蓄電池狀態(tài)檢測控制軟件設計

1  引言
              
蓄電池生產過程中的狀態(tài)參數(shù)檢測是保證蓄電池出場質量的關鍵。然而目前，國內蓄電池的狀態(tài)檢測主要依靠蓄電池電壓巡檢儀、蓄電池電導測試儀和內阻容量測試儀等儀器，這些儀器只是能夠實現(xiàn)單一的檢測蓄電池狀態(tài)，而且操作靈活度有限，數(shù)據(jù)的存儲、傳輸以及實時分析都需要額外的pc的輔助來實現(xiàn), 已經(jīng)不能很好的滿足當前許多要求較高的工業(yè)現(xiàn)場控制的應用。為了使蓄電池生產線上的蓄電池性能參數(shù)測量更加靈活，本文提出一種基于qt/embedded的便攜式蓄電池狀態(tài)檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對蓄電池的多路數(shù)據(jù)采集，控制軟件界面友善、檢測儀器輕巧方便。
           
2  系統(tǒng)總體設計與實現(xiàn)
              
本檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、a/d轉換、arm微控制器和數(shù)據(jù)存儲等幾部分組成，總體架構設計圖如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集部分主要完成對蓄電池性能參數(shù)的采集，a/d轉換部分主要完成采集信號的模/數(shù)轉化，arm微控制器是整個系統(tǒng)的關鍵部分，主要負責與基于qt/embedded的連接，接受第三方用戶的命令信息并進行相應的處理。數(shù)據(jù)存儲部分主要負責將處理后的數(shù)據(jù)存放到usb設備中，為以后數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。
           
3  控制軟件的設計
           
3.1 qt/embedded簡介
              
qt/embedded是一個和完整的自包含gui和基于linux的嵌入式平臺工具，是qt在嵌入式平臺的版本。它通過qt api與linux i/o以及framebuffer直接交互，擁有較高的運行效率，而且整體采用面向對象編程，擁有良好地體系架構和編程模式。通過qt/embedded可以直接構建工作在嵌入式設備上的控制軟件，為便攜式設備提供良好的人機交互界面，使設備的操作更加靈活。


                                         
圖1 測量系統(tǒng)的組成

3.2 qt/embedded的移植
              
本文采用宿主機-目標板的移植方式，先在宿主機上調試通過后，再將調試通過的程序移植到目標板上。
           
3.2.1宿主機上的移植
              
qt/embedded直接寫入幀緩沖，在宿主機上則是通過qvfb（vituralframe buffer）來模擬幀緩沖。宿主機上的移植需要的工具及環(huán)境變量見表1。其中環(huán)境變量的設置可以直接用export來聲明，配置qt-embedded-3.3.2時，/configure–qconfig–qvfb–depths4，8，16，32，就是指定qt/embedded開發(fā)包生成虛擬緩沖幀工具qvfb。

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


                                        
圖2 軟件框架結構

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、實際檢測數(shù)據(jù)及其當前蓄電池的狀態(tài)）和數(shù)據(jù)存儲（圖3④部分）幾部分組成。其中，檢測人員工作前，需要手動的輸入員工信息和設備信息等內容，便于數(shù)據(jù)分類，最后將這些數(shù)據(jù)共同存儲。


                                        
圖3 人機界面運行圖

3.3.2數(shù)據(jù)處理模塊
              
采集數(shù)據(jù)處理模塊的基本結構流程圖如圖4所示。系統(tǒng)啟動之后，首先進行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qt上位機軟件，然后整個程序進入監(jiān)聽狀態(tài)，不停檢測是否有控制命令事件觸發(fā)，一旦觸發(fā)則進行a/d轉化，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信息進行數(shù)/模轉化，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模塊的驅動程序設計中采用中斷采集的方式完成數(shù)據(jù)采集。ad驅動函數(shù)主要代碼如下：
             
（1）設備初始化，驅動設備的注冊。為防止設備號的沖突，這里設備注冊采用的是自動分配設備號。
           
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)，用于設置ad通道，并進行比例因子初始化。
          
 init_waitqueue_head (&adcdev.wait)；
           
//等待隊列，當數(shù)據(jù)到達的時候，進程被喚醒，并將數(shù)據(jù)返回調用者。
           
adcdev.channel=0；
           
 adcdev.prescale= 0xff；

//ad設置，說明對通道0進行采樣。
             
（3）read函數(shù)，關鍵函數(shù)之一，在這個函數(shù)中需要配置ad器件的控制寄存器，并啟動轉換。使用copy_to_user函數(shù)把數(shù)據(jù)從內核傳遞到用戶空間，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file_operations。


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

4  總結
              
在各種檢測系統(tǒng)的研究和設計中，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，利用圖形化編程語言qt設計出可視化、友好的控制界面，能夠顯著提高人機界面的顯示效果。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裝置。因此，該系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。