蓄电池状态检测控制软件设计

1  引言
              
蓄电池生产过程中的状态参数检测是保证蓄电池出场质量的关键。然而目前，国内蓄电池的状态检测主要依靠蓄电池电压巡检仪、蓄电池电导测试仪和内阻容量测试仪等仪器，这些仪器只是能够实现单一的检测蓄电池状态，而且操作灵活度有限，数据的存储、传输以及实时分析都需要额外的pc的辅助来实现, 已经不能很好的满足当前许多要求较高的工业现场控制的应用。为了使蓄电池生产线上的蓄电池性能参数测量更加灵活，本文提出一种基于qt/embedded的便携式蓄电池状态检测系统，实现了对蓄电池的多路数据采集，控制软件界面友善、检测仪器轻巧方便。
           
2  系统总体设计与实现
              
本检测系统由数据采集部分、a/d转换、arm微控制器和数据存储等几部分组成，总体架构设计图如图1所示。其中，数据采集部分主要完成对蓄电池性能参数的采集，a/d转换部分主要完成采集信号的模/数转化，arm微控制器是整个系统的关键部分，主要负责与基于qt/embedded的连接，接受第三方用户的命令信息并进行相应的处理。数据存储部分主要负责将处理后的数据存放到usb设备中，为以后数据分析提供依据。
           
3  控制软件的设计
           
3.1 qt/embedded简介
              
qt/embedded是一个和完整的自包含gui和基于linux的嵌入式平台工具，是qt在嵌入式平台的版本。它通过qt api与linux i/o以及framebuffer直接交互，拥有较高的运行效率，而且整体采用面向对象编程，拥有良好地体系架构和编程模式。通过qt/embedded可以直接构建工作在嵌入式设备上的控制软件，为便携式设备提供良好的人机交互界面，使设备的操作更加灵活。


                                         
图1 测量系统的组成

3.2 qt/embedded的移植
              
本文采用宿主机-目标板的移植方式，先在宿主机上调试通过后，再将调试通过的程序移植到目标板上。
           
3.2.1宿主机上的移植
              
qt/embedded直接写入帧缓冲，在宿主机上则是通过qvfb（vituralframe buffer）来模拟帧缓冲。宿主机上的移植需要的工具及环境变量见表1。其中环境变量的设置可以直接用export来声明，配置qt-embedded-3.3.2时，/configure–qconfig–qvfb–depths4，8，16，32，就是指定qt/embedded开发包生成虚拟缓冲帧工具qvfb。

3.2.2目标板上的移植
              
将qt/embeded程序应用到arm开发板，在configure配置时配置linux-arm-g++配置选项[6]。最后将交叉编译好的应用程序烧写到开发板的根文件系统的/opt目录中。
           
3.3应用程序的框架结构
              
基于qt/embedded的蓄电池状态检测控制软件包括以下4个主要模块，如图2所示。


                                        
图2 软件框架结构

3.3.1用户界面(user interface)模块
              
用户界面如图3所示，主要包括工作人员信息（图3①部分）、蓄电池信息（图3②部分）、需要显示的数据（图3③部分）（理想数据、数据上下限、实际检测数据及其当前蓄电池的状态）和数据存储（图3④部分）几部分组成。其中，检测人员工作前，需要手动的输入员工信息和设备信息等内容，便于数据分类，最后将这些数据共同存储。


                                        
图3 人机界面运行图

3.3.2数据处理模块
              
采集数据处理模块的基本结构流程图如图4所示。系统启动之后，首先进行arm微处理器芯片的初始化工作，完成初始化之后，系统启动qt上位机软件，然后整个程序进入监听状态，不停检测是否有控制命令事件触发，一旦触发则进行a/d转化，将数据采集模块采集到的信息进行数/模转化，最后将完成处理的数据送至显示模块显示。


                                        
 图4 软件流程图

在ad模块的驱动程序设计中采用中断采集的方式完成数据采集。ad驱动函数主要代码如下：
             
（1）设备初始化，驱动设备的注册。为防止设备号的冲突，这里设备注册采用的是自动分配设备号。
           
devfs_handle=devfs_register(null,device_name,devfs_fl_auto_devnum,0,0,s_ifchr|s_irusr|s_iwusr,&s3c2410_fops,null)。
             
（2）open函数，用于设置ad通道，并进行比例因子初始化。
          
 init_waitqueue_head (&adcdev.wait)；
           
//等待队列，当数据到达的时候，进程被唤醒，并将数据返回调用者。
           
adcdev.channel=0；
           
 adcdev.prescale= 0xff；

//ad设置，说明对通道0进行采样。
             
（3）read函数，关键函数之一，在这个函数中需要配置ad器件的控制寄存器，并启动转换。使用copy_to_user函数把数据从内核传递到用户空间，功能函数主要代码如下：
           
start_adc_ain(adcdev.channel, adcdev.prescale)；
           
 interruptible_sleep_on(&adcdev.wait)；
           
copy_to_user (buffer, (char*)&ret, sizeof(ret))。
             
（4）最后，把所有功能函数写进file_operations。


                                   
表1 宿主机上的移植需要的工具及环境变量

4  总结
              
在各种检测系统的研究和设计中，数据采集是必不可少的环节。本系统以s3c2410a微控制器为基础，利用图形化编程语言qt设计出可视化、友好的控制界面，能够显著提高人机界面的显示效果。该系统具有较高的稳定性、可靠性，特别适用于便携式检测装置。因此，该系统具有广阔的市场前景。