李俊杰 馮韜 奚志遠(yuǎn) 何異 耿磊

摘 要：目前，“停車難”已成為困擾我國諸多城市的嚴(yán)重問題。興建智能立體車庫是解決這一難題行之有效的辦法。作為用戶和智能立體車庫進(jìn)行交流的最直接方式，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)顯得特別重要。本文在Linux系統(tǒng)下采用Qt語言對(duì)人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用信號(hào)與槽機(jī)制簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)界面之間的跳轉(zhuǎn)，結(jié)合多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信和語音提示，同時(shí)引入了數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)車庫日常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)與信息。本次設(shè)計(jì)的交互系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔美觀，操作方便，可以直接移植到Linux嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行使用。

關(guān)鍵詞：智能立體車庫 人機(jī)交互界面 Qt Linux

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0 引言

截止2015年底，我國的機(jī)動(dòng)車數(shù)量達(dá)到2.79億輛，機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藬?shù)達(dá)3.27億，給城市交通帶來了諸多的問題。為解決停車難的問題，機(jī)械式立體車庫應(yīng)運(yùn)而生。在立體式車庫的設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互界面占有重要的地位，它是用戶體驗(yàn)車庫的主要方式，其展示結(jié)果將直接影響到用戶體驗(yàn)。

目前，我國大多數(shù)機(jī)械式立體車庫的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)都過于簡(jiǎn)單，或是直接采用機(jī)械式操作和非接觸式刷卡存取車。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，這些設(shè)計(jì)方式不利于對(duì)車庫用戶信息的日常管理，滿足不了現(xiàn)代科技飛速發(fā)展帶來的種種需求。針對(duì)以上問題，本文采用Qt語言實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。管理員和用戶均可以通過此界面對(duì)各自的信息進(jìn)行管理，隨時(shí)查看自己車位的使用狀況。在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，管理員可以通過該界面第一時(shí)間與用戶取得聯(lián)系。在使用的過程中，系統(tǒng)會(huì)以語音的形式引導(dǎo)使用者更好的操作該軟件系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)還支持手機(jī)移動(dòng)端的操作，以短信的形式，通過GSM模塊發(fā)送特定的內(nèi)容到該軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)就可以向下位機(jī)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取車操作。

1 軟件總體框架

本軟件實(shí)現(xiàn)的功能主要是創(chuàng)建多個(gè)操作界面，并根據(jù)不同功能完成各個(gè)界面之間的跳轉(zhuǎn)；在對(duì)界面進(jìn)行操作時(shí)，通過配置串口、GPRS/GSM完成和下位機(jī)、手機(jī)APP的通信；搭建數(shù)據(jù)庫，對(duì)管理員、用戶和車位的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)的錄入中，可以隨時(shí)調(diào)用軟鍵盤進(jìn)行輸入[1]；軟件在運(yùn)行時(shí)還可支持中文的顯示，并在操作車庫的同時(shí)進(jìn)行語音提示，使車庫的使用更加便捷。本軟件的總體框架圖如圖1所示。

2 軟件整體工作流程

軟件在啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先對(duì)數(shù)據(jù)庫、車位信息、串口等進(jìn)行初始化。運(yùn)行的過程中，始終對(duì)下位機(jī)串口、手機(jī)APP串口和軟件自身界面進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳入，即刻將收到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證成功方可進(jìn)入系統(tǒng)。進(jìn)入系統(tǒng)后，若操作車位，則向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；若聯(lián)系用戶，則向手機(jī)APP發(fā)送數(shù)據(jù)；若操作數(shù)據(jù)庫，則在對(duì)比驗(yàn)證成功后對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。具體流程圖如圖2所示。

3 軟件功能實(shí)現(xiàn)分析

3.1 界面切換

本文中采用了大量的信號(hào)（signals）和槽（slots），它們是Qt中的典型機(jī)制[2]。在本文中的具體使用方法如下：

Connect（發(fā)送者sender，信號(hào)函數(shù)SIGNAL，接受者reciever，槽函數(shù)SLOT）信號(hào)與槽主要對(duì)按下（QPushButton）事件進(jìn)行捕捉，實(shí)現(xiàn)界面與界面之間的調(diào)轉(zhuǎn)切換，完成該按鍵按下時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。圖3為軟件界面的調(diào)用框圖。

3.2 串口通信

串口通信是本文實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)，它是連接下位機(jī)和手機(jī)APP的通信橋梁。在Qt語言中，提供了第三方類Posix_QextSerialPort對(duì)串口進(jìn)行操作[3]，Posix_QextSerialPort類打開串口及對(duì)串口進(jìn)行初始化的主要代碼如下所示：

uartCom = new Posix_QextSerialPort（"/dev/ttySAC0"， QextSerialBase：：Polling）；

uartCom->open（QIODevice：：ReadWrite）；

uartCom->setBaudRate（BAUD115200）；

uartCom->setDataBits（DATA_8）；

uartCom->setParity（PAR_NONE）；

uartCom->setStopBits（STOP_1）；

其中，uartCom為Posix_QextSerialPort的類對(duì)象，通過構(gòu)造函數(shù)操作Linux系統(tǒng)/dev/路徑下串口0的驅(qū)動(dòng)程序ttySAC0。在Linux系統(tǒng)中，Posix_QextSerialPort對(duì)串口的操作只能采取輪詢方式Polling，即定義一個(gè)定時(shí)器，每隔一段時(shí)間對(duì)串口進(jìn)行掃描，查看是否有數(shù)據(jù)的操作。在以讀寫方式打開串口后，定義串口的通信方式。本文使用的串口0和串口1的通信方式均約定為：波特率115200，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位。利用Posix_QextSerialPort類提供的write（const char *）函數(shù)和readAll（）函數(shù)完成對(duì)串口數(shù)據(jù)的寫入與讀取。

3.3 GPRS/GSM短信接收

上位機(jī)與手機(jī)APP的通信主要通過串口控制GPRS/GSM模塊完成[4]。GPRS/GSM模塊內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議，只需往該模塊中寫入AT指令即可實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信和撥打電話的功能。表1為本文中用到的基本AT指令。

在通過串口往GPRS/GSM模塊寫入AT指令時(shí)，需要在寫入的字符串后面加上“＼r”，Linux系統(tǒng)中“＼r”為回車標(biāo)志。收到手機(jī)APP端發(fā)送的短信后，要提取發(fā)送者的號(hào)碼以及發(fā)送的信息內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，才能正確的將相應(yīng)的命令發(fā)送到下位機(jī)。經(jīng)過多次測(cè)試，接收到短信時(shí)串口會(huì)收到并讀取帶有“+CMTI”字符串的數(shù)據(jù)，每次讀取到的短信數(shù)據(jù)中，發(fā)送者的手機(jī)號(hào)碼在“+86”（移動(dòng)卡）或“"86”（聯(lián)通卡）字符串后面，收到的短信內(nèi)容位于“+32"”后面。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，就可以將字符串中的號(hào)碼和內(nèi)容截取出來。

3.4 數(shù)據(jù)庫搭建

Qt中支持多種數(shù)據(jù)庫語言，本文選用最基礎(chǔ)的sql語言搭建存儲(chǔ)管理員、用戶和車位具體信息的數(shù)據(jù)庫[5]。本文調(diào)用QSqlDatabase的addDatabase函數(shù)創(chuàng)建了名為database.db的sql數(shù)據(jù)庫，并通過QSqlQuery對(duì)象的exec（）在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了兩個(gè)表格（userinfo和managerinfo）分別存放用戶信息、管理員信息和車位信息，其中用戶信息和車位信息如表2所示。

在上位機(jī)軟件的編寫過程中，會(huì)多次對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，比如密碼驗(yàn)證、密碼修改、添加刪除用戶、車位選擇界面的顯示等。

3.5 數(shù)據(jù)共享

在程序的編寫過程中，經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)類調(diào)用同一個(gè)對(duì)象的情況，為此，本文使用定義全局變量的方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，其中定義的全局變量如表3所示。

其中，user為停車位選擇界面類的對(duì)象，在用戶操作界面和管理員操作界面都要調(diào)用該對(duì)象，將其定義為全局變量，方便引用；gprsCom為操作GPRS/GSM模塊的串口類對(duì)象，在歡迎界面、聯(lián)系用戶界面都使用同一串口，故定義為全局變量；uartCom為與下位機(jī)通信串口的類對(duì)象，在歡迎界面、管理員操作界面、用戶操作界面都會(huì)使用該串口發(fā)數(shù)據(jù)，定義為全局變量；closeParkingFlag為bool型變量，當(dāng)其值為true時(shí)，任何界面都可以調(diào)用它來關(guān)閉本界面。

3.6 語音提示

為了使人機(jī)交互界面更加人性化，本文加入了語音提示功能。在Linux系統(tǒng)中，madplay是一款通過命令行控制的音樂播放軟件，只需將madplay移植入Linux系統(tǒng)中即可。完成madplay的移植后，需要單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)線程來播放語音，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)界面運(yùn)行崩潰。在程序中用system（）寫入命令就可以實(shí)現(xiàn)語音播放功能。如下所示：

system（"madplay /music/addok.mp3"）；

3.7 中文顯示

QT/E-4.7.1支持中文顯示[6]，格式為wenquanyi，在main函數(shù)中定義QFont的對(duì)象，使用該對(duì)象的setFamily（）函數(shù)設(shè)置此格式，具體代碼為：

QFont font；

font.setFamily（（"wenquanyi"））；

a.setFont（font）；

4 系統(tǒng)測(cè)試

把編譯好的可執(zhí)行文件移植到嵌入式系統(tǒng)中[7]，上電開機(jī)。設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)界面運(yùn)行流暢，語音提示清晰，支持中文顯示。進(jìn)入管理員或用戶操作界面，輸入密碼進(jìn)行驗(yàn)證，密碼錯(cuò)誤報(bào)警提示，密碼一致則正確跳轉(zhuǎn)；對(duì)車庫用戶進(jìn)行管里，在信息表中可以看到數(shù)據(jù)庫運(yùn)行正常。用USB轉(zhuǎn)串口線與電腦連接模擬與下位機(jī)的通信，存取車時(shí)均發(fā)送了正確數(shù)據(jù)；進(jìn)入聯(lián)系用戶界面，成功給數(shù)據(jù)庫中的用戶撥打電話和發(fā)送短信，用手機(jī)給軟件系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，成功接收并向下位機(jī)（電腦）發(fā)送了相應(yīng)數(shù)據(jù)。經(jīng)過多次測(cè)試，整個(gè)軟件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，使用方便。

5 結(jié)束語

本文采用Qt實(shí)現(xiàn)了友好的智能立體車庫人機(jī)交互界面，可方便地移植到Linux嵌入式系統(tǒng)中使用；引入數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)車庫的數(shù)據(jù)信息，符合現(xiàn)代社會(huì)的大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)；通過觸摸屏完成存取車的操作，操作過程中伴有語音提示，更加貼近人們的日常生活。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝芬，潘麗，劉守印.基才QT/E的嵌入式Linux系統(tǒng)的軟鍵盤實(shí)現(xiàn) [J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（5）：177-179.

[2] 丁林松，黃麗琴.Qt4圖形設(shè)計(jì)與嵌入式開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2009：78-489.

[3] 陳靜.基于Ubuntu13.04系統(tǒng)下QT串口通信設(shè)計(jì) [J].電子世界，2014（18）：244-244.

[4] 白潔.基于ARM的嵌入式GPRS通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2013（44）：44-46

[5] 梁隆愷，韓改寧，王曉妮.嵌入式Qt下的數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].辦公自動(dòng)化，綜合版，2014（11）：58-61.

[6] 周繼芹，薛天宇.基于嵌入式Linux和Qtopia平臺(tái)中文環(huán)境的實(shí)現(xiàn) [J]網(wǎng)絡(luò)新媒體技術(shù)，2008， 29（2）：80-83.

[7] 陳敬，向偉.基于嵌入式Linux的QT/Embedded移植與應(yīng)用開發(fā) [J].電腦與信息技術(shù)，2013， 21（1）：57-59.