| 标题 | 智能人机交互通信系统设计与实现 |
| 范文 | 张青 任宏 摘 要： 针对当前智能人机交互通信系统存在的通信稳定性和安全性差、延迟大的问题，提出并设计基于RS 232的智能人机交互通信系统。该系统主要由登录与退出单元、通信数据传输单元和通信数据信息加密单元等模块组成，系统运行时下位机向上位机传输通信指令，下位机向上位机发送实时数据信息。上位机利用接收线程完成数据信息的处理，系统上位机向下位机传输反馈控制，同时请求下位机对人机交互设备进行调整。在登录与退出单元中，当客户端启动系统，出现登录界面后，立即输入用户名称及密码完成登录，并随即进入通信程序。在通信数据传输单元中，依据发送端的地址找到与之相应的对话框，在对话框中显示出对应消息，同时在显示消息中设定接收选择。在通信数据加密单元中，利用DES_ncbc_encryp加密和解密函数完成通信数据加密。实验表明，该系统运行稳定性和安全性均优于当前系统，并具有延迟低的优点，可行性高，实用性和适用性均较强。 关键词： 人机交互； 通信指令； 系统设计； 加密； 数据传输； RS 232 中图分类号： TN915.5?34； TP827 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）20?0175?04 Abstract： As the current intelligent human?computer interaction communication system has the problems of poor stability， security and large delays in communication， an intelligent human?machine interactive communication system based on RS 232 is proposed and designed. The system is mainly composed of the login and logout unit， communication data transmission unit， and communication data information encryption unit. During the system operation， the lower computer sends communication instructions to the upper computer， and the lower computer sends real?time data information to the upper computer. The upper computer uses the receiving thread to complete the processing of data information. The system upper computer transmits the feedback control to the lower computer and simultaneously requests the lower computer to adjust the human?computer interaction device. In the login and logout unit， when the system is started on the client and the login interface appears， the user name and password should be immediately entered to complete the login and enter the communication program immediately. In the communication data transmission unit， the corresponding dialog box is found according to the address of the transmitting terminal， the corresponding messages are displayed in the dialog box， and the receiving selection of displayed messages is set. In the communication data encryption unit， the communication data encryption is accomplished by using the DES_ncbc_encryp encryption and decryption function. The experimental results show that the system is superior to the current system in operation stability and security， and has the advantages of low delay， high feasibility， strong practicality and applicability. Keywords： human?computer interaction； communication instruction； system design； encryption； data transmission； RS 2320 引 言 智能人机交互即时通信是互联网应用的重要研究方向，针对它的研究已经受到了业界的高度重视[1?3]。人机交互即时通信系统组建了一个能够在线进行实时沟通的平台，得到了广大用户的广泛使用。左韬等人提出并设计基于以太网EtherCAT的人机交互通信系统[4]。对以太网通信总线网络延时进行分析，通过最小二乘法与支持向量机的有效结合，实现网络延迟的在线测试。并以此为依据，通过可变延迟校正PID控制器，对控制对象的参数进行识别，完成控制对象模型变化的自适应调解。实验结果表明，该系统可将通信延迟控制在合理范围内，但存在通信信道较为拥挤，通信信号幅值波动较大，即通信不稳定的情况。李沫等人提出并设计基于星型网的通信系统[5]。该系统中将星型网络组建为5个节点的无线网络定位以及通信系统，并将系统节点的硬件组成实现、定位，以及通信软件设计当作研究重点。实验结果表明，系统稳定性较为可靠，但无法将通信延迟控制在相对合理的范围内。郭丽萍等人提出并设计基于Microchip MCP2515 CAN的通信系统[6]。以CAN协议原理和应用技术为理论依据，通过外挂Microchip MCP2515 CAN设计思想，实现基于AVR的CAN通信系统设计，同时满足电源控制体系方案需要。系统设计中分别设计了CAN总线整体结构、控制器以及收发器等部分硬件和软件，并对该系统的网络负载情况进行分析。实验结果表明，该系统网络负载情况较为乐观，但存在通信安全性差的问题。智能人机交互是当前社会不可缺少的技术之一，智能人机交互的通信系统设计与实现，更是该领域发展的重要途径。 1 智能人机交互通信系统设计 1.1 登录与退出单元 在该单元中，当客户端启动系统，出现登录界面后，立即输入用户名称及密码完成登录。过程中客户端向服务器传输用户登录信息，服务器再对用户登录信息进行解析，获取用户名与密码，然后搜索数据库相应数据，以完成数据验证。假设用户不存在或是密码不一致，那么服务器将验证失败结果返送至客户端；假设验证结果为通过，那么服务器将数据库中用户的状态转换为在线。客户端收到成功信息之后，根据系统提示实现即时通信。 客户端在进行登录时，会向服务器传输消息，服務器接收到信息后，得到客户端IP和通信端口号。客户端退出系统时，会向服务器传输用户已下线的消息，此时，服务器会将客户端状态改为离线状态。系统登录和退出流程如图1所示。 1.2 通信数据传输单元 通信数据信息在传输过程中，共分为属性消息传输与消息内容传输两种形式[7?8]。消息属性中包含：消息名称、扩展名、全名。通信消息传输需要将消息并行传输，要利用多线程传输技术完成人机交互通信，进而疏散通信流量，防治出现通信通道拥挤的状况，增强通信系统的稳定性。 通信数据信息传输具体流程如图2所示。 图2中，在智能人机交互通信数据信息传输的过程中，传送端和接收端有三种交互状况：传送端先传送通信数据属性到接收方，并由接收方决定接收信息与否；在通信数据传输时，传送方取消信息发送；在通信数据传送时，接收方取消信息的接收。 1.3 通信数据信息加密单元 智能人机交互通信自身存在的安全问题会严重阻碍其推广利用，解决该问题成为了通信软件设计中的关键之一[9?11]。在基于RS 232的智能人机交互通信系统中，使用DES加密法在通信数据信息传送之前进行加密，并在接收之后进行解密。该系统使用OpenSSL开源软件中DES加密函数完成智能人机交互通信数据信息加密以及解密。仅需在通信数据文件中代入“#include 1.4 智能人机交互通信系统实现 登录智能人机交互通信系统之后，进入人机通信模式。使用者上线以后，服务器向用户传送智能机器的相关信息。随后进入文本通信与文件传输界面，实现人机交互通信。详细实现步骤如图3所示。2 实验结果与分析 为验证基于RS 232的智能人机交互通信系统具有高效性与否，进行一次实验。在Matlab上运行上述系统，并分别在通信稳定系数、通信延迟和通信安全性三方面对所提系统进行验证。实验结果如图4所示。 图4中，基于以太网EtherCAT的人机交互通信系统运行初期，稳定性系数呈上升趋势，但随着系统运行时间的延长，该系统出现了稳定性较差的情况。基于RS 232的智能人机交互通信系统运行前期，稳定性系数存在波动，但波动较小，后期较为稳定。经验证，基于RS 232的智能人机交互通信系统稳定性更加可靠。3 结 论 综合目前智能人机交互通信系统存在的通信稳定行差、通信延迟高和通信安全性不理想的问题，提出并设计基于RS 232的智能人机交互通信系统。利用客户端程序启动时，通信数据信息接收线程也随之启动，同时创建监听线程，来降低通信延迟。通过多线程传输技术完成人机交互通信，提高通信稳定性。依据通信数据信息加密单元的设置，提高通信系统安全性。实验表明，该系统可利用价值较高。 参考文献 [1] 张艳.移动自组织网络通信模块的设计与实现[J].现代电子技术，2017，40（10）：54?57. ZHANG Yan. Design and implementation of mobile self?organizing network communication module [J]. Modern electronics technique， 2017， 40（10）： 54?57. [2] 张皓孙.大型城市污水输送SCADA系统通信网络设计与实现[J].电机与控制应用，2017，44（7）：76?79. ZHANG Haosun. Design and realization of communication network of SCADA system in metropolitan sewage transportion [J]. Electric machines & control application， 2017， 44（7）： 76?79. [3] 李军，李光，邸永强，等.基于虚拟路由冗余协议和双向转发检测的基层气象通信网络设计和实现[J].气象科技，2017，45（2）：281?284. LI Jun， LI Guang， DI Yongqiang， et al. Design and implementation of Xian meteorological communication network based on VRRP and BFD [J]. Meteorological science and technology， 2017， 45（2）： 281?284. [4] 左韬，闵华松，张雄希.基于实时以太网的机器人通信总线控制系统[J].计算机工程与设计，2016，37（5）：1140?1144. ZUO Tao， MIN Huasong， ZHANG Xiongxi. Control system of robot based on bus of real?time Ethernet [J]. Computer engineering and design， 2016， 37（5）： 1140?1144. [5] 李沫，孙凤丽，李亚，等.基于无线网络的定位与通信系统硬软件设计实现[J].中国电子科学研究院学报，2017，12（5）：458?462. LI Mo， SUN Fengli， LI Ya， et al. Hardware and software design implementation of positioning and communication system based on the wireless network [J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology， 2017， 12（5）： 458?462. [6] 郭丽萍，张艳荣，林思苗.嵌入式设备电源控制系统的CAN通信软硬件设计[J].中国测试，2017，43（10）：109?113. GUO Liping， ZHANG Yanrong， LIN Simiao. Software and hardware design based on CAN communication for control system of embedded device power supply [J]. China measurement & testing technology， 2017， 43（10）： 109?113. [7] 何晓冬.强干扰环境下网络情报数据滤波通信系统设计[J].计算机测量与控制，2016，24（10）：162?164. HE Xiaodong. Design of network intelligence data filtering and communication system in strong interference environment [J]. Computer measurement & control， 2016， 24（10）： 162?164. [8] 吴限，陈明，冯国富.低压电力线载波通信路由器设计仿真[J].计算机仿真，2017，34（10）：194?198. WU Xian， CHEN Ming， FENG Guofu. Design and simulation of low voltage power line carrier communication router [J]. Computer simulation， 2017， 34（10）： 194?198. [9] 陈安，王晗.基于物理人机交互的智能助行器实时控制研究[J].计算机应用研究，2017，34（5）：1362?1366. CHEN An， WANG Han. Research of real?time control of aid walker based on physical man?machine interaction [J]. Application research of computers， 2017， 34（5）： 1362?1366. [10] 缪竟鸿，王薇，武志刚，等.基于STM32F103的无主机通信系统的设计[J].科学技术与工程，2017，17（4）：223?229. MIAO Jinghong， WANG Wei， WU Zhigang， et al. Design of non?central?switch calling system based on STM32F103 [J]. Science technology and engineering， 2017， 17（4）： 223?229. [11] 朱徐东，孙冬梅，徐海鹏，等.基于双信道通信网络的水文遥测系统设计[J].科技通报，2017，33（1）：129?132. ZHU Xudong， SUN Dongmei， XU Haipeng， et al. Design of hydrological telemetering system based on dual channel communication network [J]. Bulletin of science and technology， 2017， 33（1）： 129?132. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。