基于Linux的溫濕度采集系統及QT人機界面的實現

范麗

摘要：針對ARM9平臺設計了SHT10溫濕度傳感器硬件電路，針對Linux內核編寫了AD及溫濕度驅動程序;利用Qt/Embedded軟件設計了QT人機界面，用戶可通過人機界面及Linux系統終端的溫濕度測試程序實時監測溫濕度信息。最終程序可以很好地運行在開發板上，驗證了軟硬件的有效性和可靠性。

關鍵詞：ARM9;Linux;驅動程序;QT人機界面

中圖分類號：TP368? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）21-0232-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： According to the ARM9 platform， a hardware circuit of SHT10 temperature and humidity sensor was designed， AD and temperature and humidity drivers were written for Linux kernel. Then designed QT man-machine interface with Qt/Embedded， users can monitor temperature and humidity information through the man-machine interface and the temperature and humidity testing program of Linux system terminal in real-time. The final program can run well on the development board， which verifies the effectiveness and reliability of software and hardware.

Key words： ARM9; Linux; Driver; QT man-machine interface

傳統溫濕度采集系統采用以單片機為核心的設計模式[1]，有運算能力和精度有限、人機交互復雜等缺點，并且由于缺少底層操作系統，在需求改變時，需要對系統進行較大的改動[2]，對程序設計者要求較高。嵌入式系統近年來得到了迅速發展，被研發人員廣泛應用于各個領域。Qt是專門為嵌入式系統設計的圖形用戶界面，并且提供了完整的C++程序工具包，使得嵌入式開發變得更加高效。

基于ARM9硬件平臺及嵌入式Linux2.6.30.4內核編寫了驅動程序，利用Qt/Embedded軟件設計了交互友好的人機界面。

1 系統硬件組成及總體結構

1.1 系統總體結構

該系統由核心處理器、數據采集模塊、顯示模塊、電源模塊等組成，其總體結構如圖1所示。

本文采用ARM9的S3C2440微處理器作為嵌入式系統的核心處理器，它是三星（Samsung）公司ARM9系列中的主流產品，具有高性能、低功耗等優點，應用非常廣泛。選擇Linux為ARM9平臺操作系統，其源代碼具有開放、廣泛的后續支持等優點[3]。人機界面的設計是基于Qt/Embedded軟件開發平臺。

系統工作時，SHT10溫濕度傳感器采集環境溫濕度，并將檢測到的信號通過ARM的GPIO模塊傳回到主控制器ARM9，主控制器對數據進行處理，并且通過控制器的人機界面實時顯示數據。

1.2 溫濕度采集模塊設計

本系統選用的溫濕度傳感器為SHT10，SHT10是Sensirion公司生產的一種數字式傳感器，濕度精度達±4.5%RH，溫度在25℃時達±0.5℃。

SHT10的VDD、GND為電源引腳，SCK和DATA引腳為兩線串行接口，主要用于控制器和傳感器之間的數據通信。SHT10的供電電壓建議為3.3V。在電源引腳（VDD，GND）之間須加一個電容，在（VDD，DATA）之間須加一個上拉電阻Rp，以提高數據讀取的可靠性。其中SCK接ARM9 GPIO口的TOUT0，DATA接TOUT1，GND接ARM的GND，VDD接3.3V。其與控制器的硬件連接圖如圖2所示。

2 系統開發環境

2.1 Linux開發環境的建立

在Linux系統中，需要交叉編譯環境為ARM9開發板編譯內核、QT界面等其他應用程序。TQ2440提供的是EABI_4.3.3EmbedSky_20100610.tar.bzr。

為了驗證交叉編譯器是否生效，需要在Linux終端輸入如下命令：#arm-linux-gcc-v[4]。如果生效將會顯示arm-linux-gcc的相關信息和版本。

一個完善的嵌入式系統通常包括：系統引導程序、Linux操作系統內核和文件系統。Linux操作系統的移植主要是針對以上內容，需要有四個步驟：燒寫uboot、Linux內核、文件系統和開機LOGO到開發板。在完成uboot、內核、文件系統和開機LOGO鏡像的燒寫后，在一鍵式菜單下使用命令8，即可啟動S3C2440的Linux操作系統。

2.2 QT開發環境的建立

Qt/Embedded實際上就是一個C++工具開發包，其是專門為嵌入式設備的開發而訂做的。建立QT開發環境的步驟為：

1解壓共享目錄中的Qte_20100601.tar.bz2的源碼到EmbedSky/Qte目錄下;

2編譯PC版本的Qtopia-2.2.0，在Linux的終端執行命令：./x86-qtopia-2.2.0-kongqueror_build;

3編譯ARM版本的Qtopia-2.2.0，在Linux的終端執行命令：./arm-qtopia-2.2.0-kongqueror_build;

4制作Qtopia-2.2.0的文件系統。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要是驅動程序和應用程序的設計。

3.1驅動程序的設計

操作系統不能直接對硬件進行操作和控制，需要用設備驅動作為操作系統和硬件之間的粘合劑，負責上下兩邊的溝通。本文所需的驅動有溫濕度傳感器SHT10驅動以及AD驅動。

驅動設計的具體步驟如下：

1在“linux-2.6.30.4＼drivers＼char”內核源碼目錄下新建一個名為EmbedSky_gpio.c的文件，用來編寫本文所要用到的溫濕度驅動程序sht10.c。

2在內核源碼中添加對SHT10溫濕度傳感器驅動和AD驅動的支持：修改同目錄下的Kongfig文件，然后再修改同目錄下的Makefile文件。

3配置菜單：在Linux終端輸入命令make menuconfig，配置“gpio Driver”為“*”（編譯進內核），然后保存配置。

4make zImage：編譯出內核鏡像zImage.bin燒寫到開發板中。

同樣的步驟，編寫AD驅動程序EmbedSky_adc.c，然后重新編譯內核，將內核鏡像燒寫到開發板中，即可在開發板dev目錄下看到對應的設備名稱，如圖3所示。

3.2 QT應用程序的設計

Qt人機界面的設計步驟如下：

1在PC機Linux下的“opt/EmbedSky/Qte/x86_qtopia/pro”目錄下新建一個名為“renjijiemian”的目錄。用命令“qt2/bin/designer &”在后臺啟動Qt designer設計器，設計好相關功能的按鈕及顯示數據的窗口。

2添加main.cpp文件、產生*.pro文件、生成Makefile文件

3制作桌面圖標和桌面啟動器

使用photoshop軟件制作桌面圖標文件，文件格式為*.png、大小為16*16。創建一個桌面啟動器（*.desktop）文件。

4仿真并移植

在PC的Linux的終端輸入make命令，進行編譯仿真，在實際測試過程中，開發板人機界面如圖4所示。

同時運行人機界面和Linux系統終端的溫濕度測試程序，人機界面能實時顯示溫濕度信息。同時，Linux系統終端運行的測試程序也能夠實時地顯示溫濕度變化，并且與開發板界面顯示的數據基本一致，如圖5所示。

4 結束語

本文在主控制模塊的S3C2440微處理器上移植了嵌入式Linux操作系統，在PC的Linux操作系統上移植了QT/E開發環境，采用QT Designer設計了人機畫面，利用C++編程語言完善了人機界面。在ARM的LCD觸摸屏上實現了實時顯示傳感器

數值功能，本系統電路簡單，使用方便，并且在此基礎上可以擴展其他用于測量的傳感器，只要為他們設計對應的硬件接入電路，就可以使用本文通用的AD驅動，提高效率。

參考文獻：

[1] 宋閩，朱乾坤，鄭建廷，等.基于嵌入式Linux的遠程數據采集系統[J].微計算機信息，2009，25（16）：110-111+121.

[2] 劉偉民，韓斌，李征.基于linux的數據采集及在QT界面的顯示[J].微計算機信息，2008（22）：97-99.

[3] 劉偉華，劉仁學.基于S3C2440與Linux的ARM9嵌入式系統的構建[J].冶金自動化，2008（S2）：409-411.

[4] 武杰.基于ARM9的嵌入式Linux移植[J].自動化技術與應用，2014（03）：47-49.

【通聯編輯：朱寶貴】