基于操作系統的觸摸屏加氣機系統的設計與實現

摘要：本項目開發了一種運行android操作系統，搭載ARM cortex-A9四核處理器的平臺，通過通信接口與傳統加氣機ARM cortex-M3單核處理器通信，M3處理器負責底層硬件控制，A9多媒體處理器負責高級功能。創新的解決了完全基于操作系統開發可能造成的的系統非實時性，不穩定等問題，也解決了單處理器開發耗時巨大，項目投入成本過高的問題。從而使得客戶能夠在加氣機上使用手指或觸摸筆操作，大尺寸的液晶屏幕使得信息顯示變得簡單，豐富和直觀，24位真彩色顯示屏提升了加氣機的用戶體驗，嵌入式數據庫SQLite的搭載使得在加氣機上快速查詢交易記錄的信息變得簡單和快速，多媒體播放功能使得加氣機不再是單一加氣功能的產品。

關鍵詞：Android操作系統;嵌入式數據庫;SQLite;加氣機;ARM平臺

中圖分類號：TP273????文獻標識碼：A ??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

隨著科技的進步，傳統單片機為處理核心的加氣機已經逐漸不能適應客戶和用戶的需求，尤其是智能手機浪潮帶來的觸摸式操作普及，大尺寸彩屏交互頁面，互聯網金融支付，二維碼掃描等新功能的運用，傳統加氣機軟硬件架構已經無力支持和開發新功能。

根據以上問題，本設計采用雙處理器的設計思想，將復雜的高級的功能交由cortex-A9四核處理器實現，將傳統加氣機出可靠性要求非常高的內容交由cortex-m3處理器實現。并通過串口通信將兩個處理器連接起來。其主要實現了觸摸式人機交互界面，真彩彩色大屏顯示，多媒體互動，提供了內置數據庫功能，提供了基于TCP/IP的網絡功能，提供了傳統加氣機的所有功能。

1設計約束

需求約束：（1）本系統應當遵循的加氣機國標要求，特別如下要求《GB/T 19237 壓縮天然氣加氣機國家標準》和《JJF 1015 計量器具型式評價和形式批準通用規范》;（2）本項目軟件運行與基于android操作系統的cortex-A9四核處理器主板上，需要符合該軟件，硬件平臺的約束;（3）接口采用標準工業通訊接口RS232接口，通信速率在9600kbps-115200kbps之間可調，因此數據通信數據需要收到通信接口的約束;（4）用戶界面考慮到觸摸屏分辨率有多種選擇，因此軟件需要提供一定自適應處理能力，應當按照4：3或5：4比例，支持1024X768最高可以支持1920X1080分辨率設計。

2設計策略

擴展策略：本系統采用了開源的android操作系統，觸摸屏加氣機的高級功能均運行與android系統之上，如需要將來擴展功能，將從硬件擴展和軟件擴展兩方面考慮，如果硬件支持擴展，android系統提供相應的驅動支持和底層框架層支持的情況下，只需要編寫新的軟件部分就可以支持。如果該硬件沒有android系統驅動或者android框架層不支持該硬件，可能開發功能會有一定問題。

復用策略：本軟件采用基于java語言編寫，其核心控制邏輯，通信協議可以移植到java相關平臺。

折衷策略：對于硬件的擴充盡量避免，將現有或者以后需要用到的硬件采用預留接口，或者usb接口的形式擴充，對于軟件的擴充，采用結構模塊化設計思想，擴充模塊不影響整個系統運行。

3系統總體結構

（1）系統采用運行android操作系統的cortex-A9處理器平臺和運行裸機C程序的cortex-m3平臺，其采用物理串口通信。Android操作系統負責處理用戶圖形界面，用戶點擊操作，多媒體功能和數據庫查詢等操作。Cortex-M3平臺采用目前我司M1000主板，其運行C程序，控制加氣機的底層傳感器和閥門，控制加氣邏輯，讀取IC卡，和金屬鍵盤操作，對點陣式液晶屏進行基礎界面顯示。如圖1所示。

（2）由于我司原有硬件平臺性能無力支撐新的業務邏輯運算需要，因此本項目采用android智能操作系統的四核ARM平臺作為主要新增運算平臺;（2）新平臺和舊平臺通過串口通信，解決新平臺采用民用系統而帶來不穩定消極因素，通過傳統裸機程序來提高整體系統的穩定性。如圖2所示。

4子系統UI模塊的結構與功能

1. UI模塊采用android系統頁面與實體功能具體實現分離的設計，由XML文件描述頁面效果，由activity描述具體頁面功能實現;（2）UI模塊與功能分離設計也可以方便更換U設計風格，分離控件功能邏輯實現代碼與頁面風格代碼的耦合，方便移植或更換UI。

5子系統通信模塊的結構與功能

1. 通信模塊采用定制通信協議與M1000通信，通信模塊負責解析由M1000發送的數據包，組裝android軟件發送的數據包，錯誤信息判斷等功能;（2）采用單獨的通信模塊是標準化設計模式，可以根據通信協議的增加匹配不同模塊，或者多通信模塊同時工作。

6 子系統數據庫模塊的結構與功能

（1）數據庫采用android原生搭載的sqlite輕量型數據庫，其采用文件形式存儲于系統文件系統中，具有關系型數據庫的所有標準操作，采用數據庫的設計大大增加了加氣機數據存儲查詢能力;（2）數據庫模塊是相對于單片機尋址存儲數據的高級實現，大幅增強了性能。

7子系統多媒體播放模塊的結構與功能

1. 多媒體播放模塊采用android原生內嵌媒體播放解碼器，對MP4，MKV，MOV，AVI等封裝的視頻文件均有解碼能力;（2）多媒體播放模塊具有方便調用，通用性強的特點，且對視頻播放進行管理，不影響正常加氣機的正常使用。

8 結語

此次設計充分考慮了Android操作系統引入帶來的附加問題如何解決，考慮了系統整體穩定性及傳統加氣機功能的兼容。產品創新的采用嵌入式智能操作系統，對比傳統windows或者windowsCE版本的觸摸屏加氣機，從處理性能，屏幕分辨率，支持彩色色深，數據庫嵌入等方面都具備了一定的技術先進性。

參考文獻

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收稿日期：2019-07-18

作者簡介：杜誠（1971—），男，漢族，重慶人，專科，1993年畢業于上海高等機械專科學校電氣自動化專業，就職于重慶耐德能源裝備集成有限公司，研究方向：自動化控制系統。