摘要：介紹了基于Linux的嵌入式汽車智能監控系統的功能和硬件選型，闡述了基于圖元的組態軟件的設計思想、方法，強調了圖元庫的管理，以及根據圖元屬性繪制圖形的實現方式，作為一個應用給出了汽車智能監控系統的軟件設計。

　　關鍵詞：監控系統; 圖元; 組態軟件; 嵌入式系統;  Linux 

　　1 汽車智能監控系統簡介

　　汽車已進入人們的日常生活，其安全性自然也倍受人們的關注。雖然在汽車中已有安全氣囊、ABS剎車系統、電子門鎖等安全措施，但能否保證數據的有效性和及時性、提前采取應對措施是保證安全的主要方式。汽車智能監控系統在輪胎等相應部件裝上傳感器，實現TPMS（輪胎智能監測系統）的功能，并集成已有安全裝置的相關數據，在汽車行駛時實時地對輪胎及各種安全裝置進行自動監測，通過傳感器或無線通信技術將相關數據傳遞給監控中心理，如監測某輪胎壓力不足或漏氣，就可以通過提前通知駕駛員，及時采取應對措施。

　　2 汽車智能監控系統的硬件設計

　　汽車監控系統關系到人身安全，如果監控系統出現故障、錯誤或失效，將會給駕駛員提供不準確、遲到或錯誤的信息，從而導致安全事故的發生，因此監控系統的可靠性運行是一個不容忽視的問題。

　　整個監控系統的硬件結構如圖1所示，主要由監控器、信號接收子系統、人機操作子系統、顯示子系統、存儲系統、一個USB接口和一個JTAG接口組成，運行嵌入式μCLinux操作系統。出于安全可靠方面的考慮，控制器必須可靠且故障率低，因此采用嵌入式微處理器S3C44B0X，它使用ARM7 TDMI核。控制器的主要功能是接收信號源子系統傳送的信息，進行輪胎胎壓、油量等相關參數的計算、檢測，輸出相應的顯示及控制命令；信號接收子系統通過藍牙、RS-232/CAN總線等與汽車的其它模塊如傳感系統、GPS、GSM、ABS等系統集成，或者與遠程監控中心通信；顯示子系統以圖形或數值的形式在LCD上顯示汽車運行狀態和相應的設備狀態，供駕駛員及時了解當前汽車的運行情況；數據和報警信息可通過串口上傳，也可通過以太網向Intelnet發布，重要數據可以文件形式保存在FLASH中；人機操作子系統允許駕駛員通過PDA、鍵盤、按鈕等操作方式設置相關參數，對汽車進行控制；在宿主機上開發的程序和數據通過網絡、USB接口、JTAG 口進行上載或下載，從而實現遠程監控，遠程維護。

圖1 汽車智能監控系統的硬件構成

　　3 監控系統的軟件設計

　　3.1 監控系統軟件的開發方式和組成

　　嵌入式系統由嵌入式硬件、嵌入式操作系統以及應用軟件系統三部分組成，其中嵌入式應用軟件是實現整個系統功能的核心和關鍵，實現對整個系統的控制、監視、調度或管理。為了提高系統的可靠性，縮短開發周期，維護簡單方便，我們首先開發了基于Linux的嵌入式圖形化組態軟件（Linux-Based Embedded Graphics Configuration System：LEGCS）來支持應用軟件的開發。LEGCS包括開發平臺和運行環境兩部分，如圖2所示。開發平臺就是用來開發各種應用的一個通用工具，基于RedHat Linux，在Kylix3.0環境中用C++編程實現，作為一個平臺開發工具運行在PC機上；運行環境就是運行在基于ARM系列芯片和ucLinux嵌入式控制板上的軟件部分，使用QT/Embedded編程實現。該組態軟件不僅適用于汽車監控系統的開發，還可以用來開發其它的工業過程控制應用軟件。

圖2利用LEGCS組態軟件開發嵌入式應用程序
 

　　利用該組態軟件的開發平臺在PC機上完成各種現場控制畫面的繪制、設備屬性、控制策略、I/O管理及驅動的設定來對監控現場進行全面描述與設置，結果保存到實時數據庫中。實時數據庫和組態軟件的運行環境程序一起下載到嵌入式控制板上就構成所需的具體的工業控制應用軟件。實際運行時由運行環境的程序讀取實時數據庫，解析各種參數，加上現場采集的數據，實現對設備的仿真和控制。

　　3.2 圖形組態軟件的設計

　　圖形組態軟件設計的關鍵是將各種控制對象及工藝流程圖形化，并進行管理。為滿足各種工業現場圖形監控組態的要求，將常用設備和工藝設計成圖元（即圖形符號），一般有設備圖元和量程圖元兩類，設備圖元用來直觀形象地反映設備的形狀等，量程圖元用來反映與實時變量相關的數值，包括儀表圖、流程圖和趨勢圖。

　　圖形組態軟件源于“面向對象”的思想，圖元就是對象，對象有各種靜態特征，有動作、大小、移動、切換及動畫等共同的動態屬性，在組態時通過屬性頁來具體設置。

　　圖元是可以由若干個基本圖元組成，基本圖元有直線、多段線、多邊形、文本、圓/橢圓、圓弧、矩形。一個圖元的信息包括圖元的類別、名稱、包含的基本圖元數、每個基本圖元的顯示屬性，如圖3所示，每個基本圖元的顯示信息有兩類：基本圖元的特征信息，線條色、線寬、填充色、漸變樣式等；基本圖元的位置尺寸信息，節點坐標，輪廓點坐標等，在圖3中基本圖元信息占兩行。具體實現時將基本圖元的數據結構定義為圖4所示的Elem_inf。

　　可以利用圖元庫對所有圖元分類統一管理，對圖元的管理歸根結底就是對數據結構Elem_inf的操作，基本操作包括保存、新建、編輯、瀏覽、刪除等。圖元的保存實際是存儲了圖3所示的圖元顯示信息，具體保存了圖4所示的每個基本圖元信息，可以用數據庫或文件的方式保存，只要方便以后提取某個圖元的信息即可；新建圖元時，以該圖元小包容邊界的左上角為坐標原點，計算其中的基本圖元的坐標及尺寸數據，同時將圖元的左上角點作為圖元再次引用時的插入基點；對已有圖元進行編輯，先根據該圖元的ID號，將該圖元的顯示信息讀入相應的內存數據結構中，在屏幕上利用圖形繪制函數重新繪制該圖元，修改后重新保存；瀏覽圖元需要根據圖元的類別在庫中查找，并在屏幕上繪制所有圖元，如圖5所示的圖元瀏覽；刪除圖元首先根據圖元ID查找，再將保存的信息刪除。

　　3.3 汽車監控系統軟件的組態

 　　利用LEGCS開發平臺，可以對汽車監控系統進行現場組態。首先在圖元庫中找到需要的圖元，將其拖放到屏幕相應位置上，即完成設備布局，再定義設備之間的邏輯關系，對各個需要監控的設備設定控制策略，數據I/O定義等，設定的屬性及動作，這些設置都是通過賢英的屬性頁來完成的，結果保存到實時數據庫中。實時數據庫及運行環境目標程序下載到汽車監控器中，啟動運行就可以通過I/O接口獲取變量，從而實現汽車輪胎壓力、油量、行駛速度等狀態的顯示、關聯變量的變化趨勢，進行模擬調節和開關控制等功能。圖4是進行汽車油量顯示的簡單運行畫面。

　　根據系統內設的時鐘按一定頻度采集關聯變量，通過程序將獲取的新數據以變量參數的形式傳遞到圖元繪制函數中，從而更新圖元的顯示，實現圖元顏色、進度指示、指針擺動、流體流動、線寬和位置的變化等動態效果。

　　參考文獻：

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