基于QT的道岔轉(zhuǎn)轍機測試界面系統(tǒng)設(shè)計

朱緒昌 羅云龍 胡延偉（蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

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基于QT的道岔轉(zhuǎn)轍機測試界面系統(tǒng)設(shè)計

朱緒昌 羅云龍 胡延偉
（蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

摘 要：該設(shè)計提出了一種基于QT的便攜式道岔轉(zhuǎn)轍機測試儀界面系統(tǒng)的設(shè)計方案，完成了對窗口控件、鼠標(biāo)鍵盤響應(yīng)事件等模塊的設(shè)計和嵌入式Ubuntu系統(tǒng)下的程序移植。經(jīng)驗證，系統(tǒng)界面具有配置靈活、人機界面友好的特點，用戶可通過設(shè)置轉(zhuǎn)轍機類型、牽引轉(zhuǎn)轍機數(shù)量、保護時間等參數(shù)，以呼叫應(yīng)答方式，實現(xiàn)該界面系統(tǒng)對轉(zhuǎn)轍機的實時狀態(tài)顯示、動作過程中道岔控制電路有效數(shù)據(jù)曲線顯示等功能，達到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：QT 界面系統(tǒng)；狀態(tài)顯示；曲線顯示

本文在以嵌入式Ubuntu的ARM平臺上，利用Qt設(shè)計了一種與道岔控制電路驅(qū)采模塊相連接的上位機系統(tǒng)，該系統(tǒng)界面具有運行穩(wěn)定、配置靈活的特點，主要包括用戶主頁界面、曲線界面等部分。在設(shè)置轉(zhuǎn)轍機類型、牽引轉(zhuǎn)轍機數(shù)量、保護時間等參數(shù)后，通過呼叫應(yīng)答方式，實現(xiàn)對多個轉(zhuǎn)轍機的操作及實時狀態(tài)查詢、動作過程中道岔控制電路有效電流及功率曲線顯示。

1　系統(tǒng)設(shè)計

該設(shè)計以Ubuntu為操作系統(tǒng)，以SAMSUNG公司的S3C6410X為硬件平臺核心控制芯片。校驗裝置以標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)作為輸入設(shè)備，7英寸800*600分辨率的彩色LCD作為終端現(xiàn)實屏幕.系統(tǒng)界面的開發(fā)工具是Qt-4.7.3，Qt相對于其他界面開發(fā)工具，具有跨平臺、面向?qū)ο蟆⒇S富的API等優(yōu)點，界面調(diào)試可以在PC機上完成，大大提高了開發(fā)效率.該界面系統(tǒng)以RS232通信方式與驅(qū)采模塊連接，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)轍機的操作與狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集。

2　通信實現(xiàn)

QT中并沒有特定的串口控制類，本設(shè)計通過第三方qextserialport類實現(xiàn)讀寫操作。QextSerialBase類繼承自QIODevice類，它提供了操作串口所必需的一些變量和函數(shù)等，而Posix_QextSerialPort均繼承自QextSerialBase類，并類添加了Linux平臺下操作串口的一些功能。在本設(shè)計中使用Posix_QextSerialPort類對象mycom定義串口，包括串口讀寫方式、波特率、數(shù)據(jù)位、數(shù)據(jù)流控制等串口設(shè)置。

本設(shè)計采用信號與槽函數(shù)關(guān)聯(lián)方式實現(xiàn)讀串口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)讀寫操作。其方法為設(shè)置定時器，固定時間間隔后讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。相關(guān)代碼如下：

connect（readTimer，SIGNAL（timeout（）），this，SLOT（readMyCom（）））；

讀操作槽函數(shù)中，讀取串口緩沖區(qū)的所有數(shù)據(jù)給臨時變量temp，再對臨時變量temp進行處理，根據(jù)已定義的數(shù)據(jù)幀格式采集轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)信息與轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)。其讀槽函數(shù)實現(xiàn)代碼如下：

QByteArray temp = myCom->readAll（）；

寫操作槽函數(shù)中，以ASCII碼形式將行編輯框中的數(shù)據(jù)寫入串口。其讀槽函數(shù)實現(xiàn)代碼如下：

QByteArraysenddata；

mycom->write（senddata）；

本設(shè)計中通過串口讀寫操作，建立界面系統(tǒng)與轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊的通信，其通信幀主要分為狀態(tài)幀與動作數(shù)據(jù)幀。界面系統(tǒng)向轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊發(fā)送狀態(tài)/動作數(shù)據(jù)查詢幀，當(dāng)轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊接收到狀態(tài)/動作數(shù)據(jù)查詢幀后采集轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)/動作數(shù)據(jù)，并以返回轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)/動作數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀。

3　界面的設(shè)計與實現(xiàn)

該界面系統(tǒng)主要包括2個部分：主頁界面、曲線界面。系統(tǒng)開機后進入系統(tǒng)初始化狀態(tài)即主頁界面，完成默認(rèn)選擇。由主頁界面可通過按鍵選擇可進入曲線界面，由曲線界面可返回主頁界面，從而實現(xiàn)界面系統(tǒng)界面之間切換，便于完成對各界面的操作。

3.1主頁界面的設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)需求，主頁界面主要包括界面系統(tǒng)的配置選擇部分、轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)顯示部分和控制部分。界面系統(tǒng)的配置選擇部分包括轉(zhuǎn)轍機機型選擇、牽引轉(zhuǎn)轍機數(shù)量選擇和保護時間選擇，并且配置選定后將同步到曲線界面。

3.1.1狀態(tài)顯示部分

QT提供QPainter類繪制從簡單的直線到像餅圖和弦這樣的復(fù)雜形狀。它也可以繪制排列的文本和像素映射。通常，它在一個“自然的”坐標(biāo)系統(tǒng)中繪制，但是它也可以在視和世界轉(zhuǎn)換中做到這些。使用QPainter繪制圖形時，首先使用QPainter類構(gòu)造繪圖工具，然后定義繪制線、輪廓和文本顏色等，最后設(shè)置所畫圖形參數(shù)再結(jié)束繪制。

QT提供paintEvent（QPaintEvent*）函數(shù)實現(xiàn)圖形的重繪，其實現(xiàn)方法如下：

this->repaint（）；

界面系統(tǒng)與轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊通信過程中，界面系統(tǒng)會向轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊發(fā)送狀態(tài)查詢數(shù)據(jù)幀，轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊接收到該數(shù)據(jù)幀后處理接收到的數(shù)據(jù)幀，然后由驅(qū)采模塊采集轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)數(shù)據(jù)并返回轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)數(shù)據(jù)。界面顯示系統(tǒng)接收到返回的狀態(tài)數(shù)據(jù)幀后進行處理并實現(xiàn)圖形重繪以顯示轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)。

3.1.2轉(zhuǎn)轍機控制部分

本設(shè)計采用信號與槽函數(shù)關(guān)聯(lián)方式實現(xiàn)發(fā)送定操、反操和急停命令。在發(fā)送轉(zhuǎn)轍機操作命令前需關(guān)閉狀態(tài)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，點擊對應(yīng)的操作按鍵。點擊觸發(fā)后，槽函數(shù)實現(xiàn)發(fā)送對應(yīng)的操作命令幀。其槽函數(shù)重要代碼為：

timer_wucao->stop（）；

t i m e r _ f a n c a o _ d e l a y - > s t a r t （DELAY）；

第一行代碼需停止轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)查詢幀發(fā)送；第二行開啟發(fā)送反操命令幀定時器。由于操作多臺轉(zhuǎn)轍機，故需要設(shè)定各臺轉(zhuǎn)轍機反操操作間隔時間DELAY，以便在完成所操轉(zhuǎn)轍機后間隔時間DELAY后操作下一臺所操轉(zhuǎn)轍機。其定時器槽函數(shù)重要代碼如下：

QStringbuf_fancao=”FB FB 31 00 00 00 00 A6 00 00 00 00 00 00 00 00 FC FC”；

com_sendcommand.send_datas（buf_ fancao）；

代碼第一行是發(fā)送反操操作數(shù)據(jù)幀；第二行是調(diào)用串口通信發(fā)送函數(shù)發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送轉(zhuǎn)轍機操作數(shù)據(jù)后，繼續(xù)發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，驅(qū)采模塊對接收到的數(shù)據(jù)幀進行處理，轉(zhuǎn)轍機進行動作，并由轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊采集轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)反饋給界面系統(tǒng)進行狀態(tài)顯示。

3.2曲線界面

本設(shè)計中曲線界面用于顯示轉(zhuǎn)轍機動作過程中有效電流曲線、電壓曲線和功率曲線。在轉(zhuǎn)轍機動作后，上位機發(fā)送要數(shù)據(jù)命令幀，轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊接收到命令后返回轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)。可根據(jù)需求，選擇所需曲線類型并顯示。

QWt是一個基于Qt的擴展類庫，包含了大量用于工程開發(fā)編程的GUI部件和輔助工具。除了二維繪圖控件類外，它還提供了諸如刻度，滑塊，轉(zhuǎn)盤等控件類供開發(fā)使用。本設(shè)計中首先實例化一個QwtPlot，設(shè)置x軸坐標(biāo)軸及其顯示范圍、y軸標(biāo)軸及其顯示范圍其相關(guān)代碼如下：

u i - > q w t P l o t - > s e t A x i s S c a l e （QwtPlot::xBottom, 0, CURVE_DATAS）；

u i - > q w t P l o t - > s e t A x i s S c a l e （QwtPlot::yLeft, 0, 300）；

代碼第一行設(shè)置了所畫曲線X坐標(biāo)軸的原點及坐標(biāo)軸顯示范圍參數(shù)；代碼第二行設(shè)置了所畫曲線Y軸坐標(biāo)軸的原點及坐標(biāo)軸顯示范圍參數(shù)。

在設(shè)置完坐標(biāo)軸后，需設(shè)置畫布背景，也可添加滾輪縮放功能、鼠標(biāo)拖動功能、添加網(wǎng)格等。在設(shè)置好曲線顯示坐標(biāo)軸及環(huán)境后，通過界面系統(tǒng)和轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊采集轉(zhuǎn)轍機有效動作數(shù)據(jù)并顯示，以采集轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)。

在曲線顯示界面設(shè)置有click（）觸發(fā)信號與相關(guān)槽函數(shù)的要對應(yīng)轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)的按鍵，當(dāng)按下對應(yīng)按鍵后，觸發(fā)對應(yīng)的槽函數(shù)，相關(guān)代碼如下：

QStringbuf_a_datas=”FB FB 32 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 FC FC”；

com_sendcommand.send_datas（buf_ a_datas）；

代碼第一行為要轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)幀；第二行是調(diào)用串口通信發(fā)送函數(shù)發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊接收該數(shù)據(jù)幀，采集轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)并反饋給界面系統(tǒng)。界面系統(tǒng)接收到轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)并顯示，曲線顯示相關(guān)代碼如下：

double *x=new double[CURVE_ DATAS]；

double *y=new double[CURVE_ DATAS]；

curve->setSamples（x, y, CURVE_ DATAS）；

ui->qwtPlot->replot（）；

曲線界面設(shè)置有對應(yīng)動作要數(shù)據(jù)按鍵，當(dāng)轉(zhuǎn)轍機動作完成后，可根據(jù)需求點擊要數(shù)據(jù)按鍵。轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊采集轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至曲線界面直觀顯示。

結(jié)語

該界面系統(tǒng)采用ubuntu操作系統(tǒng)，具有很好的移植性，同時也具有很好的便攜性，方便供平時轉(zhuǎn)轍機的測試維修使用。其功能能夠即時顯示道岔的定位、反位、四開等狀態(tài)，同時可以通過與轉(zhuǎn)轍機驅(qū)采模塊相連接以觸屏按鍵方式實現(xiàn)對轉(zhuǎn)轍機定操、反操等驅(qū)動功能的操控。界面系統(tǒng)可以曲線形式顯示所需轉(zhuǎn)轍機動作數(shù)據(jù)，可對轉(zhuǎn)轍機性能進行判斷，為道岔的維修提供依據(jù)。

參考文獻

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[4]張春艷.基于Qt的嵌入式圖形用戶界面研究與實現(xiàn)[D].大連海事大學(xué)，2008.

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（合同編號：2014X008-D）

中圖分類號：U213

文獻標(biāo)識碼：A