基于樹莓派平臺的電梯彩屏顯示系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：本文針對多媒體彩屏電梯顯示的需求，在ARM內(nèi)核樹莓派平臺和單片機接口板雙處理器架構(gòu)的硬件支持下，利用485/CAN總線傳輸技術(shù)、Linux應(yīng)用編程、Qt5用戶界面編程，提出并實現(xiàn)了一種雙處理器架構(gòu)的電梯彩屏顯示系統(tǒng)。此彩屏顯示系統(tǒng)與傳統(tǒng)顯示系統(tǒng)相比，界面更美觀，功能更豐富，且具有低成本、高穩(wěn)定性等特點。實際測試結(jié)果表明，此電梯彩屏顯示系統(tǒng)設(shè)計的可行性和有效性。

　　引言

　　近年來，隨著高層建筑數(shù)量的與日俱增，電梯的需求量也在增加?，F(xiàn)階段我們廣泛使用的電梯都是基于LED點陣列的顯示系統(tǒng)，顯示狀態(tài)信息比較簡單，顯示方式比較單調(diào)。此外，現(xiàn)在的一些電梯里的廣告機，雖然改善了電梯轎內(nèi)的乘坐環(huán)境，良好的廣告效果也給商家?guī)砹瞬恍〉慕?jīng)濟效益。但是這種顯示裝置沒有和電梯控制系統(tǒng)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(tǒng)相融合，打造舒適的乘坐環(huán)境，針對現(xiàn)有的電梯系統(tǒng)提出一種由單片機完成不同廠商適配、由ARM/X86統(tǒng)一顯示的雙核處理方法。該方法中ARM/X86處理器專注于統(tǒng)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，從而提高整個系統(tǒng)的實時性與可靠性。針對不同廠商的電梯通信協(xié)議，只需要更改單片機的編解碼程序便可使整個系統(tǒng)重新工作。

　　Raspberry Pi(中文名為“樹莓派”)是一款由英國的樹莓派基金會所開發(fā)，以低價硬件及自由軟件為學(xué)生計算機編程教育而設(shè)計的卡片式電腦。其配備一枚700 MHz博通出產(chǎn)的ARM架構(gòu)BCM2835處理器，256 MB內(nèi)存(B型已升級到512 MB內(nèi)存)的微型電腦主板。Raspberry Pi以SD卡為內(nèi)存硬盤，主板周圍有兩個USB接口和一個網(wǎng)口，可連接鍵盤、鼠標(biāo)和網(wǎng)線，同時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(tǒng)采用開源的Linux系統(tǒng)，比如Debian、Arch Linux，自帶的Iceweasel、KOffice等軟件能夠滿足基本的網(wǎng)絡(luò)瀏覽、文字處理以及計算機學(xué)習(xí)的需要。

　　Qt是一個1991年由奇趣科技開發(fā)的跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。Qt具有優(yōu)良的跨平臺特性，Qt支持下列操作系統(tǒng)：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(tǒng)整體設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)框架

　　本系統(tǒng)的硬件部分主要由接口轉(zhuǎn)接板和顯示板組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1.2 子系統(tǒng)功能介紹

　　1.2.1 接口轉(zhuǎn)接板

　　接收RS-485/CAN總線上的電梯通信協(xié)議，并完成協(xié)議的解析;承載溫度傳感設(shè)備和掛在I2C總線上的時鐘電路，供顯示板讀取溫度和時間信息，完成用戶按鍵的檢測與編碼。

　　1.2.2 顯示板

　　接收接口轉(zhuǎn)接板譯碼后的電梯數(shù)據(jù);讀取溫度和時間信息;實現(xiàn)界面應(yīng)用程序。

　　2 接口轉(zhuǎn)接板子系統(tǒng)設(shè)計

　　接口轉(zhuǎn)接板子系統(tǒng)硬件主要包括ATmega8單片機、DS18B20溫度傳感器、PCF8563時鐘芯片、MAX485芯片等。其接口轉(zhuǎn)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)議為例實現(xiàn)本系統(tǒng)。

　　2.1 NICE3000通信協(xié)議的通信設(shè)定

　　通信方式：RS-485標(biāo)準(zhǔn)、異步、半雙工。

　　數(shù)據(jù)格式：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位。

　　通信波特率：9 600 bps。

　　通信地址定義：廣播地址為0，外接節(jié)點地址為1～31(外招板撥碼開關(guān)確定)，地址同時也表示外招所在樓層;顯示板只是接收顯示，地址設(shè)定為0(撥碼)，無需通信回復(fù)。

　　數(shù)據(jù)校驗：采用兩位異或校驗。

　　數(shù)據(jù)幀分類：共有兩種形式，其中廣播幀用于外招顯示內(nèi)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(shù)據(jù)幀采用固定長度，5個字節(jié)，結(jié)構(gòu)為幀頭、用戶數(shù)據(jù)、幀尾。

　　幀頭：包括1個字節(jié)地址，即主控制板發(fā)送給外招的標(biāo)識，從機(外招)根據(jù)幀頭判斷本機是否響應(yīng)當(dāng)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。

　　用戶數(shù)據(jù)包括：數(shù)據(jù)2個字節(jié)，根據(jù)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數(shù)據(jù)。

　　幀尾：包括2個字節(jié)校驗數(shù)據(jù)，先發(fā)低位，后發(fā)高位。

　　電梯系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)幀不能直接顯示，需要根據(jù)數(shù)據(jù)幀格式，對數(shù)據(jù)進行校驗，然后解析，最后提取有用的數(shù)據(jù)給顯示系統(tǒng)進行顯示。本系統(tǒng)的操作如下：

　　3 顯示板子系統(tǒng)設(shè)計

　　對于彩屏電梯顯示系統(tǒng)而言，液晶屏的顯示效果對客戶的影響是至關(guān)重要的。因此，應(yīng)用層的程序開發(fā)相當(dāng)重要?？紤]到圖形界面控件的豐富程度、漂亮程度以及開源免費的持續(xù)升級等因素，選擇了QTE/Qt5圖形開發(fā)平臺。顯示板子系統(tǒng)的架構(gòu)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(shè)備的領(lǐng)先應(yīng)用程序架構(gòu)。Qt可以在任何支持Linux的平臺上運行，創(chuàng)建具有獨特用戶體驗的具備高效內(nèi)存效率的設(shè)備和應(yīng)用程序。Qt的移植需要滿足以下幾個基本條件：

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）