基于ＭｉｎｉＧＵＩ的工業電腦繡花機控制系統的研究與實現

摘 要：MiniGUI是一個比較成熟的圖形用戶接口支持系統，已被廣泛應用于工業控制系統中。在工業電腦繡花機控制系統中開發出一個優良的圖形界面越來越重要。在對以上問題研究的基礎上，討論了基于MiniGUI工業電腦繡花機控制系統HMI的實現，同時簡單介紹了MiniGUI在基于ARM9和Linux的電腦繡花機控制系統的移植過程。



關鍵詞：工業電腦繡花機；ARM9； MiniGUI圖形系統；人機交互界面

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)11-184-03

Research and Realization of Industrial Embroidery Sewing

Machine Control System Based on MiniGUI



ZHANG Xiuting，XIA Luyi

(School of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，030024，China)



Abstract：MiniGUI is a more mature graphical user interface support system，and has been widely used in industrial control systems.How to develop an excellent graphical interface become increasingly important in the industrial embroidery sewing machine control system.In order to solve the problem above，it discusses the design and implementation of graphical interface of industrial embroidery sewing machine control system based on MiniGUI，it describes the process of how to port and cross compile MiniGUI to industrial embroidery sewing machine control.System based on ARM9 and embedded Linux operating system.



Keywords：industrial embroidery sewing machine;ARM9;MiniGUI;HMI

1 引 言

電腦繡花機是隨著電子、計算機控制技術、精密機械的發展和應用而逐漸發展起來的一種高自動化、高效率的刺繡設備。隨著電腦刺繡機行業的迅速發展，配備一個優良的圖形用戶界面， 使產品和用戶能進行友好可靠的信息交互，已成為開發工作中非常緊迫的要求。特別是隨著硬件條件的提高，控制系統對高性能、高可靠、輕量級GUI的需求越來越迫切。MiniGUI就是一個為基于Linux的實時嵌入式系統提供一個高性能、高可靠、輕量級的圖形用戶界面支持系統。

本文正是針對電腦繡花機這一市場需求，將MiniGUI用于工業電腦繡花機控制系統中實現人機交互界面。在不明顯增加成本的基礎上，改進了工業電腦繡花機控制系統的性能比，并縮短了開發周期，為用戶提供了一個方便、簡潔、美觀的可視化操作界面。

2 工業電腦繡花機工作原理

電腦繡花機首先通過磁盤或U 盤接口電路讀出編程打版好的花樣文件，然后通過操作面板上的按鍵或者觸摸屏設置好主軸電機轉速一系列參數，再發出主軸電機運動的控制命令。

電腦繡花機工作時，主軸電機通過傳動輪帶動針桿，再由針桿帶著線上下運動做刺繡動作。X，Y軸步進電機帶動繡框在X，Y軸方向運動，刺繡品隨繡框運動， 從而刺繡出圖案。當需要換色時，換色電機轉動，將穿有其他顏色線的針換上，繼續刺繡。當刺繡完畢時，剪線電機帶動剪刀將線剪斷。

3 工業電腦繡花機控制系統

3.1 工業電腦繡花機硬件電路選型

硬件平臺是基于三星公司ARM9內核S3C2410的芯片開發的。硬件電路的主要設計思想是以S3C2410為主處理器，FPGA為協處理器。

本系統采用的S3C2410 為三星公司的，選用此芯片的理由為：

(1) 有32 kB的FLASH 程序存儲器，544 B的雙口RAM和2 kB的單口RAM；

(2) 運行速度快，最高時鐘頻率可達到40 MHz，運算精度高；

(3) 有控制電機專用的PWM調制口；

(4) 本芯片具有2個16位的加密位，可以使系統程序不被破解。

3.2 工業電腦繡花機控制系統功能介紹

工業電腦繡花機控制系統要實現的主要功能如下：

(1) I/O設備輸入輸出控制包括人機交互界面部分和軟磁盤和U盤輸入輸出花樣部分。 

(2) Z軸伺服電機速度控制，主軸控制要求轉速可調并且能夠穩定轉速，最高轉速達到1 000轉/min。

(3) X，Y軸混合式步進電機的速度和位置控制，步進電機在規定的時間內完成發出的脈沖數，精確的進行移位，步進電機必須與主軸電機充分的協調好。

(4) 換色電機控制，進行換色操作。

(5) 剪線電機控制，在正確的位置完成剪線。

(6) 斷線檢測，接口電路可判斷出那個針位出現斷線。

由以上基本控制對象和功能，設計出控制系統架構，如圖1所示，圖中雙向箭頭表示控制信號是雙向的，單向箭頭表示控制信號單向。

圖1 工業電腦繡花機控制系統架構圖

4 MiniGUI的體系結構

MiniGUI是由北京飛漫軟件技術有限公司開發的，是一個能廣泛應用于各種嵌入式系統的高效、可靠、可定制、小巧靈活的圖形用戶接口支持系統。

從整體結構上看，MiniGUI是分層設計的，層次結構如圖2所示。

圖2 MiniGUI的分層體系結構

在最底層，GAL (圖形抽象層)和IAL(輸入抽象層)定義了一組不依賴于任何特殊硬件的抽象接口，pthread用于提供內核級線程支持的C函數庫；中間層是MiniGUI的核心層，包括窗口系統必不可少的各個模塊；最頂層是API編程接口。MiniGUI引入GAL和IAL 接口使用戶可在X Windows 上開發和調試MiniGUI程序，通過交叉編譯讓MiniGUI應用程序運行在嵌入式硬件平臺上。

5 基于MiniGUI的電腦繡花機控制系統的控制界面的設計與實現

5.1 電腦繡花機控制界面框架設計

電腦繡花機控制系統的控制界面提供輸入和輸出命令與狀態和顯示當前實時繡花狀態、信息提示及機械故障提示等。電腦繡花機控制系統的人機交互控制界面主程序有內存花樣管理、機器參數設置、U盤、磁盤花樣管理、輔助設置、幫組提示5個子程序，主控程序首先進入主界面等待觸摸屏輸入，當有消息進入時，根據命令鍵分析結果選擇進入相應的子程序，子程序執行結束以后再回到主界面。人機交互控制界面框架結構如圖3。

圖3 人機交互控制界面框架圖

5.2 電腦繡花機控制系統的主控界面應用程序設計

MiniGUI使用消息驅動作為應用程序的創建構架，在消息驅動的應用程序中，窗口之間、控件之間都通過消息通信。當用戶通過觸摸屏進行操作時，系統的消息循環隊列中會產生相應的消息。根據消息中的窗口句柄，系統將消息發送到目標窗口，MiniGUI調用窗口過程函數來響應。電腦繡花機主控界面應用程序流程如圖4所示。

圖4 主控程序流程圖

5.3 電腦繡花機控制界面實現

MiniGUI 通過窗口系統來管理應用程序在屏幕上的顯示，包含三種窗口類型：主窗口、對話框和控件。每一個MiniGUI 的運用程序一般都要創建一個主窗口或非模態對話框，作為應用程序的主界面， 然后在主窗口中創建一些控件來構成整個圖形用戶界面的框架。基于MiniGUI設計與實現的界面如圖5所示。

圖5 工業電腦繡花機主控界面

其中，主界面的主要功能是當用戶設置好一系列參數后顯示刺繡的實時走線、刺繡進度及機械故障提示。另外，在繡花過程中顯示繡花信息提示如當前針的位置、換色順序等；

內存花樣管理界面主要是對由磁盤軟盤或者U盤輸入到內存的花樣進行操作包括拼接分割花樣、內存花樣檢測等；

U盤、磁盤管理界面功能主要是將從網絡下載到磁盤或者U盤的花樣輸入到內存中并對其進行操作；

機器參數設置界面功能是對即將刺繡的花樣進行參數設置如是否循環繡作、反復刺繡次數、斷線檢測設置等；

輔助設置模塊界面是對電腦繡花機硬件進行設置包括對液晶顯示器、CPU、時鐘、內存、FLASH、勾線剪線扣線電磁鐵檢測、電機檢測等；

幫助提示界面主要是提供刺繡過程中的一些實時幫助信息提示。

6 MiniGUI在工業電腦繡花機控制系統的移植

6.1 MiniGUI在PC機上環境搭建

首先需要一個Linux環境，安裝的是 RedHat 9.0，圖形系統選用的是開源版本MiniGUI 1.3.3。

安裝步驟如下:

(1) 環境準備 包括庫文件、資源包、配套示例程序包、綜合演示程序;

(2) 安裝庫文件和資源。

首先，安裝庫文件。解壓縮庫文件軟件包并進入相應的目錄下配置、編譯和安裝 libminigui，其中命令如下：



［root@CCC libminigui-str-1.3.3］# ./configure

［root@CCC libminigui-str-1.3.3］# make

［root@CCC libminigui-str-1.3.3］# make install



其次，安裝資源包包括運行MiniGUI應用程序需要的基本字體、位圖及鼠標光標等。



［root@CCC minigui-res-1.3.3］# make install



(3) 安裝例子包并行Demo程序。

圖6是運行于虛擬機上的例子程序。

圖6 運行于虛擬機上的例子程序

6.2 搭建交叉編譯環境

硬件平臺是以S3C2410ARM9處理器為核心器件。在Linux操作系統中移植MiniGUI 的步驟如下:

建立自己的根文件系統，安裝交叉編譯工具arm-Linux-gcc3.4.1，安裝庫文件zlib，png，jpeg，libttf。 

編譯程序結束后，把編譯好的庫文件和資源文件拷貝到ramdisk 的/user/lib 目錄下，同時修改配置文件MiniGUI.cfg( 配置環境參數)，并放其到目標板的/etc 目錄下。然后使用相關的工具生成目標映像，再下載到目標板上運行。

6.3 圖形引擎和輸入引擎的移植

用于實現抽象接口的“圖形引擎”和“輸入引擎”的移植是MiniGUI移植到操作系統上的關鍵。由于我們采用嵌入式Linux作為工業電腦繡花機控制系統的操作系統，圖形引擎可以通過FrameBuffer獲得。這樣，MiniGUI 就可以使用自帶的fbcon作為圖形引擎進行圖像顯示。

相對圖形來講，由于嵌入式設備沒有統一的輸入設備接口。因此，輸入引擎的移植顯得更為重要。通過配置選項或者宏，指定MiniGUI 使用console輸入引擎，可以指定［system］段中的運行時配置選項ialengine=console。本文中的工業電腦繡花機采用觸摸屏作為主要輸入設備，因此需要自己編寫相應的輸入引擎代碼。

首先，定義觸摸屏x，y的絕對坐標值unsigned short px=0；unsigned short py=0。其次，需要定義一個結構體來從觸摸屏的設備文件(/dev/event0)中獲取數據，該結構體定義如下:



struct inputevent {

struct timeval time;// 觸摸屏被點擊的間隔時間

unsigned short type;//報告觸摸屏的狀態，3表示獲得觸摸屏的狀態信息

unsigned short code;{//報告觸摸屏的坐標，0是獲得x坐標，1是獲得y坐標的值

long value;

}Point;



然后在gettouchkey()函數中通過以下代碼獲得觸摸屏的狀態信息：

fd = open(\"/dev/input/event0\"，0，0);

fcntl(fd，FSETFL，FNDELAY);

int ret = read(fd，Point，sizeof Point);/* 從觸摸屏的設備文件(/dev/ event0)中獲取數據*/

if((Point.type==0x03)(Point.code==0x00))

{

px=Point.value-ADOffset;

}

else if((Point.type==0x03)(Point.code==0x01))

{

py=Point.value-ADOffset;

} 

pthreadmutexunlock(mutex);



最后通過getkey 和gettouchkey 等函數將獲得的狀態信息通過INPUT 結構體傳遞給MiniGUI應用程序。

7 結 語

MiniGUI已經被廣泛應用于諸多行業中，包括數控系統、手持信息終端產品、DVR系統等。實踐表明，MiniGUI高效、穩定、占用資源少。本文將MiniGUI作為電腦繡花機的圖形用戶界面，實現了數據管理、觸摸屏輸入、動態顯示等多種功能，使得操作更簡單更人性化。MiniGUI作為工業電腦繡花機控制系統的圖形系統，具有廣闊的應用前景。

參 考 文 獻

［1］魏永明.MiniGUI 編程指南［S］.北京飛漫軟件技術有限公司，2006.



［2］魏永明.MiniGUI 用戶手冊［S］.北京飛漫軟件技術有限公司，2006.



［3］魏永明.MiniGUI 技術白皮書［S］.北京飛漫軟件技術有限公司，2006.

作者簡介 張秀亭 女，1981年出生，山東聊城人，碩士研究生。主要從事單片機控制技術和嵌入式系統方面的研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。