智能立體車庫控制系統(tǒng)人機交互軟件設計

李俊杰 馮韜 奚志遠 何異 耿磊

摘 要：目前，“停車難”已成為困擾我國諸多城市的嚴重問題。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行交流的最直接方式，人機交互界面的設計顯得特別重要。本文在Linux系統(tǒng)下采用Qt語言對人機交互界面進行設計，利用信號與槽機制簡單地實現(xiàn)界面之間的跳轉(zhuǎn)，結(jié)合多線程技術實現(xiàn)串口通信和語音提示，同時引入了數(shù)據(jù)庫存儲車庫日常運行時的數(shù)據(jù)與信息。本次設計的交互系統(tǒng)界面簡潔美觀，操作方便，可以直接移植到Linux嵌入式系統(tǒng)中運行使用。

關鍵詞：智能立體車庫 人機交互界面 Qt Linux

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0 引言

截止2015年底，我國的機動車數(shù)量達到2.79億輛，機動車駕駛?cè)藬?shù)達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，機械式立體車庫應運而生。在立體式車庫的設計中，人機交互界面占有重要的地位，它是用戶體驗車庫的主要方式，其展示結(jié)果將直接影響到用戶體驗。

目前，我國大多數(shù)機械式立體車庫的人機交互界面的設計都過于簡單，或是直接采用機械式操作和非接觸式刷卡存取車。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，這些設計方式不利于對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。針對以上問題，本文采用Qt語言實現(xiàn)了人機交互界面的設計。管理員和用戶均可以通過此界面對各自的信息進行管理，隨時查看自己車位的使用狀況。在出現(xiàn)緊急情況時，管理員可以通過該界面第一時間與用戶取得聯(lián)系。在使用的過程中，系統(tǒng)會以語音的形式引導使用者更好的操作該軟件系統(tǒng)。本設計還支持手機移動端的操作，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)就可以向下位機發(fā)送相應的數(shù)據(jù)進行存取車操作。

1 軟件總體框架

本軟件實現(xiàn)的功能主要是創(chuàng)建多個操作界面，并根據(jù)不同功能完成各個界面之間的跳轉(zhuǎn)；在對界面進行操作時，通過配置串口、GPRS/GSM完成和下位機、手機APP的通信；搭建數(shù)據(jù)庫，對管理員、用戶和車位的信息進行存儲，在數(shù)據(jù)的錄入中，可以隨時調(diào)用軟鍵盤進行輸入[1]；軟件在運行時還可支持中文的顯示，并在操作車庫的同時進行語音提示，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

軟件在啟動時，應先對數(shù)據(jù)庫、車位信息、串口等進行初始化。運行的過程中，始終對下位機串口、手機APP串口和軟件自身界面進行監(jiān)控。當有數(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)進行對比驗證，驗證成功方可進入系統(tǒng)。進入系統(tǒng)后，若操作車位，則向下位機發(fā)送數(shù)據(jù)；若聯(lián)系用戶，則向手機APP發(fā)送數(shù)據(jù)；若操作數(shù)據(jù)庫，則在對比驗證成功后對數(shù)據(jù)庫進行更新。具體流程圖如圖2所示。

3 軟件功能實現(xiàn)分析

3.1 界面切換

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

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

3.2 串口通信

串口通信是本文實現(xiàn)的重點，它是連接下位機和手機APP的通信橋梁。在Qt語言中，提供了第三方類Posix_QextSerialPort對串口進行操作[3]，Posix_QextSerialPort類打開串口及對串口進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)動程序ttySAC0。在Linux系統(tǒng)中，Posix_QextSerialPort對串口的操作只能采取輪詢方式Polling，即定義一個定時器，每隔一段時間對串口進行掃描，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個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1個停止位。利用Posix_QextSerialPort類提供的write（const char *）函數(shù)和readAll（）函數(shù)完成對串口數(shù)據(jù)的寫入與讀取。

3.3 GPRS/GSM短信接收

上位機與手機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，需要在寫入的字符串后面加上“＼r”，Linux系統(tǒng)中“＼r”為回車標志。收到手機APP端發(fā)送的短信后，要提取發(fā)送者的號碼以及發(fā)送的信息內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容進行比對，才能正確的將相應的命令發(fā)送到下位機。經(jīng)過多次測試，接收到短信時串口會收到并讀取帶有“+CMTI”字符串的數(shù)據(jù)，每次讀取到的短信數(shù)據(jù)中，發(fā)送者的手機號碼在“+86”（移動卡）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，本文選用最基礎的sql語言搭建存儲管理員、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對象的exec（）在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了兩個表格（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。

在上位機軟件的編寫過程中，會多次對數(shù)據(jù)庫進行操作，比如密碼驗證、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)多個類調(diào)用同一個對象的情況，為此，本文使用定義全局變量的方法來實現(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象，在用戶操作界面和管理員操作界面都要調(diào)用該對象，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為與下位機通信串口的類對象，在歡迎界面、管理員操作界面、用戶操作界面都會使用該串口發(fā)數(shù)據(jù)，定義為全局變量；closeParkingFlag為bool型變量，當其值為true時，任何界面都可以調(diào)用它來關閉本界面。

3.6 語音提示

為了使人機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，需要單獨創(chuàng)建一個線程來播放語音，否則會導致系統(tǒng)界面運行崩潰。在程序中用system（）寫入命令就可以實現(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的對象，使用該對象的setFamily（）函數(shù)設置此格式，具體代碼為：

QFont font；

font.setFamily（（"wenquanyi"））；

a.setFont（font）；

4 系統(tǒng)測試

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。設計的軟件系統(tǒng)界面運行流暢，語音提示清晰，支持中文顯示。進入管理員或用戶操作界面，輸入密碼進行驗證，密碼錯誤報警提示，密碼一致則正確跳轉(zhuǎn)；對車庫用戶進行管里，在信息表中可以看到數(shù)據(jù)庫運行正常。用USB轉(zhuǎn)串口線與電腦連接模擬與下位機的通信，存取車時均發(fā)送了正確數(shù)據(jù)；進入聯(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，用手機給軟件系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，成功接收并向下位機（電腦）發(fā)送了相應數(shù)據(jù)。經(jīng)過多次測試，整個軟件系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效率高，使用方便。

5 結(jié)束語

本文采用Qt實現(xiàn)了友好的智能立體車庫人機交互界面，可方便地移植到Linux嵌入式系統(tǒng)中使用；引入數(shù)據(jù)庫存儲車庫的數(shù)據(jù)信息，符合現(xiàn)代社會的大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢；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

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