基于Linux的温湿度采集系统及QT人机界面的实现

范丽

摘要：针对ARM9平台设计了SHT10温湿度传感器硬件电路，针对Linux内核编写了AD及温湿度驱动程序;利用Qt/Embedded软件设计了QT人机界面，用户可通过人机界面及Linux系统终端的温湿度测试程序实时监测温湿度信息。最终程序可以很好地运行在开发板上，验证了软硬件的有效性和可靠性。

关键词：ARM9;Linux;驱动程序;QT人机界面

中图分类号：TP368        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）21-0232-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： According to the ARM9 platform， a hardware circuit of SHT10 temperature and humidity sensor was designed， AD and temperature and humidity drivers were written for Linux kernel. Then designed QT man-machine interface with Qt/Embedded， users can monitor temperature and humidity information through the man-machine interface and the temperature and humidity testing program of Linux system terminal in real-time. The final program can run well on the development board， which verifies the effectiveness and reliability of software and hardware.

Key words： ARM9; Linux; Driver; QT man-machine interface

传统温湿度采集系统采用以单片机为核心的设计模式[1]，有运算能力和精度有限、人机交互复杂等缺点，并且由于缺少底层操作系统，在需求改变时，需要对系统进行较大的改动[2]，对程序设计者要求较高。嵌入式系统近年来得到了迅速发展，被研发人员广泛应用于各个领域。Qt是专门为嵌入式系统设计的图形用户界面，并且提供了完整的C++程序工具包，使得嵌入式开发变得更加高效。

基于ARM9硬件平台及嵌入式Linux2.6.30.4内核编写了驱动程序，利用Qt/Embedded软件设计了交互友好的人机界面。

1 系统硬件组成及总体结构

1.1 系统总体结构

该系统由核心处理器、数据采集模块、显示模块、电源模块等组成，其总体结构如图1所示。

本文采用ARM9的S3C2440微处理器作为嵌入式系统的核心处理器，它是三星（Samsung）公司ARM9系列中的主流产品，具有高性能、低功耗等优点，应用非常广泛。选择Linux为ARM9平台操作系统，其源代码具有开放、广泛的后续支持等优点[3]。人机界面的设计是基于Qt/Embedded软件开发平台。

系统工作时，SHT10温湿度传感器采集环境温湿度，并将检测到的信号通过ARM的GPIO模块传回到主控制器ARM9，主控制器对数据进行处理，并且通过控制器的人机界面实时显示数据。

1.2 温湿度采集模块设计

本系统选用的温湿度传感器为SHT10，SHT10是Sensirion公司生产的一种数字式传感器，湿度精度达±4.5%RH，温度在25℃时达±0.5℃。

SHT10的VDD、GND为电源引脚，SCK和DATA引脚为两线串行接口，主要用于控制器和传感器之间的数据通信。SHT10的供电电压建议为3.3V。在电源引脚（VDD，GND）之间须加一个电容，在（VDD，DATA）之间须加一个上拉电阻Rp，以提高数据读取的可靠性。其中SCK接ARM9 GPIO口的TOUT0，DATA接TOUT1，GND接ARM的GND，VDD接3.3V。其与控制器的硬件连接图如图2所示。

2 系统开发环境

2.1 Linux开发环境的建立

在Linux系统中，需要交叉编译环境为ARM9开发板编译内核、QT界面等其他应用程序。TQ2440提供的是EABI_4.3.3EmbedSky_20100610.tar.bzr。

为了验证交叉编译器是否生效，需要在Linux终端输入如下命令：#arm-linux-gcc-v[4]。如果生效将会显示arm-linux-gcc的相关信息和版本。

一个完善的嵌入式系统通常包括：系统引导程序、Linux操作系统内核和文件系统。Linux操作系统的移植主要是针对以上内容，需要有四个步骤：烧写uboot、Linux內核、文件系统和开机LOGO到开发板。在完成uboot、内核、文件系统和开机LOGO镜像的烧写后，在一键式菜单下使用命令8，即可启动S3C2440的Linux操作系统。

2.2 QT开发环境的建立

Qt/Embedded实际上就是一个C++工具开发包，其是专门为嵌入式设备的开发而订做的。建立QT开发环境的步骤为：

1解压共享目录中的Qte_20100601.tar.bz2的源码到EmbedSky/Qte目录下;

2编译PC版本的Qtopia-2.2.0，在Linux的终端执行命令：./x86-qtopia-2.2.0-kongqueror_build;

3编译ARM版本的Qtopia-2.2.0，在Linux的终端执行命令：./arm-qtopia-2.2.0-kongqueror_build;

4制作Qtopia-2.2.0的文件系统。

3 系统软件设计

系统软件设计主要是驱动程序和应用程序的设计。

3.1驱动程序的设计

操作系统不能直接对硬件进行操作和控制，需要用设备驱动作为操作系统和硬件之间的粘合剂，负责上下两边的沟通。本文所需的驱动有温湿度传感器SHT10驱动以及AD驱动。

驱动设计的具体步骤如下：

1在“linux-2.6.30.4＼drivers＼char”内核源码目录下新建一个名为EmbedSky_gpio.c的文件，用来编写本文所要用到的温湿度驱动程序sht10.c。

2在内核源码中添加对SHT10温湿度传感器驱动和AD驱动的支持：修改同目录下的Kongfig文件，然后再修改同目录下的Makefile文件。

3配置菜单：在Linux终端输入命令make menuconfig，配置“gpio Driver”为“*”（编译进内核），然后保存配置。

4make zImage：编译出内核镜像zImage.bin烧写到开发板中。

同样的步骤，编写AD驱动程序EmbedSky_adc.c，然后重新编译内核，将内核镜像烧写到开发板中，即可在开发板dev目录下看到对应的设备名称，如图3所示。

3.2 QT应用程序的设计

Qt人机界面的设计步骤如下：

1在PC机Linux下的“opt/EmbedSky/Qte/x86_qtopia/pro”目录下新建一个名为“renjijiemian”的目录。用命令“qt2/bin/designer &”在后台启动Qt designer设计器，设计好相关功能的按钮及显示数据的窗口。

2添加main.cpp文件、产生*.pro文件、生成Makefile文件

3制作桌面图标和桌面启动器

使用photoshop软件制作桌面图标文件，文件格式为*.png、大小为16*16。创建一个桌面启动器（*.desktop）文件。

4仿真并移植

在PC的Linux的终端输入make命令，进行编译仿真，在实际测试过程中，开发板人机界面如图4所示。

同时运行人机界面和Linux系统终端的温湿度测试程序，人机界面能实时显示温湿度信息。同时，Linux系统终端运行的测试程序也能够实时地显示温湿度变化，并且与开发板界面显示的数据基本一致，如图5所示。

4 结束语

本文在主控制模块的S3C2440微处理器上移植了嵌入式Linux操作系统，在PC的Linux操作系统上移植了QT/E开发环境，采用QT Designer设计了人机画面，利用C++编程语言完善了人机界面。在ARM的LCD触摸屏上实现了实时显示传感器

数值功能，本系统电路简单，使用方便，并且在此基础上可以扩展其他用于测量的传感器，只要为他们设计对应的硬件接入电路，就可以使用本文通用的AD驱动，提高效率。

参考文献：

[1] 宋闽，朱乾坤，郑建廷，等.基于嵌入式Linux的远程数据采集系统[J].微计算机信息，2009，25（16）：110-111+121.

[2] 劉伟民，韩斌，李征.基于linux的数据采集及在QT界面的显示[J].微计算机信息，2008（22）：97-99.

[3] 刘伟华，刘仁学.基于S3C2440与Linux的ARM9嵌入式系统的构建[J].冶金自动化，2008（S2）：409-411.

[4] 武杰.基于ARM9的嵌入式Linux移植[J].自动化技术与应用，2014（03）：47-49.

【通联编辑：朱宝贵】