基于樹(shù)莓派平臺的電梯彩屏顯示系統設計

　　摘要：本文針對多媒體彩屏電梯顯示的需求，在ARM內核樹(shù)莓派平臺和單片機接口板雙處理器架構的硬件支持下，利用485/CAN總線(xiàn)傳輸技術(shù)、Linux應用編程、Qt5用戶(hù)界面編程，提出并實(shí)現了一種雙處理器架構的電梯彩屏顯示系統。此彩屏顯示系統與傳統顯示系統相比，界面更美觀(guān)，功能更豐富，且具有低成本、高穩定性等特點(diǎn)。實(shí)際測試結果表明，此電梯彩屏顯示系統設計的可行性和有效性。

　　引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)高層建筑數量的與日俱增，電梯的需求量也在增加?，F階段我們廣泛使用的電梯都是基于LED點(diǎn)陣列的顯示系統，顯示狀態(tài)信息比較簡(jiǎn)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(huán)境，良好的廣告效果也給商家帶來(lái)了不小的經(jīng)濟效益。但是這種顯示裝置沒(méi)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(huán)境，針對現有的電梯系統提出一種由單片機完成不同廠(chǎng)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(zhuān)注于統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(gè)系統的實(shí)時(shí)性與可靠性。針對不同廠(chǎng)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(gè)系統重新工作。

　　Raspberry Pi(中文名為“樹(shù)莓派”)是一款由英國的樹(shù)莓派基金會(huì )所開(kāi)發(fā)，以低價(jià)硬件及自由軟件為學(xué)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(chǎn)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(pán)，主板周?chē)袃蓚€(gè)USB接口和一個(gè)網(wǎng)口，可連接鍵盤(pán)、鼠標和網(wǎng)線(xiàn)，同時(shí)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(kāi)源的Linux系統，比如Debian、Arch Linux，自帶的Iceweasel、KOffice等軟件能夠滿(mǎn)足基本的網(wǎng)絡(luò )瀏覽、文字處理以及計算機學(xué)習的需要。

　　Qt是一個(gè)1991年由奇趣科技開(kāi)發(fā)的跨平臺C++圖形用戶(hù)界面應用程序開(kāi)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：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。

　　1.2 子系統功能介紹

　　1.2.1 接口轉接板

　　接收RS-485/CAN總線(xiàn)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(xiàn)上的時(shí)鐘電路，供顯示板讀取溫度和時(shí)間信息，完成用戶(hù)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(shí)間信息;實(shí)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(shí)鐘芯片、MAX485芯片等。其接口轉接板框圖如圖2所示。

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

　　2.1 NICE3000通信協(xié)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(wú)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(diǎn)地址為1～31(外招板撥碼開(kāi)關(guān)確定)，地址同時(shí)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(wú)需通信回復。

　　數據校驗：采用兩位異或校驗。

　　數據幀分類(lèi)：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(cháng)度，5個(gè)字節，結構為幀頭、用戶(hù)數據、幀尾。

　　幀頭：包括1個(gè)字節地址，即主控制板發(fā)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(hù)數據包括：數據2個(gè)字節，根據發(fā)送方向(主到從或是從到主)以及幀形式定義不同的用戶(hù)數據。

　　幀尾：包括2個(gè)字節校驗數據，先發(fā)低位，后發(fā)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(jìn)行校驗，然后解析，最后提取有用的數據給顯示系統進(jìn)行顯示。本系統的操作如下：

　　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(hù)的影響是至關(guān)重要的。因此，應用層的程序開(kāi)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(kāi)源免費的持續升級等因素，選擇了QTE/Qt5圖形開(kāi)發(fā)平臺。顯示板子系統的架構如圖3所示。

　　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(lǐng)先應用程序架構。Qt可以在任何支持Linux的平臺上運行，創(chuàng )建具有獨特用戶(hù)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(mǎn)足以下幾個(gè)基本條件：

linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）