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基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

來源:網絡

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 電梯,彩屏顯示,系統設計

      作者:賴 江,李英祥,何 琪,蘇 凱

        近年來,隨著高層建筑數量的與日俱增,電梯的需求量也在增加。現階段我們廣泛使用的電梯都是基于LED點陣列的顯示系統,顯示狀態信息比較簡單,顯示方式比較單調。此外,現在的一些電梯里的廣告機,雖然改善了電梯轎內的乘坐環境,良好的廣告效果也給商家帶來了不小的經濟效益。但是這種顯示裝置沒有和電梯控制系統融為一體,只是單純的視頻播放而已。

      為了使顯示和電梯控制系統相融合,打造舒適的乘坐環境,針對現有的電梯系統提出一種由單片機完成不同廠商適配、由ARM/X86統一顯示的雙核處理方法。該方法中ARM/X86處理器專注于統一通用格式電梯狀態信息解碼、樓層圖片切換或視頻播放,從而提高整個系統的實時性與可靠性。針對不同廠商的電梯通信協議,只需要更改單片機的編解碼程序便可使整個系統重新工作。

      Raspberry Pi(中文名為“樹莓派”)是一款由英國的樹莓派基金會所開發,以低價硬件及自由軟件為學生計算機編程教育而設計的卡片式電腦。其配備一枚700 MHz博通出產的ARM架構BCM2835處理器,256 MB內存(B型已升級到512 MB內存)的微型電腦主板。Raspberry Pi以SD卡為內存硬盤,主板周圍有兩個USB接口和一個網口,可連接鍵盤、鼠標和網線,同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口。以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板上,具備所有PC的基本功能。其操作系統采用開源的Linux系統,比如Debian、Arch Linux,自帶的Iceweasel、KOffice等軟件能夠滿足基本的網絡瀏覽、文字處理以及計算機學習的需要。

      Qt是一個1991年由奇趣科技開發的跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架。Qt具有優良的跨平臺特性,Qt支持下列操作系統:Microsoft Windows 95/98、Microsoft Windows NT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、Digital UNIX(OSF/1、Tru64)、FreeBSD、BSD/OS,SCO、AIX、OS390、QNX等等。

      1、系統整體設計

      1.1 系統框架

      本系統的硬件部分主要由接口轉接板和顯示板組成,系統框圖如圖1所示。

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      1.2 子系統功能介紹

      1.2.1 接口轉接板

      接收RS-485/CAN總線上的電梯通信協議,并完成協議的解析;承載溫度傳感設備和掛在I2C總線上的時鐘電路,供顯示板讀取溫度和時間信息,完成用戶按鍵的檢測與編碼。

      1.2.2 顯示板

      接收接口轉接板譯碼后的電梯數據;讀取溫度和時間信息;實現界面應用程序。

      2、接口轉接板子系統設計

      接口轉接板子系統硬件主要包括ATmega8單片機、DS18B20溫度傳感器、PCF8563時鐘芯片、MAX485芯片等。其接口轉接板框圖如圖2所示。

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      電梯的通信協議有多種,本文以NICE3000通信協議為例實現本系統。

      2.1 NICE3000通信協議的通信設定

      通信方式:RS-485標準、異步、半雙工。

      數據格式:1位起始位、8位數據位、1位停止位、無校驗位。

      通信波特率:9 600 bps。

      通信地址定義:廣播地址為0,外接節點地址為1~31(外招板撥碼開關確定),地址同時也表示外招所在樓層;顯示板只是接收顯示,地址設定為0(撥碼),無需通信回復。

      數據校驗:采用兩位異或校驗。

      數據幀分類:共有兩種形式,其中廣播幀用于外招顯示內容的信息,不需要返回幀,另外還有一種是普通幀,主要完成主控制板與外招之間的控制信息交換。

      2.2 幀格式

      數據幀采用固定長度,5個字節,結構為幀頭、用戶數據、幀尾。

      幀頭:包括1個字節地址,即主控制板發送給外招的標識,從機(外招)根據幀頭判斷本機是否響應當前通信。如果地址是廣播地址,則從機接收信息,但是不用返回。

      用戶數據包括:數據2個字節,根據發送方向(主到從或是從到主)以及幀形式定義不同的用戶數據。

      幀尾:包括2個字節校驗數據,先發低位,后發高位。

      電梯系統接收到的數據幀不能直接顯示,需要根據數據幀格式,對數據進行校驗,然后解析,最后提取有用的數據給顯示系統進行顯示。本系統的操作如下:

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      3、顯示板子系統設計

      對于彩屏電梯顯示系統而言,液晶屏的顯示效果對客戶的影響是至關重要的。因此,應用層的程序開發相當重要。考慮到圖形界面控件的豐富程度、漂亮程度以及開源免費的持續升級等因素,選擇了QTE/Qt5圖形開發平臺。顯示板子系統的架構如圖3所示。

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      3.1 Qt的移植

      3.1.1 Qt的移植條件

      Qt for Embedded Linux是用于嵌入式Linux所支持設備的領先應用程序架構。Qt可以在任何支持Linux的平臺上運行,創建具有獨特用戶體驗的具備高效內存效率的設備和應用程序。Qt的移植需要滿足以下幾個基本條件:

      ①開發環境:Linux內核2.4或更高;GCC版本3.3或更高;用于MIPS,其GCC版本3.4或更高。

      ②占用存儲空間:存儲空間取決于配置,壓縮后為1.7~4.1 MB;未壓縮為3.6—9.0MB。

      ③硬件平臺:易于載入任何支持帶C++編譯器和幀緩沖器驅動Linux驅動的處理器;支持ARM、x86、MIPS、PowerPC。

      ④Raspberry Pi(B型)滿足以上條件,故可以進行Qt5的移植。

      3.1.2 Qt5的移植準備

      在做Qt5移植之前首先做以下移植準備:

      ①建立一個文件夾/home/opt來存放編譯所需的源碼和文件。

      ②下載Raspbian Wheezy鏡像,本文采用2012-07-15-wheezy-raspbian.img。

      ③下載工具鏈,本文采用gcc-4.7-linaro-rpi-gnueabihf。

      ④下載交叉編譯工具,本文采用cross-compile-tools。

      ⑤下載Qt5源碼。

      ⑥下載qtjsbackend庫的應用補丁。

      然后建立文件夾mnt/rasp-pi-rootfs,將Raspbian Wheezy鏡像掛載到此文件夾下,并進入Qt5源碼文件夾執行初始化代碼init-reposi tory。

      3.1.3 Qt5的編譯

      首先進入cross-compile-tools文件夾執行一個腳本fixQualifiedLibraryPaths來修改鏈接和庫路徑。

      然后編譯qtbase,配置如下:

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      當在鏡像中編譯安裝完所有的模塊之后,將其復制到SDcard。

      3.1.4 安裝Qt Creator

      從網站http://qt-project.org/wiki/Crcate#QtonPi_App_SDK上下載Qt Crcator安裝包,并在Linux系統下對其進行安裝配置。由于Qt5需要Qtcreator2.6.0以上的版本作為支持,本文采用2.6.1版本。

      3.2 外圍部件讀取程序

      本系統通過讀取掛在I2C總線上的實時時鐘芯片來獲取時間信息,通過溫度傳感設備獲取溫度信息。本文以讀取實時時鐘芯片的數據為例,操作如下:

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      這些設備的操作通過C代碼來實現,然后將其編譯成動態鏈接庫的形式,供界面應用程序調用。

      3.3 界面應用程序的實現

      圖形界面開發是Qt/Embedded開發的一個重點,本系統的界面結構包括樓層信息區域、運行方向區域、圖片顯示區域、溫度時間顯示區域、狀態顯示區域、本系統涉及到視圖的跳轉、數據的傳遞、控件的使用、布局和事件處理等等。其程序流程如圖4所示。

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      整個顯示界面通過MainWindow類實現,該類繼承自QmainWindow,而各顯示區域均通過繼承QWidget類來實現。如圖3所示,通過定時器1每隔30 ms調用Main-Window的槽函數checkLiftStstus()來獲取由C函數open_uart485(int data[])解析的串口數據。

      connect(timer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(checkLiftStatus()));//獲取電梯信息

      將解析后的信息傳遞給樓層信息區域,運行方向區域,狀態顯示區域分別進行顯示。

      indicatorDirection(data[0]); //方向信息

      indicatorState(data[1]); //狀態信息

      liftCurrentFloorNum(data[2]);//樓層信息

      圖片視頻顯示區域是在類ShowController中實現的,當系統需要顯示圖片時,該類調用ImageView類的對象負責圖片顯示;當系統需要顯示視頻時,該類調用PlayerWidget類的對象負責處理視頻播放。ImageView類和PlayerWidget類也是繼承自Qwidget。ImageView類負責獲取SD卡上的圖片實例,將其顯示在正確的位置,并通過定時器2實現圖片的切換。PlayerWidget類負責啟動MPlayer,并控制視頻顯示到正確的位置。

      溫度時間顯示區域是在TimeView類和temperatureView類中實現。TimeView類的成員函數getCurrentTime()通過調用動態鏈接庫的C函數getpcf8563Time(pcf8563_time*pTime)來讀取掛在I2C總線上的時鐘芯片的時鐘信息,并將其顯示在正確的區域上。

      temperatureView類主要用于顯示溫度數據,而真正獲取溫度數據的過程是在TemperatureHandler類中實現的。開辟一個新的線程,通過定時器3每隔500 ms在槽函數readData()中調用一次動態鏈接庫的C函數therm_dsl8b20(long*date)來讀取溫度傳感器的數據。

      temperatureThread=new QThread(this); //開辟新線程

      connect(temptimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(readData())); //讀取溫度

      4、系統調試結果

      根據模擬的NICE3000通信協議、外圍部件的操作及Qt5的圖形界面編程,實現了電梯彩屏顯示系統,其硬件設備圖和調試結果圖如圖5、圖6所示。

    基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統設計

      結語

      本文對基于Raspberry Pi并利用Qt5編程來實現的電梯彩屏顯示系統進行了闡述。首先介紹了整個系統的構架;接著在接口轉接板子系統中介紹了NICE3000通信協議,并對其進行解析;然后在顯示板子系統中介紹了外圍部件的操作,以讀取實時時鐘芯片的數據為例;最后根據解析、讀取的數據利用Qt5編程實現了電梯彩屏顯示系統。本文對傳統的LED點陣列電梯顯示系統提供了有效的改進方法,改變了其單調的顯示方式,成本低廉,更具商業價值。

     

    (審核編輯: 小王子)

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