基于Raspberry Pi的電梯彩屏顯示系統(tǒng)設計-技術方案

精品文檔-下載后可編輯基于RaspberryPi的電梯彩屏顯示系統(tǒng)設計-技術方案近年來，隨著高層建筑數(shù)量的與日俱增，電梯的需求量也在增加?，F(xiàn)階段我們廣泛使用的電梯都是基于LED點陣列的顯示系統(tǒng)，顯示狀態(tài)信息比較簡單，顯示方式比較單調(diào)。此外，現(xiàn)在的一些電梯里的廣告機，雖然改善了電梯轎內(nèi)的乘坐環(huán)境，良好的廣告效果也給商家?guī)砹瞬恍〉慕?jīng)濟效益。但是這種顯示裝置沒有和電梯控制系統(tǒng)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(tǒng)相融合，打造舒適的乘坐環(huán)境，針對現(xiàn)有的電梯系統(tǒng)提出一種由單片機完成不同廠商適配、由ARM/X86統(tǒng)一顯示的雙核處理方法。該方法中ARM/X86處理器專注于統(tǒng)一通用格式電梯狀態(tài)信息解碼、樓層圖片切換或視頻播放，從而提高整個系統(tǒng)的實時性與可靠性。針對不同廠商的電梯通信協(xié)議，只需要更改單片機的編解碼程序便可使整個系統(tǒng)重新工作。

RaspberryPi（中文名為“樹莓派”）是一款由英國的樹莓派基金會所開發(fā)，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700MHz博通出產(chǎn)的ARM架構BCM2835處理器，256MB內(nèi)存（B型已升級到512MB內(nèi)存）的微型電腦主板。RaspberryPi以SD卡為內(nèi)存硬盤，主板周圍有兩個USB接口和一個網(wǎng)口，可連接鍵盤、鼠標和網(wǎng)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(tǒng)采用開源的Linux系統(tǒng)，比如Debian、ArchLinux,自帶的Iceweasel、KOffice等軟件能夠滿足基本的網(wǎng)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(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發(fā)框架。Qt具有優(yōu)良的跨平臺特性，Qt支持下列操作系統(tǒng)：MicrosoftWindows95/98、MicrosoftWindowsNT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、DigitalUNIX（OSF/1、Tru64）、FreeBSD、BSD/OS,SCO、AIX、OS390、QNX等等。

1系統(tǒng)整體設計

1.1系統(tǒng)框架

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

圖1系統(tǒng)框圖

1.2子系統(tǒng)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(xié)議，并完成協(xié)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(shù)據(jù)；讀取溫度和時間信息；實現(xiàn)界面應用程序。

2接口轉接板子系統(tǒng)設計

接口轉接板子系統(tǒng)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。

圖2接口轉接板框圖

電梯的通信協(xié)議有多種，本文以NICE3000通信協(xié)議為例實現(xiàn)本系統(tǒng)。

2.1NICE3000通信協(xié)議的通信設定

通信方式：RS-485標準、異步、半雙工。

數(shù)據(jù)格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位。

通信波特率：9600bps。

通信地址定義：廣播地址為0,外接節(jié)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(shù)據(jù)校驗：采用兩位異或校驗。

數(shù)據(jù)幀分類：共有兩種形式，其中廣播幀用于外招顯示內(nèi)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(shù)據(jù)幀采用固定長度，5個字節(jié)，結構為幀頭、用戶數(shù)據(jù)、幀尾。

幀頭：包括1個字節(jié)地址，即主控制板發(fā)送給外招的標識，從機（外招）根據(jù)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(shù)據(jù)包括：數(shù)據(jù)2個字節(jié)，根據(jù)發(fā)送方向（主到從或是從到主）以及幀形式定義不同的用戶數(shù)據(jù)。

幀尾：包括2個字節(jié)校驗數(shù)據(jù)，先發(fā)低位，后發(fā)高位。

電梯系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)幀不能直接顯示，需要根據(jù)數(shù)據(jù)幀格式，對數(shù)據(jù)進行校驗，然后解析，提取有用的數(shù)據(jù)給顯示系統(tǒng)進行顯示。本系統(tǒng)的操作如下：

3顯示板子系統(tǒng)設計

對于彩屏電梯顯示系統(tǒng)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(fā)相當重要?？紤]到圖形界面控件的豐富程度、漂亮程度以及開源的持續(xù)升級等因素，選擇了QTE/Qt5圖形開發(fā)平臺。顯示板子系統(tǒng)的架構如圖3所示。

圖3子系統(tǒng)的架構圖

3.1Qt的移植

3.1.1Qt的移植條件

QtforEmbeddedLinux是用于嵌入式Linux所支持設備的應用程序架構。Qt可以在任何支持Linux的平臺上運行，創(chuàng)建具有獨特用戶體驗的具備高效內(nèi)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(fā)環(huán)境：Linux內(nèi)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1.7~4.1MB;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(qū)動Linux驅(qū)動的處理器；支持ARM、x86、MIPS、PowerPC。

④RaspberryPi（B型）滿足以上條件，故可以進行Qt5的移植。

3.1.2Qt5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。

②RaspbianWheezy鏡像，本文采用2022-07-15-wheezy-raspbian.img。

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

④交叉編譯工具，本文采用cross-compile-tools。

⑤Qt5源碼。

⑥qtjsbackend庫的應用補丁。

然后建立文件夾mnt/rasp-pi-rootfs,將RaspbianWheezy鏡像掛載到此文件夾下，并進入Qt5源碼文件夾執(zhí)行初始化代碼init-repository。

3.1.3Qt5的編譯

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

然后編譯qtbase，配置如下：

接著再編譯其他模塊如qtimageformats、qtsvg、qtjsbackend、qtseript、qtxmlpatterns、qtdeelarative、qtsensors、qt3d、qtgraphica1effects、qtjsondb、qtlocation、qtdocgallery等。

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QtCreator

從網(wǎng)站/wiki/Crcate#QtonPi_App_SDK上QtCrcator安裝包，并在Linux系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)為例，操作如下：

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

3.3界面應用程序的實現(xiàn)

圖形界面開發(fā)是Qt/Embedded開發(fā)的一個重點，本系統(tǒng)的界面結構包括樓層信息區(qū)域、運行方向區(qū)域、圖片顯示區(qū)域、溫度時間顯示區(qū)域、狀態(tài)顯示區(qū)域、本系統(tǒng)涉及到視圖的跳轉、數(shù)據(jù)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。

圖4程序流程圖

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

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(qū)域，運行方向區(qū)域，狀態(tài)顯示區(qū)域分別進行顯示。

indicatorDirection（data[0]）；//方向信息

indicatorState（data[1]）；//狀態(tài)信息

liftCurrentFloorNum（data[2]）；//樓層信息

圖片視頻顯示區(qū)域是在類ShowController中實現(xiàn)的，當系統(tǒng)需要顯示圖片時，該類調(diào)用ImageView類的對象負責圖片顯示；當系統(tǒng)需要顯示視頻時，該類調(diào)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(xiàn)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(qū)域是在TimeView類和temperatureView類中實現(xiàn)。TimeView類的成員函數(shù)getCurrentTime（）通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫的C函數(shù)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(qū)域上。

temperatureView類主要用于顯示溫度數(shù)據(jù)，而真正獲取溫度數(shù)據(jù)的過程是在TemperatureHandler類中實現(xiàn)的。開辟一個新的線程，通過定時器3每隔500ms在槽函數(shù)readData（）中調(diào)用動態(tài)鏈接庫的C函數(shù)therm_dsl8b20（long*date）來讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)。

temperatureThread=newQThread（this）；//開辟新線程

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

4系統(tǒng)調(diào)試結果

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

圖