基于Qt的糧情測控系統GUI設計

楊鐵軍，李旭東

（河南工業大學 信息科學與工程學院，河南 鄭州 450001）

糧情測控系統利用現代計算機技術實時檢測糧食儲藏過程中影響糧情變化的因素，并對實時檢測的數據進行分析判斷，對安全儲糧提出處理建議，從而進行控制。目前，糧情測控大部分都是在監控中心，不便于糧庫管理員現場了解糧庫和設備信息。傳統的糧情測控終端負責采集端點的溫度信息并傳遞給監控中心，本身并沒有控制和顯示功能。為了方便人們在現場對糧倉環境進行監控，及時調整各項設備的運轉參數，設計了一個具有圖形化人機接口界面（GUI）的糧情測控終端，GUI部分采用Qt進行設計，具有簡單、可靠、直觀等特點，配合觸摸屏操作可獲得良好的互動效果。

1 開發背景

1.1 系統組成結構

整個糧情測控系統由3部分組成：端點傳感器、測控終端和監控中心。監控中心由普通計算機組成，用于統籌整個糧庫的各項指標并分析顯示；測控終端用于采集端點傳來的數據并實時顯示；端點設備由18B20、hs1101和AVR單片機等組成。整個系統結構如圖1所示。

圖1 糧情測控系統組成結構Fig.1 Composition block diagram of grain monitoring and control system

本次開發的GUI程序是整個糧情測控系統中的測控終端部分。根據糧情測控系統的要求，本文實現了一個具有圖形接口界面的測控終端，它采用Qtopia圖形界面，具有界面美觀、交互性強等特點。

1.2 硬件平臺

硬件平臺采用Samsung公司的S3C2440A微處理器，它是基于ARM920T的RISC型 CPU，是一款性價比較高的嵌入式32位處理器，最高主頻可達533 MHz[1]，內置16 KB指令緩存和16 KB數據緩存，4通道通用DMA，能夠與常用的外圍設備實現無縫連接，從而簡化了外圍電路設計,降低了產品成本、體積和功耗。存儲模塊采用Nand Flash大小為128 MB用于存放B00TLOADER代碼、Linux內核映像、文件系統以及Qtopia等應用程序，SDRAM采用兩片外接32 MB總共64 MB的HY57V561620FTP型內存器件，它們并接在一起形成32位總線數據寬度，增加了系統反應速度。LCD采用分辨率為800×480的7寸觸摸屏，可以獲得最佳舒適度。S3C2440本身總共有3個串口UART0～UART2，其中UART0,UART1可組合為一個全功能的串口，主要用于與端點設備通信。其硬件邏輯結構如圖2所示。

圖2 硬件邏輯結構Fig.2 Hardware logic structure

1.3 軟件結構

軟件平臺采用Linux操作系統，內核版本2.6.29，圖形界面采用Qtopia2.2與最新的Qt4相比，其體積更小更適合嵌入式系統開發。終端系統組成結構如圖3所示。

圖3 終端系統組成結構Fig.3 Terminal system composition

本文的QT/Embedded人機界面的開發主要分為：底層驅動開發、配置開發環境和GUI應用程序的設計與實現等3部分。其中底層驅動開發包括幀緩沖的啟動和設備驅動開發2部分。

2 LCD底層驅動開發

2.1 幀緩沖的啟動

Qt/Embedded的底層圖形引擎基于FrameBuffer（幀緩沖）技術[2]，簡稱為fbdrv，它是一種獨立于硬件的抽象圖形設備。目前的2.6內核的Linux都包含了對FrameBuffer技術的支持，但默認情況下并不開啟，修改grub引導文件，在“kernel”后加入vga=0x0318參數即可成功啟動。

2.2 設備驅動開發[3]

S3C2440的觸摸屏接口是與A/D轉換器接口結合在一起的,由它產生中斷控制觸摸屏的輸入。輸入事件由事件處理器（event handler）進行處理，其驅動注冊代碼如下：

static struct input_handler evdev_handler={

.event=evdev_event，

.connect=evdev_connect，

.disconnect=evdev_disconnect，

.fops=&evdev_fops，

.minor=EVDEV_MINOR_BASE，

.name= “evdev”，

.id_table=evdev_ids，

}；

將設備的驅動模塊加載到嵌入式Linux內核后，應用程序就可以通過對設備文件的讀寫，實現對設備的操作。

本系統采取了觸摸屏代替傳統的鼠標加顯示屏的操作方式，而觸摸屏并不在Qt的默認支持范圍，所以需要自行開發觸摸屏驅動以實現Qt對觸摸屏的支持，觸摸屏的實現流程，如圖4所示。

圖4 觸摸屏開發流程Fig.4 Flow chart of touch screen

3 Qt/Embedded開發平臺建立

3.1 開發環境

Qtopia是基于Qt/Embedded開發的一個嵌入式的窗口系統和應用程序集，如地址本、圖像瀏覽、Media播放器等，還包括娛樂和配置工具，廣泛用于PDA等掌上設備。Qtopia平臺由 Qtopia 庫（Qt/E，qtopiapim，libqpe，libqtopia1） 和 Qtopia server/laucher組成。

Qt按照應用環境的不同，分為X-Windows的X11版本與嵌入式環境的版本Qt/E。其層次結構如圖5所示。

Qt/E 通過 API與操作輸入/輸出（Input/Output，I/O）設施直接交互，它作為嵌入式GUI的實現工具，支持幀緩沖驅動，能在沒有X-Server或X-Lib支持的條件下直接寫幀緩沖，節省了內存，提高了程序的運行效率[4-5]。因此，鑒于Qt/E在跨平臺、內存占用和快速性等方面的優勢，將其作為面向糧庫信息監測的嵌入式輕型GUI構件庫的基礎構建工具。

圖5 Qtopia的軟件層次結構Fig.5 Hierarchy of qtopia software

3.2 建立Linux交叉編譯環境

嵌入式開發模式通常采用宿主機/目標機的形式，先在本機X11環境下模擬嵌入式目標平臺并完成程序的編寫與調試，再通過交叉編譯生成目標機可執行代碼。整體搭建流程如圖6所示。

圖6 開發環境搭建流程Fig.6 Building flow chart of developing environment

開發Qt/Embedded程序需要建立Linux交叉編譯環境。首先在宿主機（PC機）完全安裝Fedora9 Linux系統（內核版本2.6.29）。然后編譯安裝ARM-Linux交叉編譯器[6]，最后編輯/root/.bashrc文件，添加 “export PATH=$PATH:/usr/local/arm/4.3.2/bin”設置環境變量即可成功建立交叉編譯環境。

3.3 建立Qtopia開發環境

整個GUI系統的構建需要對 Qt/Embedded、Qtopia依次分別編譯鏈接，然后有機地整合在一起。Qt/Embedded為Qtopia提供了底層支持，GUI系統的圖形庫窗口組建都由Qt/Embedded實現。建立Qtopia開發環境用到如下3個文件：

Trmake 1.14.tar.gz（用于生成Qt工程的Makefile文件），Qt-embedded-2.3.7.tar.gz（Qte基礎類庫的源碼包主要提供lqte的庫）和 Qt-x11-2.3.2.tar.gz（PC 桌面的 Qt源碼包）。

分別建立2套開發環境，在/opt/arm2440/下建立x86-qtopia目錄用于建立Qt/X11虛擬環境，建立arm-qtopia目錄用于建立Qt/E交叉編譯環境。2套開發環境的建立用到的軟件包是一樣的，只是使用的編譯器和編譯參數不一樣，分別把上述3個文件依次解壓到x86-qtopia和arm-qtopia 2個目錄，然后分別進行編譯、配置。

4 糧情測控系統GUI設計與實現

4.1 GUI設計

根據糧情測控系統的現場功能要求GUI應主要包含如下4部分：1）糧倉環境信息的實時顯示，主要是糧倉內部環境的溫度、濕度狀況。2）糧倉控制設備的開關狀態顯示，如風機開關、天窗開關等。3）Web服務器控制按鈕，用來開啟和關閉Web服務。4）調試窗口，方便現場人員對設備參數進行調試修復。

Qt擁有眾多的窗口控件，如按鈕、表單、滾動條和程序窗口等，它們組合起來可以創建各種用戶界面。其中QWidget是所有用戶界面對象的基類，其它窗口部件都是繼承QWidget或其子類[7]。

創建程序主窗口先要在main.cpp函數中創建QApplication類型的對象。其代碼如下：QApplication app（argc， argv）;

本程序使用QWidget類創建用戶類[8]，并使用戶類通過公有繼承派生于Qwidget類，代碼如下：TableForm::TableForm（QWidget*parent,const char*name， WFlags fl）:QWidget（parent， name， fl）

GUI程序的圖形控件通過Qt帶的Designer工具進行創建，能獲得良好的視覺效果。

糧倉的溫控信息通過QTable類進行顯示，QCheckBox類負責設備狀態控制，QPushButton類可與信號槽連接實現額外功能，代碼如下：connect（ReadButton， SIGNAL（clicked（））,this， SLOT（readinfo（））;

4.2 GUI漢化

為使糧情測控系統的人機界面支持中文風格，方便糧庫管理員的操作，需要對程序進行語言轉化處理，采用Qt/Embedded開發的嵌入式糧情測控系統的人機界面需要采取以下步驟，以實現對中文的支持：

1）在main.cpp文件中添加頭文件qtextcodec.h;

2）在 QApplication app （argc,argv）后添加“app.setDefault-Codec（QTextCodec::codecForName（“UTF-8”））”

3）設置相應的中文字體，GUI程序即可實現中文顯示。

4.3 編譯并移植程序

在系統終端下，執行 “qmake-o Makefile-spec/opt/arm2440/x86-qtopia/qtopia/tmake/lib/qws/linux-generic-g++*.pro”命令，生成針對于工程文件的Makefile文件，執行make就可以生成x86的可執行文件。

對Makefile進行修改，主要是將編譯器gcc改為交叉編譯工具arm-linux-g++，編譯生成ARM平臺目標代碼即可在目標平臺上成功運行。運行結果如圖7所示。

圖7 GUI漢化界面Fig.7 GUI localization interface

5 結束語

一個友好的圖形用戶界面對整個系統的推廣有著重要意義。在糧情測控系統的現場應用中，該系統運行穩定，實現了對各個糧倉信息實時檢測與控制，配合計算機的監控中心形成立體化監控網絡，為國家實現科學保糧奠定了基礎。

[1] Samsung Electronics Co.Ltd.User's manual S3C2440x[Z].2001.

[2] Linux,Linux frame buffer driver developer[EB/OL].(2009)[2010-03-25].http://www.linux-fbdev.org/.

[3] Jonathan Corbet,Alessandro Rubini,Greg Kroah Hartman.Linux device drivers[M].3 ed.O'Reilly,Inc，2005.

[4] AHN S H,SUL D M,CHOI SC,et al.Implementation of lightweight graphic library builder for embedded system[C]//Proceedings of the 8th International Conference on Advanced Communication Technology， IEEE,2006,（1）：1662-168.

[5] HohlF Time limited blackbox security:protecting mobile agents from malicious hosts[J].Lecture Notes in Computer Science,1998，1419：92-113.

[6] Linux.TheARMLinuxproject[EB/OL]. （2004-11-05） [2010-04-07].http://www.arm.linux.org.uk/.

[7] Jasmin Blanchette,Mark Summerfield.C++GU I Programming with Qt3[M].2004.

[8] 倪繼利.Qt及Linux操作系統窗口設計[M].北京：電子工業出版社,2006.

[9] Trolltech.Qtopia Reference Documentation [EB/OL].(2005)[2008-09-25].http://doc.trolltech.com.