Qt_Embedded及嵌入式Linux在智能监控系统控制中的应用

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引言
以 8 位单片机等微控制器为核心的嵌入式系统早己广泛
有无外物入侵。 由微处理器采集数据并使用 TCP / IP 或串口 等方式传送给监控中心处理 。
但这些应用大多数还处在单机使用的嵌入 应用在各个领域， 式低层阶段。将高性能 32 位微处理器及嵌入式 Linux 系统、 Qt / Embdded 嵌入式 GUI 应用到实际工业控制场合具有一定 的可行性和前瞻性。 目前国内高等院校的实验室管理方式存在实时性差 、 成 本高、 精度低、 无法判定实验室环境是否符合人体的健康指标 等问题， 有必要开发针对实验室环境的智能监控系统实现对 实验室的安全预警、 远程控制、 实时监控等功能。本文重点研 究智能实验室监控系统中基于 Qt / Embedded 的 GUI 应用程 序和 Linux 设备驱动程序开发过程及应用疑难点 。
290 触摸液晶显示器
计算机应用 ARM 前端机配备了触摸屏显示器， 在
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还包括应用程序的初始化和 源文件的事件进行处理和调度， 结束。 2 ） 创建组件。 用 designer 快速生成相关组件， 并且调整大小和位置， 包 括显示实验室当前温度 、 湿度、 二氧化碳浓度及有害气体（ 比 并可以显示红外是否开启等情况 。 然后 如酒精） 浓度情况， 定义信号和槽函数， 保存生成． ui 文件， 最终设计的智能实验 室管理系统的 GUI 如图 3 所示。
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系统拓扑结构
摄像头
图1
系统基本硬件架构
本实验室智能监控系统总体架构分成三个层次， 由低到 PC 智能监控中心和远 高分别是： ARM 前端机及其外围设备、 程客户终端。 1 ） 嵌入式前端机采用三星公司的 S3C2440 ARM 微处理 性能主频均适合实时视频图像的采集和处 器作为主控制器， ［ 1］ 理应 用 。 系 统 硬 件 架 构 见 图 1 。 主 控 制 器 采 用 嵌 入 式 Linux 操作系统管理以下四类设备 。 HSll01 湿度传 传感器网络 包括 DS18B20 温度传感器、 TGS822 酒 精 传 感 器、 E200B 热 释 电 红 外 线 传 感 器、 感器、 TGS4161 二氧化碳传感器等各种环境监测传感器， 这些传感 湿度、 二氧化碳等气体浓度以及 器自动监测实验室内的温度 、
目前的安保监控系统， 基本都是采用 PC 机加
摄像头的方式， 成本高， 实施麻烦。本系统采用嵌入式主机连 接摄像头， 对实验室的环境进行实时图像采集以及图片拍摄， 图片用经图像处理用异常目标监测算法可判断非法入侵事 件， 与红外探测器配合使用形成功能互补， 方便快捷的实现安 防功能。 电器设备开关 控制实验室的各种电气设备开启或关 闭， 当实验室环境数据出现异常， 比如温度过高则切断大型用 电设备电源， 开启空调降温； 当有非法入侵时鸣响报警器通知 实验管理员等； 用户也可以通过 SMS / MMS 或无线网络方式 实现对实验室设备的远程控制 。
static struct file_operations s3c2440_18b20_fops = ． owner = THIS_MODULE， ． read = s3c2440_18b20_read， ;
然后更换编译器重新编译出适合在 arm 开发板上面 真运行 。 运行的版本。最终在嵌入式前端机上运行效果如图 5 。
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智能监控系统 GUI 及设备驱动设计
嵌入式系统的 GUI 设计与传统的数据运算类软件的 GUI
图3 系统界面组件
有所不同， 后者的事件处理往往是响应鼠标或键盘事件完成 前者更多的是触摸屏及各种外部设备响应事件 。 特定计算， 而且嵌入式系统的资源受限， 因此消耗内存比较大， 占用 CPU 时间较多的传统 PC 机上的 GUI 设计模式不适合嵌入式系 统。本文研究的智能实验室监控系统采用嵌入式 Linux 下的 Qt / Embedded 作为其 GUI 开发平台， 能充分满足嵌入式系统 的资源及事件响应条件 。
［ 3］
。各类传感器事件处理流程图如图 4 所示。
图2
Qt / Embedded 应用程序开发架构
C 混合 由于 QT 采用 C ++ 语言， 所以可以直接与 Linux编程， 头文件既有 QT 的 API 库， 又有 Linux 系统调用的相关 库， 将 Linux 系统调用部分编写出槽函数， 可以响应特定的信 C 的结合。 号， 从而实现 Qt / Embedded 和 Linux当然要实现对特定设备文件的读写， 必须有该设备对应 的驱动， 提供读写操作的接口函数， 因此要完成传感器、 摄像 头等外围扩展设备的驱动编写 、 配置和修改。 智能实验室监控系统用 QT 完成 GUI 界面， 实现对各种 传感器数据的图形化显示 。本文重点就各类传感器 Linux 驱 动及 qtopia 应用程序的设计进行阐述 。 1 ） 初始化。 在 Qt 应用程序中， 首先在 main． cpp 中创建 QApplication 对象， 负责图像用户界面应用程序的控制流和主设置 。 类似 的， 在 Qtopia 中创建 QPEApplication， 对所有来自系统和其他
杨 柳， 岳 坤， 庞和明， 姜琳颖
（ 东北大学 软件学院， 沈阳 110819 ） ( yangliuneu@ qq． com)
摘 要： 主要介绍了基于 S3C2440 ARM 微处理器的实验室环境监控系统的设计方案， 结合项目实例重点研究了 智能监控系统中基于 Qt / Embedded 的图形用户界面（ GUI） 应用程序和各类传感器 Linux 驱动程序开发过程及应用疑 C 系统驱动编程的结合。 难点， 实现 Qt / Embedded 与 Linux关键词： 嵌入式 Linux； Qt / Embedded； S3C2440 ARM 处理器； 智能监控系统 中图分类号： TP311 ； TP273 文献标志码： A
图4 各类传感器事件处理流程
首先声明 QTimer timer 对 象， 然后在构造函数中调用 start（ ） 方法， 指定超时时限， 当发生超时事件时自动调用各类 传感器数据显示更新函数 handleSensor（ ） 。
void ILMS: : ILMS( ) connect( ＆timer， SIGNAL( timeout( ) ) ， this， SLOT( handleSensor () ) ); timer． start( 180* 1000) ; / / 构造函数其他组件定义等部分未列出
第 30 卷增刊 1 2010 年 6 月 文章编号： 1001 － 9081 （ 2010 ） S1 － 0289 － 03
计算机应用 Journal of Computer Applications
Vol． 30 Suppl． 1 June 2010
Qt / Embedded 及嵌入式 Linux 在智能监控系统控制中的应用
Applided Linux in intelligent monitoring system
YANG Liu， YUE Kun， PANG Heming， JIANG Linying
( College of Software， Northeastern University，Shenyang Liaoning 110819 ， China)
2］ Qt / Embedded 应用程序开发架构 ［ 如图 2 所示。
3 ） 事件处理。 首先要在前端机嵌入式 Linux 操作系统内核中动态加载 已编译好的传感器、 摄像头等设备驱动模块， 提供对 Linux 设 备文件进行初始化及读写等操作的接口函数， 以便在嵌入式 GUI 中完成基于时间及按键的事件处理 。 对于各种传感器采集数据的显示， 可以调用 QTimer 函数 来实现每隔恒定时间自动更新嵌入式 GUI 界面上的环境监 测值
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杨柳等： Qt / Embedded 及嵌入式 Linux 在智能监控系统控制中的应用
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handleSensor （ ） 将更新当前传感器环境监测值， 这需要 调用传感器的驱动接口函数完成 。 4 ） Linux 传感器驱动设计。 各类传感器因工作原理的不同， 都有其特定的设备驱动 程序。这里以数字温度传感器为例阐述 Linux 传感器设备驱 动设计。handleTemperatur（ ） 函数中主要用到了数字温度传 感器的驱动函数 read， 这个函数由 BYTE DS18b20 _read_byte （ void） 函数重命名而得。
嵌入式 Linux 系统下用 QT 开发了友好的 GUI 界面， 可以提供 实验室环境参数的现场查询设置功能 。 2 ） 中层的监控主机是一台具有固定 IP 的计算机， 通过以 太网卡连入 Internet。监控中心通过监控软件， 实时掌握各个 以进行数据统计和分析并对发生的情况做 被监控点的情况， 出反应和处理。它可以非常直观地监控每一个实验室的环境 状况。可以存储并图形化显示实验室的温度值 、 湿度值、 二氧 化碳浓度值等状态信息 。可以进行栓值设定， 数据匹配分析， 时刻监视温湿度等状态信息以及通过摄像头采集的实时图像 是否处于正常情况， 在出现异常时发出警告 。 3 ） 远程监控终端包括手机 、 固定电话、 普通 PC 或移动 PC PSTN 及 TCP / IP 与监控中心相连。 等， 它们通过 GSM 网络、 管理员通过任何远程终端都可以登录监控中心主机， 操作监 控软件， 查看监控中心数据， 查看实验室的环境状况 。
收稿日期： 2009 － 11 － 23 ； 修回日期： 2010 － 01 － 26 。 基金项目： 国家教育部大学生创新性实验资助项目（ 090164 ） 。 作者简介： 杨柳（ 1989 － ） ， 男， 湖北荆州人， 主要研究方向： 嵌入式系统； 岳坤（ 1989 － ） ， 男， 河南新乡人， 主要研究方向： 嵌入式系统、 传感 器技术； 庞和明（ 1987 － ） ， 男， 广西榆林人， 主要研究方向： 嵌入式系统、 视频压缩技术； 姜琳颖（ 1972 － ） ， 女， 辽宁沈阳人， 副教授， 硕士， 主 要研究方向： 嵌入式系统、 网络通信。