基于Qt/Embedded的水務數據監測系統

摘 ?；要： 為了有效降低水務數據監測的成本，提高水務數據監測系統的實時性、可控性和可預警性，提出一種基于Qt/Embedded的水務數據監測系統的實現方法，并對系統的軟、硬件設計進行了詳細闡述。以嵌入式Linux為操作系統，以ARM開發板作為核心板，集成無線和有線多種數據傳輸接口來采集水表數據，采集的數據匯總到核心板后，經后臺統計分析，再在基于Qt/Embedded的水平衡框圖界面上實時顯示出來。測試結果顯示，該系統各模塊工作正常，滿足了用戶的需求。

關鍵詞： ARM； 嵌入式Linux； Qt/Embedded； 水平衡

中圖分類號：TP368.2 ?； ?； ?； ?； ?；文獻標志碼：A ?； ?； 文章編號：1006-8228（2014）12-22-02

Design of meter data monitoring system based on Qt/Embedded

Lu Aihong

（IT Department， Suzhou Institute of Trade &； Commerce， Suzhou， Jiangsu 215009， China）

Abstract： In order to reduce the cost of meter data monitoring system and improve the functions of the real-time monitoring， control ability and early warning， a kind of realization method of meter data monitoring system based on Qt/Embeddedis put forward.The software and hardware design idea are introduced concretely. The system uses embedded Linux as its operating system and ARM development board as its core board.The core board is integrated with wireless and wired interfaces to record meter data.The meter data will be transformed to the core board. After statistical analysis，it will be displayed on the water balance block diagram in the UI interface based on Qt/Embedded.The experimental result shows that the module can satisfy the design requirements.

Key words： ARM； embedded Linux； Qt/Embedded； water balance

0 引言

企業是城市用水大戶，特別是制造型企業，一般會被要求裝上一級、二級等多達數百個水表，并要求每年進行水平衡分析，生成水平衡報表，所以抄表人員必須每天將企業的數百個水表數據抄錄下來，記載在冊，才能根據真實的數據生成水平衡年份報表，這對人力是極大的浪費。本系統針對這一現實問題，提出一種基于Qt/Embedded的水務數據智能統計分析系統，系統通過RS485、網口、GPRS無線傳輸等多種類型接口，每天定時將數百個水表的數據采集到ARM核心板，并保存到數據庫。在Linux嵌入式平臺顯示屏上部署與應用場景匹配的水平衡框圖，并顯示實時采集的水表數據，后臺對水平衡數據進行分析，對漏水線路提出警示信息。本系統方案適用于嵌入式設備，大大降低了水務統計分析系統的硬件成本，同時該系統的應用也大大降低了抄表的人力成本。

1 系統要求與整體設計

對于水務數據監測，需要設計出一款便攜式的監測系統，集成RS485接口、GPRS無線接收器、以太網聯網等多種接口，以適應市面上水表的各種數據傳輸方式，系統定時采集各級水表的數據，保存到本地數據庫。系統需要提供基于Qt/Embedded的友好的UI界面支持，能夠根據企業內部實際水表分布繪制相應的水平衡框圖，并將實時采集的水表數據在水平衡框圖上顯示出來。UI界面提供框圖繪制、框圖顯示、系統配置等子界面。系統需要提供SQLite數據庫支持，以保存各級水表的數據信息，便于后臺程序的統計和分析。

系統設計框圖如圖1所示[3]。

[7寸

LCD顯示器][LCD

接口＼&；][RTC

時鐘模塊][網口

eth0][串口

UART0][USB

接口][網口

eth1][RS485

接口] [水務數據監測系統][Ubuntu

虛擬機] [RS485

水表采集器] [GPRS

模塊][ModBus

水表采集器] [GPRS

水表采集器]

圖1 ?；系統邏輯框圖

2 硬件設計

在選擇硬件平臺時，從以下幾個方面綜合考慮：硬件接口上支持多種數據傳輸接口的接入；顯示屏的選擇要考慮到支持復雜水平衡框圖的顯示，對顯示屏的尺寸和精度都有很高的要求。根據硬件的需求，我們選用以S3C2440為CPU的ARM開發平臺，配以7寸液晶顯示屏，既能夠支持種類豐富的接口，也能基本滿足顯示要求。

操作系統選用嵌入式Linux，能根據用戶需求進行裁剪，簡化對各種通信接口的硬件驅動配置要求。搭建Linux開發環境時，交叉編譯的虛擬機開發環境是Ubuntu10.10版本，交叉編譯工具是arm-linux-4.3.2版本。S3C2440開發板的Linux內核版本是linux2.6.30.4，需要根據硬件接口和器件如LCD顯示屏、UART串口、eth0網口、USB等接口的原理圖，按需對Linux2.6.30.4內核進行裁剪。

3 軟件設計

在選擇軟件平臺時[2]，考慮到整個系統的復雜的界面設計需求，以及對SQLite輕巧數據庫的支持，選用基于Qt4.7類庫的QT嵌入式界面，能友好地支持Linux平臺，并提供豐富的復雜的界面設計效果。在基于Qt4.7類庫的Qt/Embedded環境下進行UI設計，首先需要在Linux的文件系統下，部署Qt/Embedded環境；然后在虛擬機開發環境Ubuntu10.10中調用Qt Creator軟件進行UI界面的設計和仿真；最后下載到ARM開發板中，并在7寸顯示屏上正常顯示，界面同時能夠實現與用戶的交互操作。

3.1 QT軟件開發環境

QT是一個跨平臺的C++類庫，在Linux下使用操作系統原生的C++編譯器g++，QT的一大特色是帶了大量的配套開發工具，如用于繪制窗口的QTDesigner。QT界面設計程序在各個平臺上是一樣的，只是跨平臺時需要加上各個平臺的庫重新編譯生成可執行文件。QT目前已經發展到第三代，是通過升級類庫來更新發展，目前最高版本的類庫是Qt4.7。QT平臺主要是面向嵌入式界面設計的，QT界面程序不是一個桌面系統，而是可以直接運行在嵌入式環境下的程序。

QT界面程序的設計環境是Qt Creator，這是QT的集成開發環境（IDE），用于開發源代碼、編譯鏈接源代碼、調試源代碼，大大簡化了設計環境的配置。Qt Creator環境配置成交叉編譯的環境之后，用Qt Creator設計出的界面可執行文件能夠在S3C2440開發板上運行。

3.2 在ARM開發板的文件系統中配置QT嵌入式運行環境[4]

配置QT嵌入式運行環境，需要對S3C2440開發板的文件系統進行修改。

⑴ 用arm-linux-4.3.2交叉編譯工具編譯生成Qt4.7類庫，添加到ARM開發板的文件系統中/opt文件夾。

⑵ 用arm-linux-4.3.2交叉編譯生成ts觸摸屏校準庫tslib，添加到文件系統的/usr/local目錄下。

⑶ 修改/etc/profile配置文件，配置文件主要用于指定環境變量的具體路徑，其中QTDIR是Qt4.7類庫路徑，QWS_MOUSE_PROTO用于指明觸摸屏或鼠標的設備名，具體配置腳本如下：

export set QTDIR=/opt/Qt4.7

export set TSLIB_TSDEVICE=/dev/event1

export set QWS_MOUSE_PROTO="TSLIB：/dev/event1

USB：/dev/mouse0"

3.3 人機界面設計

水務數據監測系統的人機界面是多級界面。主界面提供框圖顯示、系統設置、框圖繪制三個子界面給用戶選擇。

框圖繪制界面，針對不同企業復雜的水平衡環境，能夠根據實際環境的要求進行個性化定制水平衡框圖。繪制界面提供直線、方框、按鈕、Label等多種繪圖元素，用戶可以根據本企業水平衡框圖的要求，在ARM開發板上直接繪制相應的框圖，并可以設置框圖中水管對應的水表地址、水管的進水出水屬性、多層水平衡框圖的級聯關系等。繪制完成框圖后，繪制界面提供保存功能，將用戶定制的框圖以圖元的形式保存到本地數據庫，在下次啟動開發板時，系統自動調用圖元，將水平衡框圖顯示出來。

框圖顯示界面是主要的功能界面，分為前臺、后臺兩部分程序。系統后臺從RS485、GPRS接口、網口等多種接口定時獲取水表讀數并保存到數據庫。系統前臺在單板啟動時，根據數據庫中保存的框圖圖元信息，顯示出水平衡框圖。根據廠區的水表級別，水平衡圖可以分成一級、二級等不同級別，不同級別的水平衡圖可以通過界面的按鍵跳轉和返回。水平衡圖中進水管線為綠色、出水管線為藍色。系統前臺讀取數據庫中各個水表的讀數信息，并在框圖中相應的水表位置將水表讀數顯示出來。系統對水表讀數進行統計分析，對漏水的水管線路標以紅色，起到報警作用。

系統設置界面提供本系統時間的獲取和配置。S3C2440開發板板載RTC實時時鐘硬件電路，在系統斷電時，RTC時鐘自帶的電池能夠保證時鐘正常工作。使用QT的QDataTime類獲取當前系統的實時時間，通過date和hwclock命令對系統時鐘和硬件時間進行同步修改。

設計QT數據庫時，由于Qt creator的安裝環境默認自帶SQLite，Qt4.7，也默認安裝了SQLite，所以選擇SQLite，降低開發難度和成本。

系統流程圖如圖2所示。

[系統啟動及初始化] [框圖顯示界面][系統設置界面][框圖繪制界面][后臺數據采集][后臺數據通信]

圖2 ?；人機界面程序基本框架

4 實驗結果

水務數據監測系統集成時，操作流程如下：

⑴ 將ARM開發板和周邊器件的硬件環境連線準備好；

⑵ 用下載線向ARM開發板下載交叉編譯好的U-boot、Linux內核和文件系統，ARM開發板能夠正常啟動，并能夠進入文件系統；

⑶ 移植ARM開發板文件系統中Qt/E界面程序運行的環境，拷貝交叉編譯的Qt4.7庫文件和校準程序的庫文件到文件系統中，修改文件系統中配置文件profile；

⑷ 在Qt Creator中編寫人機界面程序，仿真調試完成后，設置Qt Creator的交叉編譯環境，生成人機界面可執行程序，并拷貝到ARM開發板的文件系統中；

⑸ ARM開發板上電，運行人機界面程序，驗證水務數據監測系統設計的結果。

水務數據監測系統聯調實驗結果表明：系統能正確采集多種接口水表數據并保存到本地數據庫，能夠使用提供的UI界面定制水平衡框圖，并能在水平衡框圖中將數據庫中水表信息正確顯示出來。

5 結束語

本水務數據監測系統綜合考慮了技術可行性和現場應用環境的需求，設計和實現了基于ARM處理器和嵌入式Linux操作系統的水務數據監測系統，采用廣泛應用于嵌入式系統界面的QT封裝的C++類來進行界面設計，盡可能實現分層以保證業務跟數據分離，設計出人機交互流暢穩定的工控機界面。實際運行結果表明，該系統的整體性能穩定，較好地滿足了客戶的需求，具有廣闊的應用前景。但本系統仍需要進一步完善，特別是對最優水平衡分析法還需要做進一步的實驗研究。

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