面向工程师的实用指南：从触摸屏到工业控制，从 C++ 到 Qt、Electron 和触控协议，一次性梳理清楚 HMI 背后的核心技术选型。

一、什么是 HMI？它不只是“点点屏幕”那么简单

HMI，全称 Human-Machine Interface，即“人机界面”。你可以把它简单理解为：

让人看得懂、能操作的 设备“前台”。

从工业触控屏、车载中控，到医疗仪器和智能家居控制面板，几乎所有涉及“人 + 机器”的产品都需要一个 HMI 界面。

📦 举几个你可能熟悉的 HMI 应用场景：

• 工厂自动化产线的触摸屏操作面板
• 智能空调 / 冰箱 / 热水器上的液晶控制界面
• 智能电梯、机器人手臂的控制台
• 车载中控系统、充电桩操作屏
• 医疗设备上的参数设置和图表显示

不管你是做嵌入式开发、上位机应用，还是 AIoT 产品，HMI 都是设备与用户之间最关键的交互桥梁。

二、HMI开发技术分类：不是只有 Qt 和 PLC

HMI开发并不是一个“单一技术”，而是一个包含 UI 框架、通信协议、运行平台、部署方式的技术组合。一般我们可以按两种类型来理解：

2.1 按平台分：嵌入式 vs 上位机

类型	运行环境	开发语言	典型场景
嵌入式 HMI	Linux/RTOS/裸机 + MCU/ARM	C / C++ / Qt / Micropython	PLC面板、IoT控制屏
上位机 HMI	Windows / Linux PC	C# / WPF / Electron / PyQt	工控机、远程控制台

2.2 按架构分：本地渲染 vs Web 远程

架构	描述	技术栈
本地 HMI	应用与显示运行于同一设备上	Qt、LVGL、WPF、TGUI
Web HMI	界面在浏览器运行，通过网络与设备通信	HTML5 + Vue/React + WebSocket/MQTT

📌 小贴士：

现代 HMI 越来越倾向“UI 与逻辑分离”，甚至出现“微前端 HMI”、“容器化可部署 UI”，其核心是提高可扩展性与维护效率。

2.3 常见HMI开发技术一览表

HMI开发技术路线思维导图

三、主流 HMI 开发技术选型指南

虽然“画个界面”听起来简单，但在实际工程中，每一项选择都直接关系到你的产品成本、上线周期和维护成本。下面我们来盘一盘几类主流方案的真实技术优劣。

3.1 嵌入式触摸屏开发技术

适用于：工业设备、PLC面板、充电桩主控、医疗仪器控制界面等

✅ Qt for Embedded Linux

• 特点：图形能力强、跨平台、开源/商用双许可证
• 优点：控件丰富，动画流畅，适配主流ARM平台
• 缺点：占资源偏多，嵌入式移植需配合Yocto/OpenEmbedded
• 推荐场景：高分辨率电容屏 + Linux系统

📌 工具链：Qt Creator + QML + C++

✅ LVGL（Light and Versatile Graphics Library）

• 特点：超轻量级 GUI 库，适合 MCU 和 RTOS
• 优点：资源占用小（几十KB），支持动画、中文字体、触摸事件
• 缺点：不自带操作系统，需开发者自己集成任务调度
• 推荐场景：低成本单芯片方案（STM32、ESP32 等）

📌 工具链：SquareLine Studio（所见即所得）

✅ 专用模块开发（Nextion、DWIN 等）

• 特点：模块内置控制器和触摸UI引擎
• 优点：屏幕、驱动、工具一体化；用串口与主控通信
• 缺点：可定制性弱，界面效果有限
• 推荐场景：简单交互需求，如开关控制、状态查看

📌 工具链：Nextion Editor / DWIN Smart Editor

3.2 上位机开发技术（工业/桌面侧）

适用于：Windows 平台工控机、运维工具、工厂管理系统等

✅ C# + WPF

• 优点：开发效率高、社区丰富、绑定 Windows API
• 缺点：跨平台能力弱
• 适合：企业内部工业软件、MES 终端、厂务监控

📌 工具链：Visual Studio + XAML + .NET Framework

✅ Electron（Node.js + Web）

• 优点：跨平台、UI 美观、Web 技术栈
• 缺点：占用内存高，不适合资源紧张场景
• 推荐：需要部署在 Win/Linux 桌面、交互要求较高的 B2B 客户端

📌 框架建议：Electron + Vue3 + WebSocket

✅ PyQt / PySide6

• 优点：适合科研/自动化脚本工具嵌 GUI
• 缺点：大型项目可维护性较差
• 推荐：设备调试工具、工程师助手类软件

3.3 Web 远程 HMI：浏览器就是界面

适用于：远程工控、IoT平台、SaaS系统嵌入控制台

• 核心技术：Vue3 / React + WebSocket/MQTT
• 特点：
  • 前端部署在浏览器，后端通过 MQTT 或 HTTP 与设备通信
  • 适合多终端接入（PC + 移动 + 平板）
• 优势：
  • 部署维护成本低，快速升级
  • UI 与控制解耦，安全策略更灵活
• 典型场景：
  • 智慧能源监控平台
  • 远程网关配置界面
  • 工业物联网门户

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3.4 可视化开发平台（低代码/无代码 HMI）

适合对开发能力要求低的用户，快速完成界面构建与数据对接。

工具	特点	使用门槛	是否开源
Codesys HMI	PLC集成好、工业协议支持强	需配合PLC	❌
DashIO	类似 Node-RED 的可视化数据HMI	中等	✅
Crank Storyboard	动画强、支持MCU	商用	❌
Wecon LeviStudioU	国内广泛使用的触控屏设计工具	低	❌
TAURI + Svelte	新兴 Web 桌面框架（比 Electron 轻）	高	✅

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四、典型场景下的 HMI 技术选型建议

让我们以实际业务为导向，对应不同需求场景，推荐合适的 HMI 技术方案：

场景	推荐方案	技术说明
🌡 工业触摸屏面板	Qt Embedded + Yocto	图形强、适配性好，适合 ARM SoC
📟 小尺寸MCU触控	LVGL / Nextion	内存占用小、开发效率高
🖥 车间上位机控制	C# + WPF 或 PyQt	开发快，支持图表与 Modbus 控制
🌐 智能工厂大屏	Electron + Vue3	跨平台 + Web UI，美观易更新
📲 远程运维控制台	Web HMI（Vue/MQTT）	可嵌入 IoT 平台，远程维护更方便
🧪 工程调试助手	PyQt + 串口通信	适合研发使用，逻辑简单直接
🧰 轻量级 SaaS 控制台	Tauri + Svelte / Vue	性能轻快，适合桌面App内嵌Web界面

五、选对技术栈，让交互更流畅

技术选型总览：

HMI开发技术选型流程示意图

HMI 开发远不只是“拖几个按钮、写几个事件”那么简单，它是连接人与机器的体验引擎，是系统是否“可用、好用、值得用”的第一关。

📌 快速决策建议：

• 高性能 + 丰富交互 → Qt Embedded
• 极限资源 + 成本敏感 → LVGL
• 调试工具 or 快速交付 → PyQt / Electron
• 大屏看板 + SaaS平台 → Web + MQTT
• 一人项目 or 产品 MVP → Tauri + Vue/Svelte

你选的不只是技术，更是一个未来可迭代的系统基础。