基于嵌入式Qt的新能源汽車電池監(jiān)控系統(tǒng)

陳堯杰　李璋

摘 要：隨著新能源技術的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保型汽車對于社會的需求顯得尤為重要，為滿足社會需求，提高人們對于新能源的追求，文中提出了一種基于ARM平臺的嵌入式Qt應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，以ARM9及其外圍電路為硬件基礎，在Linux系統(tǒng)上利用Qt Creator軟件開發(fā)的圖形界面系統(tǒng)來實時監(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)點在于利用嵌入式Qt開發(fā)軟件系統(tǒng)，從而擺脫了PC機體積大、成本高等方面的束縛，便于系統(tǒng)移植和攜帶。

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

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）04-00-03

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，具有體積小，功耗低，成本低，便于攜帶等優(yōu)點并符合高要求的專用計算機系統(tǒng)，它主要以應用為中心。在現(xiàn)代科技日新月異的情況下，社會朝著高度智能化，信息化的方向前進已是必然。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)整體設計

目前，嵌入式系統(tǒng)在智能生活領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平臺為方案，分為底層硬件部分，Bootloader引導內核，Linux-kernel內核及根文件系統(tǒng)，Qt/Embedded及數據庫五部分，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。其中，圖1中的Qt/Embeded在圖形界面的設計中采用Qt Creator軟件開發(fā)應用界面，完成對電池電流，電壓容量，溫度，充放電時間等重要參數的展示并使用MySQL數據庫儲存這些數據。

2 系統(tǒng)硬件的設計

電池監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是以ARM平臺為基礎，選用ARM920T和samsung的mini2440為CPU處理器。其內部晶振輸入頻率為12 MHz時，其處理器最高輸出頻率可達532 MHz。開發(fā)板帶有內存為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啟動和NOR Flash啟動兩種啟動方式。為了方便，我們一般采用NAND方式啟動。對于數據的收集與通信一般采用I2C總線接口進行。其系統(tǒng)硬件設計如圖2所示。

3 軟件平臺的搭建

在PC機下安裝VMware 10虛擬機。系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境需在虛擬機中安裝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ARM平臺進行特定的編譯。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)平臺為 Qt Creator軟件。系統(tǒng)所需的軟件和資源包如表1所列。

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

4 應用程序的開發(fā)

應用程序開發(fā)分為初始化硬件及電池信息收集，應用層圖形界面的設計與數據庫的使用兩部分。

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

硬件系統(tǒng)每隔500 ms完成一次數據采集，數據包括23串電壓，4個溫度節(jié)點，每1 s更新一次SOC值，在點火信號丟失2分鐘后，系統(tǒng)自動關機，節(jié)省能耗。對于電池信息，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，高溫保護等。應用層圖形界面的設計主要用到基于C++的Qt庫的開發(fā)。包括界面布局，接口設置，MySQL數據庫的使用。相關函數通過信號與槽機制建立聯(lián)系等。比如語句QOBJECT：：connect（btnButton1，SIGNAL（clicked（）），this，SLOT（maxBateryValueslot（）））；建立了btnButton1按鈕與函數maxBateryValueslot（）的聯(lián)系。應用界面通過存儲在E2PROM上的當前地址建立聯(lián)系。這是底層開發(fā)完成后預留的與應用層進行通信的接口。應用程序開發(fā)完成后還需要移植到開發(fā)板上。在Qt Creator軟件上使用MySQL數據庫時需要用戶自己編譯數據庫驅動。對于數據庫驅動編譯，首先應下載并安裝MySQL數據庫，注意安裝時選擇Custom Install定制安裝，然后編譯，在編譯時注意數據庫的lib文件和include頭文件。最后再將生成的qsqlmysql4.dll，libqsqlmysql4.a，qsqlmysqld4.dll，libqsqlmysqld4.a這四個文件都復制到數據庫驅動插件放置的目錄。項目在編譯鏈接通過后會在項目相應的一個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)板的相應目錄中。注意在提取應用程序時可能需要將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)板的相關目錄下。最后在開發(fā)板的Linux終端輸入相關命令：

#可執(zhí)行文件名 –qws 即可運行。

這時，系統(tǒng)已基本開發(fā)完成。從結果中可以看到，當圖6中的Charge State為0時表示此時電池正在充電，圖中的各個參數代表當時電池的電池容量，當前溫度，充電時間等。圖7表示此時電池正在放電，這時Charge State為1。

5 結 語

本文基于嵌入式Qt實現(xiàn)了對能源汽車的電池監(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，非常符合設計需求。

參考文獻

[1]（英）Neil Matthew，Richard Stones.Linux程序設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]貝爾.深入理解MySQL[M].楊濤，等，譯.北京：人民郵電出版社，2010.

[3]韋東山.嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4] 俞輝，李永，何旭莉，等.嵌入式linux程序設計案例與實驗教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[5]蔡志明.精通Qt4編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[6]華清遠見嵌入式培訓中心.嵌入式Linux應用程序開發(fā)（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[7]譚浩強.C語言程序設計（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2009.

[8]杜春雷.ARM體系結構與編程[M].北京：清華大學出版社，2003.

[9]（德）Michael Kerrisk.Linux/UNIX系統(tǒng)編程手冊（上冊） [M].孫劍，許從年，董健，等，譯.北京：人民郵電出版社，2014.

[10]（德）Michael Kerrisk.Linux/UNIX系統(tǒng)編程手冊（下冊） [M].孫劍，許從年，董健，等，譯.北京：人民郵電出版社，2014.