陳堯杰　李璋

摘 要：隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保型汽車對(duì)于社會(huì)的需求顯得尤為重要，為滿足社會(huì)需求，提高人們對(duì)于新能源的追求，文中提出了一種基于ARM平臺(tái)的嵌入式Qt應(yīng)用程序的汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案。該方案以Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，以ARM9及其外圍電路為硬件基礎(chǔ)，在Linux系統(tǒng)上利用Qt Creator軟件開發(fā)的圖形界面系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車的電池狀態(tài)，用以幫助人們更好的管理電池。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于利用嵌入式Qt開發(fā)軟件系統(tǒng)，從而擺脫了PC機(jī)體積大、成本高等方面的束縛，便于系統(tǒng)移植和攜帶。

關(guān)鍵詞：嵌入式；Qt；ARM；Linux系統(tǒng)；電池監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）04-00-03

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，具有體積小，功耗低，成本低，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)并符合高要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要以應(yīng)用為中心。在現(xiàn)代科技日新月異的情況下，社會(huì)朝著高度智能化，信息化的方向前進(jìn)已是必然。在這種情況下，新能源汽車的發(fā)展與開發(fā)有著巨大的潛力，針對(duì)新能源汽車的開發(fā)，我們提出了基于嵌入式Qt的新能源汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。

1 電池監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

目前，嵌入式系統(tǒng)在智能生活領(lǐng)域已成為人們不可分割的一部分。電池與新能源汽車密不可分，對(duì)于電池的監(jiān)控和控制有助于我們更好的延長汽車壽命。該系統(tǒng)以ARM-Linux平臺(tái)為方案，分為底層硬件部分，Bootloader引導(dǎo)內(nèi)核，Linux-kernel內(nèi)核及根文件系統(tǒng)，Qt/Embedded及數(shù)據(jù)庫五部分，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。其中，圖1中的Qt/Embeded在圖形界面的設(shè)計(jì)中采用Qt Creator軟件開發(fā)應(yīng)用界面，完成對(duì)電池電流，電壓容量，溫度，充放電時(shí)間等重要參數(shù)的展示并使用MySQL數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

電池監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是以ARM平臺(tái)為基礎(chǔ)，選用ARM920T和samsung的mini2440為CPU處理器。其內(nèi)部晶振輸入頻率為12 MHz時(shí)，其處理器最高輸出頻率可達(dá)532 MHz。開發(fā)板帶有內(nèi)存為64 M的SDRAM和128 M的NAND Flash以及NOR Flash。LCD采用STN顯示帶有觸目屏為電阻式類型的3.5英寸的液晶屏。系統(tǒng)支持NAND Flash啟動(dòng)和NOR Flash啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。為了方便，我們一般采用NAND方式啟動(dòng)。對(duì)于數(shù)據(jù)的收集與通信一般采用I2C總線接口進(jìn)行。其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 軟件平臺(tái)的搭建

在PC機(jī)下安裝VMware 10虛擬機(jī)。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境需在虛擬機(jī)中安裝Linux 14.04版本的操作系統(tǒng)。所搭載的交叉編譯環(huán)境為arm-linux-gcc 4.4.3版本。該編譯器可針對(duì)ARM平臺(tái)進(jìn)行特定的編譯。配置tftp方便開發(fā)板與Linux系統(tǒng)間的通訊，用來下載和上傳開發(fā)板與系統(tǒng)之間的資源。軟件開發(fā)平臺(tái)為 Qt Creator軟件。系統(tǒng)所需的軟件和資源包如表1所列。

在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行配置。在ubuntu軟件中心可以在線下載Qt Creator軟件并進(jìn)行安裝，非常方便。至此，系統(tǒng)所需的開發(fā)環(huán)境基本構(gòu)建完成，圖4所示是整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)流程。

4 應(yīng)用程序的開發(fā)

應(yīng)用程序開發(fā)分為初始化硬件及電池信息收集，應(yīng)用層圖形界面的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫的使用兩部分。

對(duì)于電池信息狀態(tài)的采集，用C語言開發(fā)控制ARM相關(guān)寄存器和I2C總線接口，初始化時(shí)鐘，設(shè)置相關(guān)中斷等，具體的軟件流程圖如圖5所示。開發(fā)板上系統(tǒng)后，程序進(jìn)行一些硬件初始化，配置振蕩器，設(shè)置時(shí)鐘源；清中斷，使能中斷優(yōu)先級(jí)；初始化UART與GPIO端口。當(dāng)然對(duì)于I2C主機(jī)初始化是必須的。I2C有硬件I2C和模擬I2C兩種選擇。我們選用的是硬件I2C，對(duì)I2C相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。必要的硬件設(shè)置完成后開始參數(shù)初始化，將電池狀態(tài)保存到E2PROM中。主程序中的while循環(huán)主要用來進(jìn)行UART數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)LED燈指示的工作狀態(tài)對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)控制，并根據(jù)獲取的電池狀態(tài)信息是否滿足循環(huán)體條件來判斷是否進(jìn)行下一次循環(huán)。

硬件系統(tǒng)每隔500 ms完成一次數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)包括23串電壓，4個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)，每1 s更新一次SOC值，在點(diǎn)火信號(hào)丟失2分鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)，節(jié)省能耗。對(duì)于電池信息，I2C通信狀態(tài)，溫度及容量狀態(tài)都有很好的監(jiān)視作用，其中系統(tǒng)只帶有欠壓保護(hù)，高溫保護(hù)等。應(yīng)用層圖形界面的設(shè)計(jì)主要用到基于C++的Qt庫的開發(fā)。包括界面布局，接口設(shè)置，MySQL數(shù)據(jù)庫的使用。相關(guān)函數(shù)通過信號(hào)與槽機(jī)制建立聯(lián)系等。比如語句QOBJECT：：connect（btnButton1，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（maxBateryValueslot（）））；建立了btnButton1按鈕與函數(shù)maxBateryValueslot（）的聯(lián)系。應(yīng)用界面通過存儲(chǔ)在E2PROM上的當(dāng)前地址建立聯(lián)系。這是底層開發(fā)完成后預(yù)留的與應(yīng)用層進(jìn)行通信的接口。應(yīng)用程序開發(fā)完成后還需要移植到開發(fā)板上。在Qt Creator軟件上使用MySQL數(shù)據(jù)庫時(shí)需要用戶自己編譯數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)編譯，首先應(yīng)下載并安裝MySQL數(shù)據(jù)庫，注意安裝時(shí)選擇Custom Install定制安裝，然后編譯，在編譯時(shí)注意數(shù)據(jù)庫的lib文件和include頭文件。最后再將生成的qsqlmysql4.dll，libqsqlmysql4.a，qsqlmysqld4.dll，libqsqlmysqld4.a這四個(gè)文件都復(fù)制到數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)插件放置的目錄。項(xiàng)目在編譯鏈接通過后會(huì)在項(xiàng)目相應(yīng)的一個(gè)release文件夾（如：chen-build-desktop-Qt_5_5_0_Qt-5_5_0_Release文件夾）中，比如.exe文件就在此。然后將此.exe文件通過tftp方法傳到開發(fā)板的相應(yīng)目錄中。注意在提取應(yīng)用程序時(shí)可能需要將Qt5.5.0的.lib文件（如imports， lib， plugins， qtc-qmldbg， qtc-qmlobserver， translations等文件）存放在開發(fā)板的相關(guān)目錄下。最后在開發(fā)板的Linux終端輸入相關(guān)命令：

#可執(zhí)行文件名 –qws 即可運(yùn)行。

這時(shí)，系統(tǒng)已基本開發(fā)完成。從結(jié)果中可以看到，當(dāng)圖6中的Charge State為0時(shí)表示此時(shí)電池正在充電，圖中的各個(gè)參數(shù)代表當(dāng)時(shí)電池的電池容量，當(dāng)前溫度，充電時(shí)間等。圖7表示此時(shí)電池正在放電，這時(shí)Charge State為1。

5 結(jié) 語

本文基于嵌入式Qt實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源汽車的電池監(jiān)控，使其在使用壽命上有了非常大的提高，符合節(jié)能減排的原則。應(yīng)用嵌入式Qt開發(fā)操作界面使其更加簡潔，這在控制成本方面也起到了一定的作用，非常符合設(shè)計(jì)需求。

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