基于QT/E串口通信的手持监控器

摘 要： 为实现基于嵌入式Linux系统的ARM11手持监控器与下位机之间的串口通信，在基于ARM1176JZF?S核的ARM11开发板上移植Linux操作系统，搭建嵌入式QT应用平台。利用QT可视化的图形界面及丰富的图形库，设计并制作手持监控器图形界面。根据Linux下串口通信的应用层协议，最终实现了下位机的运动状态数据在QT界面上的实时显示。该方法简单、可靠、便于实际工程应用，解除了PC机对下位机进行远程数据监控携带不方便的问题。由于Linux系统和QT都有较强的可移植性，该方法在远程手持监控设备中将有广泛的应用前景。

关键词： 嵌入式； Linux； 手持监控器； QT； 串口通信

中图分类号： TN919?34； TP393.04 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）20?0110?03

0 引 言

近年来，随着电子、材料、计算机等一些高新技术的出现，水下机器人的研制有了迅猛的发展，已经出现海底实验、考察、施工、打捞与救助等多种用途与类型的水下机器人[1]。本课题来源于国家“863计划”——核反应堆专用机器人技术与应用。因为核电站反应堆水池特殊复杂的环境，必须要对核电站的水下机器人进行远程监控。目前国内外已经有多种对水下机器人监控的岸上控制箱，但大都体积庞大，不方便携带。本文的目标是设计制作一个手持式监控器，可以方便的携带，并能够显示出水下机器人的各个运动状态参数。

Linux操作系统，具有免费、安全、可靠、运行稳定等特点，具有跨平台的特性，移植性非常好，并且它开放源代码的优点使得系统成本非常低[1]，适合于向ARM11开发板上移植。配以具有跨平台特性并含有丰富图形库的QT软件，使得本手持式远程监控器的设计简单，成本低廉，非常适合于工业应用[1]。

1 硬件平台的选择及系统移植

1.1 核心处理器的选择

因为需要实时的显示水下机器人的运动状态信息，所以选用ARM（Advanced RISC Machines）处理器核心板来实现功能。ARM处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能的优点，非常适合用于嵌入式手持设备。基于ARM1176JZF?S核来设计的ARM11处理器具有丰富的接口、较高的处理速度，同时能扩展出各种总线接口，包括数据总线、地址总线和控制总线，以及串口、USB接口、以太网接口等，可以方便的与其他模块进行连接[1]，可以非常轻松的满足我们手控器对QT串口通信的需求，如图1所示。

1.2 操作系统的移植与交叉编译器的安装

1.2.1 Linux操作系统的移植

Linux操作系统是跨平台、开放源代码的，并且内核小、可剪裁、功耗低、功能易扩展，开发及运行效率高，因此我们在ARM11开发板上移植了版本号为2.6.38的嵌入式Linux操作系统[1]。

1.2.2 交叉编译器的安装

为了使宿主机上程序能够顺利的在目标机上运行，需要对开发板安装交叉编译工具链。在此安装的交叉编译器版本为Arm?Linux?Gcc4.5.1，它默认采用armv6指令集，支持硬浮点运算。安装好交叉编译器后，在宿主机PC电脑上编写的程序可以顺利的在目标机开发板上运行，这为后续工作搭建好了平台。

2 QT软件介绍及其移植

2.1 QT软件简介

QT是一个跨平台的C++图形用户界面库，由挪威TrollTech公司1995年出品，QT具有优秀的跨平台特性，相同的代码可以在任何支持的平台上编译与运行，而不需要修改源代码。同时，QT具有良好的封装机制，模块化程度非常高，可重用性较好，其独特的信号/槽机制，使得各个元件之间的协同工作非常简单[1]。而QT/Embedded是专门面向嵌入式系统的QT版本，专门为小型设备提供了图形用户界面的应用框架和窗口系统，具有极好的跨平台特性，非常适合于手持监控器的开发。QT/Embedded的实现机构如下[1]。

2.2 QT到开发板的移植

本文的目的是在嵌入式硬件平台ARM11上实现QT/E的图形用户界面，来实现读取下位机传来的串口数据。所以首先需要在PC机上安装好QT并交叉编译成为针对arm平台的embedded版本[1]，并将其移植到ARM11开发板上，至此，在PC机Linux系统上编写的QT运行程序，便可以在开发板上运行了，在此安装的QT版本为4.7，如图2所示。

3 串口通信的实现

3.1 Linux下串口通信的原理

因为在QT中没有特定的串口控制类，所以在此引用一个由第三方编写的qextSerialPort类来实现串口通信。该类包含2个类，QextSerialBase类和Posix_QextSerialPort类，这两个类的关系图如图3所示。

可以看到，两个类都是继承自QT软件自带的QIODevice类，所以该类中的一些函数可以直接调用。其中，类QextSerialBase继承自QIODevice类，它提供了操作串口所必需的一些变量和函数等，而Posix_QextSerialPort继承自QextSerialBase，Posix_QextSerialPort类添加了Linux平台下操作串口的一些功能。

在QextSerialBase类中涉及到了一个枚举变量QueryMode，它包括两个值，一个是事件驱动方式EventDriven，另一个是查询方式Polling。在事件驱动方式中，串口的读写是异步的，不会冻结调用线程。而查询方式读写函数是同步执行的，信号不能工作在这种模式下，而且有些功能也无法实现，但是这种模式下开销较小，我们可以自己建立定时器来读取串口的数据，并显示在QT的图形用户界面上。本文介绍的就是用Polling方式来进行串口通信，因为手持监控器只需要显示下位机的运动状态参数，所以只需要读取下位机发来的数据即可。

3.2 Polling方式串口通信的实现过程

因为查询方式进行串口通信需要设置一个定时器，并通过QT特有的信号/槽机制，将定时器超时信号与槽函数关联，每到定时器设定的值后就读取一次串口的数据，实现串口通信的流程图如图4所示。

3.3 串口通信在ARM11开发板上的实现

在熟知QT下串口通信的原理后[1]，在QT软件中建立工程，通过调用QextSerialBase和Posix_QextSerialPort两个类，利用textbrowser和label来实现QT界面的编写[1]，在PC机上模拟运行成功后，对该程序进行交叉编译，生成了能够在ARM11开发板上运行的可执行程序，并将其烧写到开发板上，通过命令终端运行，使其成为?qws（服务器程序），并进行实际测利用下位机水下机器人对手持监控器发送数据，显示效果如图5所示。至此，手持监控器图形界面就设计完成了，也可根据自己需要接受并显示的参数来设计图形用户界面，以达到最大的美观效果。

4 结 语

文章介绍了一种新颖的远程手持监控器制作方法。以ARM?Linux嵌入式系统为基本平台，利用同样具有跨平台特性的QT软件来实现界面的设计与数据的读取。该方法简单，可靠，易学，并且成本低廉，可以快速的绘制漂亮的图形界面，为以后手持式的远程监控设备奠定了基础，可以摆脱大型监控设备携带不方便的束缚。由于开源的Linux系统和QT软件都具有较强的可移植性，该方法在远程手持监控设备中将会有更广泛的应用前景。

参考文献

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