摘 要： 通過研究電腦橫機主控系統(tǒng)的工作流程、分析電腦橫機工作時的數(shù)據(jù)流向，針對電腦橫機的需求，提出一種以開源的Linux為操作系統(tǒng)、ARM處理器為硬件平臺的電腦橫機上位機軟件的設(shè)計方法，并且使用Qt對電腦橫機的圖形用戶界面進行設(shè)計。給出了圖形用戶界面的設(shè)計步驟及界面之間相互轉(zhuǎn)換的方法。
關(guān)鍵詞： 電腦橫機；上位機；人機交互界面；Linux-ARM；Qt
電腦橫機是生產(chǎn)羊毛衫的主要設(shè)備，市場對電腦橫機的需求在逐年加大，近兩年來，我國每年進口數(shù)千臺電腦自動橫機。但是對于我國的羊毛衫生產(chǎn)企業(yè)來說，國外所生產(chǎn)的電腦橫機價格比較昂貴，而國內(nèi)生產(chǎn)的電腦橫機又主要集中在中低端產(chǎn)品，且電腦橫機的人機交互界面非常簡單而又不夠友好[1]。
本文針對三層控制系統(tǒng)的電腦橫機進行設(shè)計。通過研究電腦橫機控制系統(tǒng)的工作流程、橫機工作時數(shù)據(jù)的流向以及操作人員對電腦橫機上位機的需求，提出一種上位機的設(shè)計方法。該上位機軟件是以開源的Linux為操作系統(tǒng)，ARM處理器為硬件平臺，用Qt對圖形用戶界面進行設(shè)計，使得電腦橫機人機交互界面更加友好，提高了電腦橫機的水平。
1 電腦橫機上位機軟件的總體設(shè)計
由于在電腦橫機上位機的設(shè)計中所要考慮到的內(nèi)容很多，本文只從以下三個方面對電腦橫機進行研究。
1.1 電腦橫機主控系統(tǒng)的工作流程
電腦橫機主控系統(tǒng)的工作流程如下：首先對電腦橫機進行上電，顯示初始界面，電腦橫機通過自檢檢查機器是否正常，若有異常，則報警停機；若沒有異常則進行初始化設(shè)置。設(shè)置完成后，對輸入的花型文件進行編譯和解析，經(jīng)編譯后的花型文件中的每一個花型可以生成一行或者多行的CNT動作行，每個控制代碼CNT行對應(yīng)相應(yīng)的PAT文件行，若符合要求則傳遞給下面的DSP控制層[2]。另一方面也可以對下位機的狀態(tài)進行反饋，若下位機發(fā)出請求，則將信息傳遞給DSP層。
電腦橫機主控系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。
1.2 電腦橫機控制數(shù)據(jù)的流程
橫機工作時數(shù)據(jù)的流向如圖2所示。首先工作人員通過對樣品的研究從花型準備系統(tǒng)中產(chǎn)生CNT文件和PAT文件[3]。通過上位機軟件的文件編譯判斷是否有文件的語法錯誤，若有錯誤則顯示出來，通過對文件的解析，將文件中的CNT動作行和PAT花樣行相互對應(yīng)，生成可以直接用于控制電腦橫機的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過I/O模塊傳遞給DSP主控層，再由DSP主控層傳遞給DSP機頭控制層，接收各種數(shù)據(jù)的反饋并且通過界面顯示給操作人員。若發(fā)生中斷，則中斷源發(fā)送信號將中斷信號傳遞給控制器，并且從界面上進行顯示。
1.3 電腦橫機軟件設(shè)計的要求
操作人員對電腦橫機上位機的功能需求主要包括：（1）為用戶提供一個良好的界面，便于工作人員的操作；（2）對由花型準備系統(tǒng)所產(chǎn)生的CNT文件和PAT文件進行讀取和分析，產(chǎn)生電腦橫機工作時所需要的花型控制信息；（3）電腦橫機運行前的初始化工作；（4）將解析好的數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)中的DSP控制層用來控制各種電機等；（5）實時接收由傳感器反饋的各種信息，并且顯示在界面上，使操作人員可以實時地了解和處理；（6）返回中斷信息并及時處理。
2 電腦橫機軟件的具體設(shè)計
2.1 上位機軟件的體系結(jié)構(gòu)
上位機軟件的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。
電腦橫機上位機基于ARM的硬件平臺，采用的是ARM9處理器，選取的芯片是三星公司的S3C2440芯片。在此基礎(chǔ)上移植開源可剪裁的Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上進行各種驅(qū)動程序的設(shè)計。應(yīng)用層主要包括圖形用戶界面和編織控制軟件，主要完成編譯和解析花型文件、進行人機交互和界面的顯示。人機界面的設(shè)計采用的是Qt。編織控制軟件根據(jù)橫機的工藝將輸入的CNT文件和PAT文件編譯和解析成為一系列的底層設(shè)備動作，使得兩個文件相互對應(yīng)，從而完成編織的完整動作。
2.2 軟件模塊的劃分
根據(jù)電腦橫機軟件的功能和要求，軟件采用模塊化的設(shè)計思想。各功能模塊的劃分如圖4所示。
文件的讀取和編譯模塊：通過USB口將花型準備系統(tǒng)中所得到的花型文件讀入上位機軟件，并且進行編譯，檢查文件是否有語法錯誤。
文件解析模塊：生成可以直接控制電腦橫機的數(shù)據(jù)，使CNT文件和PAT文件相互對應(yīng)。
編織過程的調(diào)整：對編織過程進行實時顯示并且進行調(diào)整，如有錯誤則進行報警。
中斷信號的反饋：對中斷信號進行實時地反饋。
動作的控制：在人機交互界面中對橫機工作時的動作進行實時監(jiān)控和在線修改。
工作信息的顯示：將電腦橫機傳感器所感應(yīng)到的信息及時反饋，使操作人員能更好地控制電腦橫機的生產(chǎn)。
3 電腦橫機圖形用戶界面的設(shè)計
界面的信息顯示是人機交互界面的一個重要部分，通過它可以使人們更好地運用機器，因此良好的圖形界面是必不可少的[4]。目前，面向嵌入式Linux系統(tǒng)的有代表性的GUI系統(tǒng)有MiniGUI、Micro Windows、Qt/Embedded等。在本文的嵌入式Linux系統(tǒng)下選擇用Qt/Embedded來實現(xiàn)對電腦橫機上位機的人機界面的設(shè)計[5]。
電腦橫機圖形用戶界面框圖如圖5所示。
Qt提供了兩種實現(xiàn)用戶界面的方法，一種是通過傳統(tǒng)的編碼方式實現(xiàn)用戶界面；另一種是通過Qt designer快速實現(xiàn)。Qt界面的設(shè)計主要包括以下三個方面：（1）用戶界面的設(shè)計實現(xiàn)；（2）建立信號與槽之間的關(guān)系；（3）實現(xiàn)自定義的槽函數(shù)。
由于電腦橫機所涉及的界面非常多，在此主要介紹主界面的設(shè)計以及主界面與其他子界面之間相互跳轉(zhuǎn)的方法。主界面的顯示圖如圖6所示，機器運行界面如圖7所示。
在電腦橫機的主窗口的設(shè)計中，所要實現(xiàn)的功能是通過點擊界面上的按鈕可以切換到相應(yīng)的界面去。其具體的設(shè)計過程如下。
3.1 用戶界面的設(shè)計
使用designer可以快速設(shè)計出所需要的用戶界面。通過從工具欄中拖動相應(yīng)的部件到主窗口就可以完成用戶界面的設(shè)計。通過Qt designer設(shè)計好界面之后，編譯器會將該文件轉(zhuǎn)換成能被C++所識別的.h文件。為了實現(xiàn)之后信號與槽函數(shù)的關(guān)聯(lián)，對于Qt窗口部件已經(jīng)提供的信號，可按照以下規(guī)范命名：
void on_<窗口部件名稱>_<信號名稱>_（<信號參數(shù)>）；
由于本設(shè)計要實現(xiàn)的功能是通過點擊各個按鈕就可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的窗口，所以6個按鈕就對應(yīng)6個槽函數(shù)，觸發(fā)這幾個槽函數(shù)的信號為clicked（）。在頭文件.h文件中添加的私有槽函數(shù)的定義如下：
private slots：
void on_ runButton _clicked（）；
void on_ prefsButton _clicked（）；
void on_ fileButton _clicked（）；
void on_ designButton _clicked（）；
void on_ shutdownButton _clicked（）；
void on_ testButton _clicked（）；
3.2 建立信號與槽之間的關(guān)系
實現(xiàn)了用戶界面的設(shè)計之后，需要建立信號和槽之間的連接。信號和槽是一種高級接口，應(yīng)用于對象之間的通信，是Qt的核心特性，也是Qt區(qū)別于其他的重要部分。此外，信號和槽是Qt自行定義的一種通信機制，它獨立于標準的C／C++語言，一個類要使用信號與插槽機制，就必須是從QObject或者QObject的子類繼承，而且在類的定義中必須加上Q_OBJECT宏。信號被定義在類的信號部分，而插槽則定義在public slots、protected slots 或者 private slots 部分。
這里的信號相當(dāng)于用戶所引發(fā)的事件，而槽本質(zhì)上就是一個函數(shù)，它實現(xiàn)了這個動作所對應(yīng)的功能。Qt中使用connect函數(shù)來建立信號和槽之間的鏈接。通常一個信號可以鏈接多個槽，多個信號也可以鏈接同一個槽，并且一個信號還可以與另一個信號相連接。
信號與槽的關(guān)系如圖8所示。
在主界面的設(shè)計中，通過connect（）函數(shù)來完成信號與槽的連接。并且通過信號與槽的連接可以完成對界面的相互跳轉(zhuǎn)，其代碼如下：
connect（ui-> runButton，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（on_ runButton _clicked（）））；
connect（ui-> prefsButton，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（on_ prefsButton _clicked（）））；
connect（ui-> fileButton，SIGNAL（clicked（）），this，
SLOT（on_ fileButton _clicked（）））；
connect（ui->designButton，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（on_designButton_clicked（）））；
connect（ui->shutdownButton，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（on_shutdownButton_clicked（）））；
connect（ui->testButton，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（on_testButton_clicked（）））；
3.3 實現(xiàn)自定義的槽函數(shù)
在主界面的設(shè)計中，根據(jù)主界面的具體功能實現(xiàn)相應(yīng)的槽函數(shù)，所以在頭文件中要自定義槽函數(shù)；在主界面中切換各個窗體時，可以通過show（）和hide（）類來完成；需要在實現(xiàn).cpp文件中添加代碼。例如，主界面中的runBotton按鈕的自定義槽函數(shù)代碼為：
void MainWindow：： on_ runButton _clicked（）
{
form4.show()；
this->hide()；
}
其他自定義槽函數(shù)與其類似。通過上面的方法，可以實現(xiàn)主界面的設(shè)計和多窗體之間的切換。
本文提出了一種以開源的Linux為操作系統(tǒng)、ARM處理器為硬件平臺的電腦橫機上位機軟件的設(shè)計方法，并且對電腦橫機圖形用戶界面的設(shè)計進行了詳細的研究，給出了界面設(shè)計的步驟以及界面之間的相互轉(zhuǎn)換的方法。
參考文獻
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