技巧進行網頁的布局設計。同時能從臨摹網頁到自主設計，讓網頁效果設計真正從想法逐漸變成現實。在綜合項目實戰中，貫穿網頁配色與布局的知識，綜合運用人機學的原理，達到對網頁設計制作的整體把握。有助于提高中職學生網頁制作的能力。
二、網頁布局與人機學的研究目標
通過對網頁布局與人機學的研究與實踐，不斷改進網頁布局綜合案例的教學策略，力求找到提高我校學生網頁設計能力的方式方法，提高教育教學質量，有效的把課堂變為真正的工作室。在綜合項目實訓中設計出與就業崗位充分對接的網頁作品，為學生就業打下堅實基礎。
三、網頁布局與人機學的研究過程
（1）準備階段（2013年7月～2013年8月）
專題研究準備階段的主要任務是學習與課題研究有關知識，確定專題研究目標、研究對象、研究方法和研究內容，制定研究實施計劃。
（2）實施階段（2013年9月～2014年6月）
根據市場調研結果明確專業核心能力，制定相應的計劃，編寫技能檢測手冊。
（3）總結階段（2014年7月～2014年9月）
對本課題研究過程及資料進行收集整理，形成課題總結報告，并將專題論文、調查報告和研究個案匯編成集，撰寫個人結題研究報告。
四、教學實踐的成果和結論
在學校課題的研究分類中，我主要承擔的是《網站配色與布局》這本教材中網頁布局與人機學這部分的教學研究。在幾年的網頁制作課程的教學實踐中，不斷嘗試應用多種信息化教學手段，以“學生為主體教師為主導”的教學理念貫穿整個教學過程。體現了“做中學，做中教”的職業教學理念，充分調動了學生學習的主動性和積極性，較好的培養了學生獨立思考，分析與解決問題的能力，取得了很好的教學效果。在教學中旨在網頁布局與人機學的教學實踐中有更為突出的成果，培養中職學生的職業能力，為學生今后成為一名優秀的網頁設計師打下堅實基礎。2013年7月在撫順市信息化教學設計中獲得一等獎；2013年9月遼寧省“創新杯“信息技術說課大賽一等獎；2013年11月獲得國家級”創新杯“信息技術說課大賽一等獎；2013年12月獲得撫順市級優秀課。2015年11月獲得國家級信息技術教學設計大賽二等獎。
1.網頁布局與人機學的相關概念研究
通過對此概念的研究，在教學過程中，我采用實例講解的方式。從iPad看人機學。iPad是當今社會較為流行的電子設備，也可以稱之為街機。同學們對我列舉的實例會非常感興趣，由此學生會非常渴望即將要講解的知識。iPad是著名的蘋果公司出的平板電腦。iPad在人機交互操作上做得非常細致。為什么iPad無論老人小孩都會用，其基本操作甚至很少需要別人的協助和說明書？究竟是孩子容易接受iPad？還是iPad容易讓孩子接受？iPad的設計可謂“童叟無欺”，老人、孩子都可以流暢使用。人機學應該是“傻瓜式”的，去追求一種更“本能”的操作，就像吃飯穿衣一樣簡單。通過以上實例的講解，學生很快理解人機學的概念，并且知道在網站配色與布局這本書中為什么給我們介紹人機學的概念。讓學生充分理解了網頁的易用性和美觀性非常重要，這樣同學們就能很認真的學習人機界面設計的原則及設計方法。在教學中有效的突出了教學重點，突破教學難點。
2.網頁布局綜合案例的設計風格研究
引入案例――網頁布局的風格類型。本案例的主要目的是在不改變網頁內容的前提下，改變網頁的風格類型。這就需要用的布局的知識。在之前的學習中我們已經掌握了各種網頁布局的知識與技巧。不同的網頁有不同布局。這樣綜合起來就形成了不同的網頁風格類型。那我們常見的網頁風格類型有哪些？有什么特點？引入理論學習知識，教學過程很自然的過度。經過理論講解后，進行實戰案例――設計臨摹典型商業型網站。
在教學過程中引入實際案例，教師通過案例講解相關理論知識，再讓學生應用所學理論知識完成實戰案例，使學生能夠 “學以致用”，完成本課的技能目標。這樣不僅增強了講解的直觀性，降低了學生學習的難度，還可以有效的激發學生的學習興趣，充分調動和發揮了學生學習的積極性、主動性、創造性，培養職業核心能力，實現教、學、做一體化。
3.電子商務網站個案研究
網頁設計是一項系統工程，它包含了從用戶調研到最終上線的全過程。我將以一個電子商務網站為例，系統地講解整個網頁的設計過程。
在項目實戰案例――新蛋購物網站主頁制作講解過程中。首先了解技術要點，包括（1）確定網站整體風格。（2）網頁色彩搭配。（3）網頁布局技巧。其次進行案例分析：隨著網絡的普及，網購已經火起來，給同學們闡述 “沒有人上街不代表沒有人逛街”的現象。同學們在這個過程中就會紛紛議論都在哪些網站上買過東西，喜歡瀏覽哪些網站，為什么喜歡去瀏覽那些網站，引出網頁設計的重要性。電子商務網站作為網購的首要利器，是用戶和商家的唯一互動平臺。所以界面設計的好壞，對其銷售額起著重要的影響作用。在授課過程中自然引入案例，要求在設計制作過程中注意體會如何運用網頁配色與布局的知識來設計出人性化的購物網站。使學生能夠自主學習、獨立操作和自我評測。
通過對新蛋購物網站首頁的制作，更加熟練的使用之前學過的技巧。深入了解頁面的合理用色和顏色之間搭配使網頁更有效果；圖片在畫面中的合理擺放；準確劃分頁面結構等。對前面所學的知識融會貫通，學以致用。在設計網站的時候，要分析網站的主題內容，選擇符合主題表現形式的布局，采用搭配合理的色彩表現主題的風格，加上細心的構思和新穎的創意，必然可以設計出優秀的網站。
五、存在的問題和今后的設想
學生到企業學習的機會太少，沒有實際開發項目的經驗。每個企業都有自己的團隊，每個人都有自己指定的設計項目，這就要求都得是有經驗的設計師。而我們的學恰恰就缺少這中間的鍛煉過程，很少會給我們中職學生提供實踐的機會。這使我們中職學生不能夠很好的與企業對接。
要想解決這一問題，我覺得我們任課教師必須走入企業，先接觸一些開發網站的公司，在企業參觀學習。在網頁制作的課堂上，拿一些企業的真正案例讓學生實踐，制作網頁配色和布局的整個流程，這樣同學們才能真正的得到鍛煉。讓學生深刻體會網頁界面布局的人性化設計，真正的將課堂變為企業的創作工作室，使學生能快速適應工作環境，提高中職學生的就業率。
由于多媒體技術的不斷發展，相對應的計算機教學也逐步發生了改變，在教學過程中對于多媒體設備的需求也不斷的增大，而多媒體技術的應用相對應的帶來了多媒體設備的故障報修和及時的維修反饋提出了要求。為了增強多媒體教室的管理及電教設備的管理，使用一套針對電教設備管理的信息系統是有必要的。
而對于我校來講，隨著招生規模的不斷擴大，電教設備的需求量也隨之增大，與之相對應的就是對于電教設備管理的工作量也增大了，對多媒體教室的管理也提出了更高的要求。為了更好地對電教設備實現管理，需要一套適應時展的管理系統，特別是能跟上無線網絡發展的管理系統。
1需求分析
對于一個多媒體教室管理系統，首先要確定使用者，然后才能確定系統所需要的功能，對于多媒體教室的應用方面可以分為三大類別，第一類是使用者，包括教師和學生。第二類是設備維修維護人員，包括硬件維修人員和軟件維護人員。第三類是管理者，包括管理員以及該系統的版權所有人即最高管理員。
在與電教設備管理人員及相關人員溝通后，電教設備管理系統主要的功能用包括：用戶管理、設備購置管理、設備庫存管理、設備借用管理、設備維修管理、設備報廢管理、移動終端管理。
電教設備管理信息系統在設計和實現時應滿足以下非功能性需求：
（1）友好的人機界面。友好的人機界面首先應做到風格的一致性，如界面設計總體風格要一致：即所有窗口界面風格應該一致，如古典風格、現代風格、樸素典雅風格等。
（2）系統的快速反應。對于基于網絡的信息管理系統的反應能力是非常重要的，系統的反應能力主要為單位時間內系統所能處理的信息量，或者說在相同的硬件條件下系統回應用戶需求的時間要短。
（3）易擴充升級、易維護性。對于一個基于計算機和網絡的管理系統來講，計算機及網絡硬件、軟件的更新換代是非?？斓模@就要求系統在設計時一定要實現容易升級、維護方便的特性。
（4）可移動性。利用無線網絡技術和移動終端實現移動辦公，真正實現設備管理的無紙化。
2系統設計
在設計和實現基于移動終端的電教設備管理系統時，實現的功能有：用戶管理功能、設備購置管理、設備庫存管理、設備借用管理、設備維修管理、設備報廢管理、移動終端設計等，系統的功能模塊圖如圖1所示。
通過以上實體分析及遵循相應的原則，本系統設計12個數據表，分別為用戶信息表、用戶權限信息表、部門信息表、設備基本信息表、購置計劃信息表、購置信息表、設備入庫信息表、設備出庫信息表、設備庫存信息表、設備借用信息表、設備維修信息表、設備報廢信息表等。下面給出部分數據表的字段描述。
3系統實現
管理員登錄系統后，點擊設備管理，進入設備管理界面，管理員可以根據需要管理的設備類別、設備狀態、設備名稱和所在教室號進行檢索，不檢索則默認顯示所有設備，并且對設備進行查看、修改和刪除。若需要添加新設備則點擊新增設備進行添加。若需要批量修改、批量刪除則選擇批量修改和批量刪除即可。
4結論
本論文主要介紹了如何搭建一個基于移動終端的電教設備管理系統，使高校的設備管理真正實現了無紙化辦公。按照科學性、實用性等原則提高了高校行政工作的工作效率，減少了工作開銷，具體實現了網上辦公系統的基本功能。
網站界面設計，英文的全稱是Web User Interface Design，又叫UI設計。包括三個方面：可用性，交互設計和視覺設計。通常研究的是讓網站的界面具有更多的可用性，更良好的用戶體驗，以及更美觀的視覺設計，概言之就是“人性化設計”。[1]在全球人口逐漸老齡化的今天，應該把更多的“人性化設計”真正應用在老年人這一弱群體上。本文旨在從老年用戶的生理和心理各要素出發進行綜合考慮，探析以老年用戶為中心的網站界面（UI）設計要點。
1 老年用戶研究
設計優秀老年用戶網站界面的先決條件是與老年用戶進行有效的交流，充分理解老年用戶的需求，重視老年用戶的生理和心理特征。
1.1 老年網民用戶人數眾多
據調查顯示，近些年來，我國老年網民的比例一直在攀升，增長率已經超過了網民總體的增長速度，對于互聯網的應用日益廣泛。根據相關統計報告顯示，2008年年底，51～60歲的網民從1999年的10.6萬人增長到1251.6萬人，60歲以上的由3.5萬增長到447萬人。雖然我國老年網民絕對數量不多，10%不到，處于上網人群的弱勢群體，但卻是以令人矚目的速度增長著。
1.2 老年人對互聯網的多樣化需求
老年人由于心理上和生理上的變化，與兒童、少年、青年人和中年人人群有著不同的特殊需求。根據The Usbased Spry基金會報告顯示，老年人的需求主要表現在四個主題：財產安全、身體健康、精神愉悅和良好的社會氛圍以及參加智力活動。[2]具體表現在：獲取相關信息，一些老年人希望上網瀏覽和查詢最新的外界信息保持“耳聰目明”的狀態，有些則是投身老年論壇，希望利用網絡查詢、瀏覽養生保健和常見疾病等信息溝通交流，有些希望通過網絡和子女視頻聊天、互發郵件；財務管理，還有相當一部分老年人希望能夠使用網絡來購物、買賣股票以及付賬等?？傊?，老年人對互聯網的多樣化需求一點都不亞于其他人群。
1.3 老年人的生理和心理特點
從50歲到60歲這個階段，明顯地會出現一些衰老的跡象，主要表現在容易健忘，愛發脾氣，認知過程缺乏適應能力；視覺模糊，色彩辨別力降低，視野范圍和判斷距離的能力通常大大不如過去；動作緩慢，手眼配合欠佳，聽覺便開始逐漸減退。[3]總之，因此，隨著年齡增長，工作效率逐漸下降。具體表現如下：
（1）近距離視力退化更大。比如在35厘米左右的讀書距離內，視力減退的驚人，并伴有老眼昏花。據統計，70歲健康老人的視力超過0.6的只有51.4%。
（2）聽力顯著下降。特別是對較復雜和速度快的語言的理解，男性比女性減退的更明顯。老年人并不知道自己的聽力在下降，而是認為別人說話不清楚。
（3）記憶的減退，但也有自己的特點，比如老年人對往事的記憶清晰，而對新近發生過的事物或者新近學習過的內容遺忘較快；對需要將記憶材料進行組織加工使之進入長時儲存方面的記憶力較差；老年人的意義識記減退較少，機械識記減退較多。例如，老年人對人民、地名、數字等東西的記憶效果就不好；
（4）思維能力弱化。在調查里，許多老年人常常抱怨自己已經不能像早先那樣很好的思考問題了，這反映人的思維能力到老年時出現逐漸衰老的趨勢。
2 以老年用戶為中心的網站界面設計要點
在對老年用戶做了研究之后，筆者認為適宜老年人的網站界面設計的總體原則是以人性化為本，同時注意網站的易用性，規范性，美觀性，具體如下五點：
2.1 將操作任務化繁為簡
在越來越強調人機交互的今天，對于老年用戶來說，最好的人機交互就是簡化操作任務，減少不必要的任務，[4]盡量讓老年用戶在網站上面的操作變得簡單，同時又不宜出錯。比如強調基本功能，盡量減少和弱化附加功能。如Gmail的登陸界面，簡化到“登錄信息+登錄設置”即可，無須要其他的附加信息。
2.2 合理的信息顯示
互聯網的根本目的是提供信息，合理的信息顯示包括兩方面的內容：劃分信息功能區和減少視覺密度。[5]
（1）劃分信息功能區。當頁面的信息較多時，為了避免視覺混亂，應該劃分信息功能區。最重要的信息放在頁面的視覺中心；同一類的信息放在一起，并與其他類信息間隔一定的空間；同一類的信息用同一種顏色或同一色系的顏色來表示；不同信息區又可以用不同背景色來區分。
（2）減少視覺密度。網站界面需表達的信息很多時，易造成界面看起來非常擁擠，信息擠在一團，對于老年人來說很難一眼就能獲得所需的信息。因此，必須減少視覺的密度，比如：考慮適當的留白，適當的留白將使整個界面看起來清楚而美觀；降低品牌識別logo、名稱的大小，無需為了彰顯品牌形象而刻意放大；使用簡單的圖形，盡量平面化，不要使用過度復雜的圖像；使用空白空間，而非線條去區分文字內容；使用簡潔的語句表達信息，避免內容過多等等。
如upcoming的首頁設計，依據信息的不同類別劃分板塊，并按重要性擺放在相關位置。焦點活動咨訊配圖放在視覺中心點，緊接著下面是活動信息介紹，左邊的活動類型板塊，右邊是活動的輔助信息。信息安排布局井然有序，是劃分信息功能區和減少視覺密度的最佳例子之一。
2.3 合理的文字規劃
文字對于網站界面的作用不言而喻，對于老年用戶來講，網頁文字的漂亮是建立在易讀易辨的基礎上的，合理的文字規劃，主要表現為以下兩個方面：[6]
（1）文字內容盡量簡潔，配上有意義的圖標或者圖片，同時應該避免使用專業術語。字體的選擇也要易于老年用戶辨認，網頁默認的字體是宋體?？梢愿鶕枰x擇一些特別字體。例如，為了體現專業可以使用粗仿宋體，體現設計精美可以用廣告體，體現親切隨意可以用手寫體等等，但前提是一定要易于老年人辨認。
（2）井然有序的排版。有時候別出心裁的界面設計或許會帶給使用者眼睛一亮、賞心悅目的視覺感，但無論何，井然有序的文字區規劃，才易達成最有效、最舒適的效果。如有較多的說明文字，要讓說明具有順暢地閱讀連貫性。舉個例來說，一個向中對齊與一個向左對齊的文字區塊，明顯地，向左對齊的區塊讀起來順暢多了，因為使用者在讀完一行字后，自然而然往左下方繼續讀下去，不需要重新找尋開頭，相較之下，向中對齊的區塊看起來混亂多了。因此，有規矩地文字區規劃將可大幅度提升用戶界面的品質。
2.4 合理的色彩規劃
網站界面的色彩對于老年人來說同樣重要。老年人的視覺衰退很明顯，一個好的色彩規劃可以提高界面的視認性，從而提高操作的準確性和效率；可以減輕視覺上的疲勞。另外，通過色彩規劃來增強界面的美感和親和力。[7]
具體來講，老年用戶界面中，最好不要超過3到5種顏色。大區域最好使用淺色調，如白色、淺灰等。對于老年人而言，配色要采用視認性高的色彩，要加大色彩的對比度，背景與主體對比度要大，背景色不宜采用有金屬反光的顏色，如銀色和金色。對于重要的按鈕或信息要用誘目性高的色彩來表達，但顏色不宜過多，且區域不可以太大，否則看起來過度混亂，缺少美感，也容易造成視覺上的疲勞。
2.5 細節為王
對于老年用戶來說，細節同樣重要，比如盡量使用有意義的圖標，盡量不要使用生澀難懂的專業術語，注意提供精確的導航提示，提供聲音控制，盡量減少噪音干擾，克制使用新技術的欲望等等。
3 結束語
關注老年人網站界面設計，是以人為本的需要，也是國內所有優秀設計師的責任。限于篇幅有限，對于老年人使用的網站界面設計，筆者也只能泛泛而談，有所不足和欠缺，還望讀者指正。同時，撰寫本文，以期拋磚引玉，引起大家對老年人更多的關愛和設計出更多更好適宜老年人使用的產品。
參考文獻：
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Matlab是美國MathWorks公司設計的數學軟件，主要包括Matlab/Simulink和GUI設計兩大部分[1?2]。Matlab可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、創建用戶界面、系統仿真設計等，主要應用于工程計算、信號處理與通信、圖像處理、控制設計等領域。
筆者在近幾年的教學中，結合應用型人才培養的目標，采用CDIO工程理念，能充分根據學生的興趣和愛好進行Matlab教學，針對其系統仿真和人機界面設計兩大功能進行模塊主題式教學，充分調動了學生學習的積極性。本文采用M文件和GUI界面進行了音樂播放器的設計，并總結了兩者之間的聯系。
1 基于M文件的音樂設計
1.1 Matlab播放音樂的前提
Matlab具有強大的功能，主要歸功于強大的內置函數功能[3?4]。在Matlab中，可以借助sound函數來播放聲音，其格式為：
sound（Y，FS） ：通過揚聲器產生一個采樣頻率為FS的信號Y，其中Y的范圍定義為-1.0≤y≤1.0，超過這個范圍的值將被重新調整，以產生更符合人耳的聲音。 同時當Y為N×2大小的矩陣時，可以通過該函數產生立體聲。
sound（Y）：產生默認的采樣頻率為8 192 Hz的聲音。
sound（Y，FS，BITS）：產生按位采樣的聲音，其中大部分的平臺支持BITS=8 or 16。
同時可以通過wavwrite 產生*.wav視頻/音頻文件，其格式為：
wavwrite（Y，FS，NBITS，WAVEFILE）：寫入一個采樣頻率為FS Hz，位數為NBITS （其中NBITS 必須為8， 16， 24或32）的數據信息Y，并生成相應的WAVE文件。如果產生立體聲的數據需
圖1 《荷塘月色》的簡譜
依據《荷塘月色》簡譜中的譜音，節奏，音節，高低音在matlab *.m文件中建立對應代碼，依據響應函數實現。
paragraph1= [1 1 6 5 6 1 1 2 3 2 2 1 2 2 5 5 3 3 2 3 1 1 6 5 5 3 2 3 2 1 2 2 1 2 2 3 2 1 6 2 1；
0 0 ?1 ?1 ?1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?1 ?1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?1 0 0；
0.5 1 0.5 1 1 1 0.5 0.5 2 0.5 1 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2 0.5 1 0.5 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 2 0.5 1 0.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2]；
以上代碼功能說明：第一部分為所演奏歌曲的譜；第2部分為各譜音對應的音調；第3部分為各譜音對應的音節。
1.3 歌曲播放
fs = 8000；
sound_pose = [0 2 4 5 7 9 11 0：12]；
y = zeros（1， sum（music（3，：））*fs + 1）； %初始化
cure_pose = 1；
for count = 1 ： length（music）
cure_sound_name = music（1， count）； %處理音樂
cure_sound_pose= sound_pose（cure_sound_name）；
%產生音樂
cure_freq = 220 * 2 .^ （（cure_sound_pose + rhythm + 3） / 12 + music（2， count））；
cure_sound = generate_tune（cure_freq， music（3， count）， fs）；
y（1，cure_pose：（cure_pose+ length（cure_sound） ? 1）） = cure_sound；
cure_pose=cure_pose+ length（cure_sound）；
為了歌曲播放的連續性，需要對其頻率進行修正，其代碼為：
function y = amendment（p， l）
if p < 0.2
y = p*5；
elseif p < 0.3
y = 1.8 ? p * 4；
else
y = 0.6 * exp（（0.3 ? p）/5）；
end
2 基于GUI的音樂設計
在Matlab 提供的GUI 上利用Matlab 語言編寫核心代碼并構建框架是一種不錯的選擇。這不但減少了代碼編寫的工程量，而且制作出的軟件同時具有界面友好和能夠方便進行各種數據處理及圖像分析等特點[7?8]。圖形用戶界面（Graphic User Interface，GUI）的程序是在圖形界面[9]下創建與用戶交互的控件元素，使用戶可以通過操作這些交互控件實現特定的功能，并且可以返回顯示在程序界面相應的結果顯示區域中[10]。本文通過GUI的GUIDE進行音樂鍵盤的設計來說明GUI的功能和使用。
2.1 總體界面顯示
根據鍵盤的顯示，通過GUI各功能鍵設置了音樂鍵盤，其總體設計包括單頻發音模塊、多頻模塊、播放譜曲模塊、播放視頻模塊和關閉模塊。
圖2中鍵盤的黑、白鍵通過Pushbutton控件相應屬性改變進行設置。
圖2 音樂鍵盤的總體設計
2.2 部分按鍵代碼實現
（1） 關閉功能模塊
通過設置一個push button鍵來實現，在該鍵callback下，編寫該回調函數。程序如下：
selection=questdlg（[′是否關閉′，get（gcf，′Name′），′窗口？′]， ...
[′Close ′，get（gcf，′Name′），′...′]，′是′，′否′，′是′）；
%當選擇退出按鈕時，得出一個問是否確定關閉的框
if strcmp（selection，′否′）
return；
else
clc；
clear all；
delete（gcf）；
end
（2） 多頻功能模塊
通過設置一個radio button 來實現雙音多頻的功能，當選中該按鈕時，則增加它的頻率分量。使其含有豐富頻率分量。通過設置一個全局變量，當選中該控件時，全局變量的值改變，程序如下：
function duopin_Callback（hObject， eventdata， handles）
global r；
r=get（handles.duopin，′value′）； %多頻的按鈕是否選中
2.3 歌曲的顯示
通過查閱資料，發音頻率對應的表達式為f=440*2^（（f0-49）/12），當所發音為低音時f0的取值為31～37，發中音時f0的取值為40～46，發高音時f0的取值為49～55。播放音樂可以通過設置一個push button鍵來實現，通過編輯該鍵callback功能通過wavplay函數就可以播放該歌曲了。
A=440； %標準音A
ft=44100； %頻率
f0=ft/2；
scale12=A4/2^（9/12）*2.^（（0：11）/12）；
ma1=[1 3 5 6 8 10 12]； %七音符
score=[1 1 5 5 6 6 5，...do do sol sol la la sol?
4 4 3 3 2 2 1，...fa fa mi mi re re do?
5 5 4 4 3 3 2，...sol sol fa fa mi mi re?
5 5 4 4 3 3 2，...sol sol fa fa mi mi re?
1 1 5 5 6 6 5，...do do sol sol la la sol?
4 4 3 3 2 2 1]；%fa fa mi mi re re do? %樂譜
3 結 語
Matlab具有強大的圖形顯示功能，同時具有豐富的人機交互界面設計的功能，通過Matlab中的GUIDE創建GUI設計時，既能將已有的M文件進行仿真，又能將仿真的圖形結果通過人機交互的方式顯示，從而給使用者留下更形象、深刻的印象。而在GUI設計時，可以將設計的GUI界面保存為Fig文件的同時生成對應的M文件，方便用戶隨時進行編輯處理。利用Matlab/GUI進行界面設計可以為用戶提供友好、方便、形象的圖形顯示和數據分析處理，將會在教學和工程應用上帶來良好的效果。
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wavwrite（Y，FS，WAVEFILE）：產生WAV文件時 NBITS=16 b。
中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03
0 引 言
在橋梁工程領域，隨著各類自然及人為災害的增加，對橋梁穩定性監測和預警的要求也越來越高。目前，橋梁監測主要集中在橋面、橋墩等橋體的監測，而對于橋梁橋墩所在基質（基礎地質條件）的監測卻相對較少。基質是橋梁穩定的重要基礎，當基質經過流水沖刷，地質條件發生變化時，橋墩的穩定性會隨基質變化直接影響整個橋梁的穩定性。
本文設計了一個基于CC2530無線傳感網絡，利用GPRS通訊及云服務器的橋梁基質監測系統。實現了將監測所得的各橋墩基質高度數據上傳至云服務器處理并預警的功能。
1 系統簡介
系統設計包含物聯網層、承載網絡和應用層三個部分，其中物聯網層將CC2530作為基礎，設計監測基質高度的無線傳感器，每個橋墩都安裝一個傳感器作為ZigBee無線網絡的終端或中繼設備。協調器與SIM900A通過串口進行數據通訊，控制SIM900A連接GPRS，通過GPRS網絡發送數據至服務器或接收來自服務器的指令。系統基礎結構如圖1所示。
根據ZigBee網絡的特點[1]，網絡內使用短地址進行通訊，而重新組網后短地址可能會發生變化，系統設計使用CC2530的長地址（IEEE地址）作為區分唯一設備的ID，長地址為64位全球唯一識別碼，不會更改。服務器數據庫保存橋墩的長地址，每次終端注冊時數據庫更新長地址對應的短地址。物聯網層與服務器通訊簡圖如圖2所示。
系統設計一座橋只有一個協調器和GSM模塊，即一座橋只有一個確定的IP地址和端口。如圖2所示，系統要與某座橋的某個橋墩進行通訊的步驟為：查詢橋墩綁定的長地址――查詢長地址對應的IP、端口及短地址――往IP和端口發送包含短地址的數據――IP對應的GSM模塊收到數據――發送到協調器――通過短地址發送到終端。如此，系統即可實現服務器與多座橋不同橋墩傳感器之間的通訊。
2 系統硬件設計
2.1 基質監測傳感器設計
由于橋梁橋墩基質測量的特殊性，沒有現成的即方便又經濟的傳感器可以使用，論文以CC2530為核心芯片設計了一款綜合測量和無線通訊傳感器。傳感器采用磁環+普通的霍爾傳感器作為測量部分[2]，CC2530作為中控部分，磁環和塑料墊片相隔放置于一定長度的PVC管中，一個磁環和墊片的高度為5 mm，即測量的精度為5 mm。傳感器樣機如圖3所示。
圖中所示為橫向放置，正常安裝時為豎向安裝，傳感器底座和PVC管為一體，穿過CC2530電路板，兩者之間可以相互移動，當有位移時，電路板上的霍爾傳感器感應到變化則通知CC2530產生一次中斷，每產生一次中斷移動5 mm距離。傳感器在橋墩上安裝的示意圖如圖4所示。
由圖4可知，無線傳感器的CC2530部分與大鋼管為一體，安裝固定在橋墩上，底座、PVC管同小鋼管固定，PVC管穿過CC2530的感應器，小鋼管套入大鋼管內，底座沉入水底與基質接觸。當基質高度降低時，小鋼管跟隨降低，當降低高度達到分辨率5 mm時，CC2530產生一次中斷，系統監測到高度變化后，傳感器計算當前高度，將高度數據通過協調器發送到服務器。
2.2 協調器設計
協調器電路設計與常用CC2530電路設計類似，加入SIM900A模塊，利用串口與協調器通訊。其樣機如圖5所示。
2.3 供電設計
考慮到設備都在戶外運行，系統設計協調器和傳感器都采用太陽能板+蓄電池的供電模式。
3 CC2530程序設計
根據系統功能，程序設計分為協調器程序和無線傳感器程序兩個部分。無線傳感器可以作為終端或中繼使用。
3.1 協調器程序設計
協調器主要用于數據處理，組建ZigBee網絡，接收橋墩的監測數據并通過SIM900A發送到服務器，接收服務器的控制查詢數據并將數據下發至終端或中繼設備。程序主要分為組網、串口通訊、無線通訊三個模塊。
在組網程序方面，協調器運行Z-Stack協議棧與終端或中繼設備組網，該部分程序只需在Z-Stack協議棧[3]基礎上稍做修改即可。
串口程序的設計主要使用AT指令與SIM900A模塊進行通訊。通過程序設計，讓CC2530根據AT指令模式發送和接收數據并判斷命令類型，實現GPRS連接和數據傳輸。與服務器間的數據通訊通過UDP實現。
無線通訊程序主要接收處理橋墩終端上傳的數據，包括注冊、心跳、高度數據、報警等，將數據按照協議格式通過串口和GPRS發送至服務器。處理串口轉換過來的相關指令并發送至橋墩終端。協調器端程序流程圖如圖6所示。
3.2 終端傳感器程序設計
終端傳感器的主要功能包括與協調器組網通訊，接收協調器指令進行查詢、設置基質初始高度等，監測基質高度變化，并將變化后的高度數據發送至協調器。按照功能區分，將終端程序的設計分為組網程序、傳感器程序和無線接收處理三個模塊。傳感器端程序流程如圖7所示。
圖7 傳感器端程序流程
終端組網程序同樣使用Z-Stack協議棧，在協議棧的基礎上稍做修改，組網時讀取短地址和長地址并發送到協調器。
傳感器程序主要利用I/O口中斷，每中斷一次表明基質高度發生5 mm變化，程序根據初始設置高度值計算當前高度并上報至協調器，若短時間內高度變化過快則發送報警指令等。
無線數據處理模塊主要處理來自協調器的指令，包括查詢、設置高度等指令。程序接收到指令后，根據協議做相應的處理。此外，程序還設計了1分鐘定時向服務器發送心跳的功能，以表明設備在網，方便服務器處理。
4 云服務器功能設計
云服務器是系統運行的核心部分，論文所用系統將阿里云的云服務器作為基礎，設計數據庫和應用，實現橋梁基質的實時監測。云服務器主要包含數據庫設計，網絡通訊設計和應用層設計三個模塊。人機界面設計如圖8所示。
數據庫設計使用SQL Server2008進行數據管理，根據系統功能數據庫保存橋梁各橋墩傳感器的長地址和短地址，保存每座橋梁SIM900A的IP地址和端口及每個橋墩的高度數據等。
網絡通訊設計主要用于服務器跟橋梁和橋墩傳感器之間的通訊。論文使用UDP完成，根據設計的通信協議以及數據庫功能保證通訊正常進行。通訊指令包含注冊、心跳、高度數據、設置、報警等類型。
應用層設計主要是人機界面設計。論文采用地圖供應商提供的接口[4]，將監測的橋梁以地圖模式顯示，此外，還包括設備綁定、查詢、報警等功能。
圖中左側為各橋梁以及橋墩的信息，中間為當前橋梁的地圖位置，下方為橋梁各橋墩的基質高度信息。菜單包括綁定傳感器、設置等功能。
5 結 語
本文設計了一種監測橋墩基質高度變化的傳感器，利用ZigBee網絡+云服務器實現了實時監測橋梁橋墩基質高度變化的功能，系統設計友好的人機界面將監測數據進行直觀展現，系統無需人工值守即可實現遠程實時監測、報警等功能。目前，該系統已在麗水市宣平港大橋投入測試階段，測試期間系統穩定，各項功能均正常運行。
參考文獻
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1引言
安鋼計量信息平臺系統設計包括系統總體設計和詳細設計，包括硬件及軟件兩部分，主要描述的是該系統的組成與運行過程。按照計量信息需求及的實際情況，系統采用瀏覽器/Web/數據庫服務器三層分布式結構。計量信息共享平臺是一個人機對話系統，從物理機構上看，它主要是由計算機、硬件設備、軟件、數據和用戶組成。
為達到本系統設計目標，在設計中遵循以下幾個原則：實用性，可用性，先進性，易用性，人機分工合理性幾個方面。根據信息平臺的實際情況，對各個具體功能和細節進行分析和系統開發，根據用戶需求，在Windows環境下，采用當前最為流行的開發工具進行開發，建立人機友好，可視化的用戶界面，輸入方便快捷，輸出信息易讀易懂。
2體系結構設計
本信息共享平臺采用三層B/S結構，B/S結構中只安裝一個服務器，而客戶端采用瀏覽器運行軟件。在數據管理層和用戶界面增加了一層結構，稱為中間件，使整個體系結構分為三層。中間件主要提供以下功能：負責客戶機與服務器、服務器與服務器間的連接與通訊，實現應用與數據庫的高效連接。這種三層結構在層與層之間相互獨立，任何一層的改變不會影響其它層的功能。
3系統總體設計
圖1系統功能結構圖
根據系統的要求，在建立計量信息共享平臺之前，首先做好數據的采集工作。統一數據是建立信息共享平臺的基礎。在計量信息共享平臺上，數據層是基礎，通過數據的共享和交換處理形成信息，然后利用技術手段把信息總結、分類和歸納形成知識層，在此之上提供管理與決策支撐。根據系統的需求分析，確定系統的功能如下：基礎數據、電能計量、動力量數據處理、軌道衡數據處理、工作計劃、供應處數據、管理查詢、權限管理、設備維護、設備信息、生產數據、實時監控、數據查詢、數據維護、采集數據上傳、原始數據查詢、組織機構等功能。整個系統的功能結構圖如圖1所示。
4整體網絡方案設計
安鋼計量信息共享平臺的建設，首先是網絡系統的建設，整體網絡采用千兆義太網技術，在硬件網絡布線設計上采用了分層的結構，分為：核心層、匯聚層、接入層。
網絡核心層采用2臺高性能萬兆路由交換機ExtremeAspen8810交換機組成，放置在數據中心機房作為核心設備，提供與四個匯聚交換機的互連和服務器的連接。網絡匯聚層設置四個節點(網絡交換中心)，分別放置在回皮軌道衡、計控部、熱送稱、黑河路，每個匯聚層節點配置一臺高性能的Extreme的SummitX450匯聚交換機。對于接入層，有的地方使用已有的DlinkDES系列交換機，有的地方節點數較少，甚至只有一個節點，就直接連到匯聚層交換機上。接交換機的地方有：回皮軌道衡交換中心在計控倉庫、焦粉稱、西站配置三臺接入層交換機；計控部交換中心在250t/300t稱配置一臺接入層交換機；熱送稱交換中心在進廠稱配置一臺接入層交換機；黑河路交換中心在三煉軌道衡配置一臺接入層交換機。四個交換中心共配置6臺接入層交換機。其網絡拓撲結構如圖2所示。
圖2安鋼計量數據網絡拓撲結構
5軟件詳細設計
5.1軟件平臺設計
操作系統：選用MSWindows2000高級服務器；數據庫系統：選用MSSQL2000；系統采用三層B/S的邏輯體系結構，前端用戶界面為瀏覽器。在數據庫和前端業務界面之間為業務邏輯層。采用微軟.NET框架開發。對外的服務功能以Web服務的形式提供。
5.2信息共享平臺整體結構設計
從邏輯功能角度分析，把該系統分為應用系統和支撐系統兩大部分。支撐系統是整個系統繼承的物質基礎，包括計算機系統、通訊網絡系統、數據庫系統和工具層。應用系統是建立在支撐系統之上，根據在子系統中的作用領域又分為計量數據管理系統和現場數據采集兩個應用子系統，兩者之間通過支撐系統的網絡通訊系統實現物理集成，通過數據庫系統實現信息集成。系統基本結構圖如圖3所示。
5.3數據采集層系統設計
數據采集層完成現場數據的采集，包括能源量采集系統的升級，物資量采集軟件的編制與更新，它是信息共享平臺的數據來源。
能源量采集網絡采用”893”單總線結構。硬件上把所有能源量計量網絡劃分為四個小的子網絡，每個網絡設一個數據采集子站，由子站完成各子網內的數據采集，子站就近通過光纖在義太網上進行數據交換和網絡控制，同時設立一個中心站完成數據的匯總、分析和網絡傳輸。軟件使用北京亞控公司的組態王軟件對能源量采集系統進行開發。對電量采集數據，使用自編的數據采集軟件把全部電站的結算電表數據實時采入計算機數據庫，并進入數據中心數據平臺，由數據中心按不同用戶的需要對授權用戶提供數據查詢與監控。物資量采集程序開發工具使用Delphi6.0+MSDE數據庫進行開發，完成數據采集任務，并存入本地采集站的數據庫中，由遠程數據庫服務器通過“存儲過程”完成將本地的數據上傳到數據庫服務器，經過加工、處理后提供和授權用戶查詢。
系統采用上傳模型：(采集上傳的數據主要包括：能源量數據、軌道衡計量數據、汽車衡計量數據、皮帶稱計量數據、在線稱計量數據、電量計量數據。)
圖3系統基本結構圖
5.4管理層系統設計
管理層完成對現場計量數據的采集和管理、分析與應用等功能，整個系統采用三層B/S模式結構，數據存儲部分由SQLServer2000完成，業務邏輯層使用開發完成，表示層使用完成開發。系統主要完成系統中提供的能源量及物資量數據的歸類、處理、及相關功能的實現，是信息共享平臺的主要部分。
5.5支撐系統設計
被分為四個層次：計算機層、通訊網絡層、數據庫層、工具層。
工具層介于應用系統和計算機網絡/數據庫系統之間的軟件工具的集合。包括開發工具和集成工具。數據庫層是計量數據網絡系統中所使用的數據庫系統，處于通訊網絡層之上，在計算機網絡的支持下，為應用系統提供信息存儲、管理、共享和集成的手段。本系統涉及數據采集系統的本地數據庫及管理信息系統的數據庫。計量信息共享平臺均采用關系模型。數據庫的設計關鍵是表的設計，信息共享平臺應用的數據庫表有兩種：本地數據庫表；管理層數據庫表。通訊網絡層是計量數據網絡系統中數據通訊的載體和樞紐，計量信息共享平臺通過完落系統，是計算機之間、計算機與計量設備之間連接，實現了整個系統的網絡集成，支持和保障了計量數據網絡系統的信息集成。采用混合型網絡拓撲結構，TCP/IP協議。計算機層是支撐系統的底層。本系統要求客戶端計算機為PⅢ以上，安裝Windows2000Professionnal；服務器設計為雙冗余、群集方式，運行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。
5.6人機監控界面設計
監控畫面是人機交互的界面，一個軟件系統是否成功，最終的檢查標準是它能否使用戶感到滿意。本系統人機交互包括兩個方面：一方面是人對系統的輸入，包括向系統下達的命令，提供的命令參數和系統所需要的其它輸入信息；另一方面是系統向人提供信息，即輸出。輸出信息一般有三種：提示信息；系統向人報告的計算或處理結果；系統對輸入操作的反饋信息。本著使用簡便、界面一致、及時反饋與美觀的原則，結合計量信息共享平臺的功能需求，應用面向對象的方法進行系統的人機界面設計。
6結束語
以上詳細論述了安鋼計量信息平臺的總體設計和詳細設計，將整個系統按照橫向和縱向分層介紹，采用具體的方案設計了安鋼信息計量平臺。該系統在實際中得以很好的應用。
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關鍵詞：生產現場無線數據采集終端造型設計
根據數據采集器的用途不同，可將其分為兩類：有線數據采集器和無線數據采集器。無線數據采集器是為適應現場數據采集和掃描笨重物體條碼等脫機使用場合而設計的。無線數據采集器主要用于生產制造、倉庫管理、銷售竄貨追蹤、企業資產管理[1]等領域。隨著生產過程、管理、裝備信息化步伐的加快，生產現場數據無線采集終端將得到快速的發展[2，3]。國外應用于生產現場的無線數據采集器主要有具備存儲功能的手持數據采集器、無線條碼掃描器及數據采集器、LED生產管理顯示看板[4]等；國內這種產品還很少。而且面對眾多的零、部件加工車間大量的現場數據實時控制如何進行；不同層面上的制造與管理人員如何能實現更好地在線溝通；現場的操作方式與持握方式怎樣？等等，這些問題在現有國內外的產品中均沒有得到綜合的體現，本設計正是針對上述問題展開，從實現在制造物流中的順利、快捷、體現個性的溝通方面進行了探索。
1產品形態設計
根據應用人群為工廠中的工人和管理人員，產品必須賦予抗摔防震、耐臟的功能，所以在產品形態設計上必須給人予結實有力、渾厚大氣的感覺，作為工廠的建設者還應體現出產品的尊嚴，體現持握產品的人的象征感，這種感覺使他帶著自信和積極認真地態度去迎接每一份工作，故本產品并沒有采用一般工業產品的儀器使用的象征感覺。采用富有個性和流行時尚感的造型設計，增加了造型的親切感與使用的舒適感，一種當家作主和被尊重的感覺。在顏色上采用易耐臟并且流行的有時尚感的銀灰色和給人以穩重感的深藍色。
2產品持握方式設計
根據生產現場數據采集的特點，在生產現場的工位、檢測點、材料、工具的出入口以及巡檢人員等配置生產現場無線數據采集器，實現作業現場數據實時采集與通訊。
對于生產工位的工人，一般雙手經常處于工作狀態，為了不影響工作效率，又能實時傳遞生產信息，所以將采集器設計成戴在的胳膊上，并盡量靠近頭部，用語音輸入生產現場物流傳遞信息，在技術交流和臨時通知方面提高效率
對于工廠管理人員，可以采用手持、戴在胳膊上兩種方式。手持時，在生產現場通過掃碼器快速識別各種部件，靈活地運用語音、鍵盤、掃碼等功能實現實時的數據在線通訊。
鍵盤采用推拉式，屏幕顯示方式可以實現縱橫向切換。
3無線數據采集信息界面設計
在操作方式的選擇上，避免觸摸屏操作易出錯、壽命低、成本高等缺點，采用按鍵方式。
人在進行操作機器時，主要受價值和動機目的支配[5]，在設計中要考慮人視覺、思維、動作的習慣過程，使操作界面的設計符合人的日常習慣，使產品容易掌握和不易出錯。為了減少操作的不確定性，按鈕的設計采用不同執行操作發出相應的聲音和光的變化，以增加人們的操作信心與可駕馭感。
在數據采集的過程中，可能會遇到同一種零部件重復讀入的情況，還有可能是同一種零部件，由于不在同一個位置所導致的重復錄錄情況。在進行易出錯界面設計時，根據用戶的使用出錯頻率改進設計。對輸入數據的域值進行設定，當輸入值大于該值時就要對操作員進行提醒，使之盡量減少出錯的發生。
3.1數據采集的信息界面設計在界面設計時，設計師不應當提供過多的選擇可能性。錄入時只需輸入被采集物品的編號，填上數量即可完成采集。如圖4所示。并根據被采集件輸入的頻次，決定檢索的次序，使專用部件的搜索快捷、方便。如有臨時添加的信息，通過語音輸入與求助鍵配合使用，使物流實現準確快捷的傳遞。整機的物流識別可采用條碼掃描錄錄。數據采集器的操作程序可根據實際的需要進行編制，充分考慮操作使用過程的方便、靈活和通用性。
3.2數據傳送的信息界面設計數據傳送功能有數據的下載和上傳。
數據下載時通過要件按鈕將需要數據采集器進行確認的零部件信息從計算機中傳送到數據采集器中
數據上傳時將采集到的零部件數據通過發件按鈕將數據傳送到計算機中去。
數據采集器的菜單，可以將所要完成的系統功能加入，如：零部件入庫、出庫、補貨和盤點等。同一批數據，既作為入庫數據又作為出庫數據，給操作帶來了方便，減少了數據的再次讀入。
4耐用與節電功能設計
為了防護采集器的屏幕，在采集器的兩側和中間屏幕部分裝有減震功能的防震橡膠，可承受一般的撞擊，即使跌落在地板上，也能正常運作；自動的省電運行模式設計，10秒無操作自動進入省電運行模式，按任意鍵自動“喚醒”。所以，使用兩節普通7號電池能正常使用達一個月以上。
