基于Qt/Embedded的蓄電池狀態(tài)檢測(cè)控制軟件設(shè)計(jì)

1  引言
             
蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)是保證蓄電池出場(chǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。然而目前，國(guó)內(nèi)蓄電池的狀態(tài)檢測(cè)主要依靠蓄電池電壓巡檢儀、蓄電池電導(dǎo)測(cè)試儀和內(nèi)阻容量測(cè)試儀等儀器，這些儀器只是能夠?qū)崿F(xiàn)單一的檢測(cè)蓄電池狀態(tài)，而且操作靈活度有限，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸以及實(shí)時(shí)分析都需要額外的pc的輔助來(lái)實(shí)現(xiàn), 已經(jīng)不能很好的滿足當(dāng)前許多要求較高的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的應(yīng)用。為了使蓄電池生產(chǎn)線上的蓄電池性能參數(shù)測(cè)量更加靈活，本文提出一種基于qt/embedded的便攜式蓄電池狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的多路數(shù)據(jù)采集，控制軟件界面友善、檢測(cè)儀器輕巧方便。
          
2  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
             
本檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、a/d轉(zhuǎn)換、arm微控制器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等幾部分組成，總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要完成對(duì)蓄電池性能參數(shù)的采集，a/d轉(zhuǎn)換部分主要完成采集信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)化，arm微控制器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要負(fù)責(zé)與基于qt/embedded的連接，接受第三方用戶的命令信息并進(jìn)行相應(yīng)的處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)存放到usb設(shè)備中，為以后數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。
          
3  控制軟件的設(shè)計(jì)
          
3.1 qt/embedded簡(jiǎn)介
             
qt/embedded是一個(gè)和完整的自包含gui和基于linux的嵌入式平臺(tái)工具，是qt在嵌入式平臺(tái)的版本。它通過(guò)qt api與linux i/o以及framebuffer直接交互，擁有較高的運(yùn)行效率，而且整體采用面向?qū)ο缶幊蹋瑩碛辛己玫伢w系架構(gòu)和編程模式。通過(guò)qt/embedded可以直接構(gòu)建工作在嵌入式設(shè)備上的控制軟件，為便攜式設(shè)備提供良好的人機(jī)交互界面，使設(shè)備的操作更加靈活。

         
                              
             圖1 測(cè)量系統(tǒng)的組成

3.2 qt/embedded的移植
             
本文采用宿主機(jī)-目標(biāo)板的移植方式，先在宿主機(jī)上調(diào)試通過(guò)后，再將調(diào)試通過(guò)的程序移植到目標(biāo)板上。
          
3.2.1宿主機(jī)上的移植
             
qt/embedded直接寫入幀緩沖，在宿主機(jī)上則是通過(guò)qvfb（vituralframe buffer）來(lái)模擬幀緩沖。宿主機(jī)上的移植需要的工具及環(huán)境變量見(jiàn)表1。其中環(huán)境變量的設(shè)置可以直接用export來(lái)聲明，配置qt-embedded-3.3.2時(shí)，/configure–qconfig–qvfb–depths4，8，16，32，就是指定qt/embedded開(kāi)發(fā)包生成虛擬緩沖幀工具qvfb。

3.2.2目標(biāo)板上的移植
             
將qt/embeded程序應(yīng)用到arm開(kāi)發(fā)板，在configure配置時(shí)配置linux-arm-g++配置選項(xiàng)[6]。最后將交叉編譯好的應(yīng)用程序燒寫到開(kāi)發(fā)板的根文件系統(tǒng)的/opt目錄中。
          
3.3應(yīng)用程序的框架結(jié)構(gòu)
             
基于qt/embedded的蓄電池狀態(tài)檢測(cè)控制軟件包括以下4個(gè)主要模塊，如圖2所示。

            圖2 軟件框架結(jié)構(gòu)

3.3.1用戶界面(user interface)模塊
             
用戶界面如圖3所示，主要包括工作人員信息（圖3①部分）、蓄電池信息（圖3②部分）、需要顯示的數(shù)據(jù)（圖3③部分）（理想數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)上下限、實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)及其當(dāng)前蓄電池的狀態(tài)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（圖3④部分）幾部分組成。其中，檢測(cè)人員工作前，需要手動(dòng)的輸入員工信息和設(shè)備信息等內(nèi)容，便于數(shù)據(jù)分類，最后將這些數(shù)據(jù)共同存儲(chǔ)。

                  圖3 人機(jī)界面運(yùn)行圖

3.3.2數(shù)據(jù)處理模塊
             
采集數(shù)據(jù)處理模塊的基本結(jié)構(gòu)流程圖如圖4所示。系統(tǒng)啟動(dòng)之后，首先進(jìn)行arm微處理器芯片的初始化工作，完成初始化之后，系統(tǒng)啟動(dòng)qt上位機(jī)軟件，然后整個(gè)程序進(jìn)入監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，不停檢測(cè)是否有控制命令事件觸發(fā)，一旦觸發(fā)則進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)化，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信息進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，最后將完成處理的數(shù)據(jù)送至顯示模塊顯示。

                   圖4 軟件流程圖

在ad模塊的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中采用中斷采集的方式完成數(shù)據(jù)采集。ad驅(qū)動(dòng)函數(shù)主要代碼如下：
            
（1）設(shè)備初始化，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的注冊(cè)。為防止設(shè)備號(hào)的沖突，這里設(shè)備注冊(cè)采用的是自動(dòng)分配設(shè)備號(hào)。
          
　devfs_handle=devfs_register

  (null,device_name,devfs_fl_auto_devnum,0,0,s_ifchr|s_irusr|s_iwusr,&s3c2410_fops,null)。
            
（2）open函數(shù)，用于設(shè)置ad通道，并進(jìn)行比例因子初始化。
         
　　init_waitqueue_head (&adcdev.wait)；

    //等待隊(duì)列，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)候，進(jìn)程被喚醒，并將數(shù)據(jù)返回調(diào)用者。

     adcdev.channel=0；

     adcdev.prescale= 0xff；

     //ad設(shè)置，說(shuō)明對(duì)通道0進(jìn)行采樣。
            
（3）read函數(shù)，關(guān)鍵函數(shù)之一，在這個(gè)函數(shù)中需要配置ad器件的控制寄存器，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。使用copy_to_user函數(shù)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳遞到用戶空間，功能函數(shù)主要代碼如下：

     start_adc_ain(adcdev.channel, adcdev.prescale)；

     interruptible_sleep_on(&adcdev.wait)；

     copy_to_user (buffer, (char*)&ret, sizeof(ret))。
            
（4）最后，把所有功能函數(shù)寫進(jìn)file_operations。

             表1 宿主機(jī)上的移植需要的工具及環(huán)境變量

4  總結(jié)
             
在各種檢測(cè)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集是必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)以s3c2410a微控制器為基礎(chǔ)，利用圖形化編程語(yǔ)言qt設(shè)計(jì)出可視化、友好的控制界面，能夠顯著提高人機(jī)界面的顯示效果。該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、可靠性，特別適用于便攜式檢測(cè)裝置。因此，該系統(tǒng)具有廣闊的市場(chǎng)前景。