基于树莓派平台的电梯彩屏显示系统设计

　　摘要：本文针对多媒体彩屏电梯显示的需求，在ARM內核树莓派平台和单片机接口板双处理器架构的硬件支持下，利用485/CAN总线传输技术、Linux应用编程、Qt5用户界面编程，提出并实现了一种双处理器架构的电梯彩屏显示系统。此彩屏显示系统与传统显示系统相比，界面更美观，功能更丰富，且具有低成本、高稳定性等特点。实际测试结果表明，此电梯彩屏显示系统设计的可行性和有效性。

　　引言

　　近年来，随着高层建筑数量的与日俱增，电梯的需求量也在增加。现阶段我们广泛使用的电梯都是基于LED点阵列的显示系统，显示状态信息比较简单，显示方式比较单调。此外，现在的一些电梯里的广告机，虽然改善了电梯轿内的乘坐环境，良好的广告效果也给商家带来了不小的经济效益。但是这种显示装置没有和电梯控制系统融为一体，只是单纯的视频播放而已。

　　为了使显示和电梯控制系统相融合，打造舒适的乘坐环境，针对现有的电梯系统提出一种由单片机完成不同厂商适配、由ARM/X86统一显示的双核处理方法。该方法中ARM/X86处理器专注于统一通用格式电梯状态信息解码、楼层图片切换或视频播放，从而提高整个系统的实时性与可靠性。针对不同厂商的电梯通信协议，只需要更改单片机的编解码程序便可使整个系统重新工作。

　　Raspberry Pi(中文名为“树莓派”)是一款由英国的树莓派基金会所开发，以低价硬件及自由软件为学生计算机编程教育而设计的卡片式电脑。其配备一枚700 MHz博通出产的ARM架构BCM2835处理器，256 MB内存(B型已升级到512 MB内存)的微型电脑主板。Raspberry Pi以SD卡为内存硬盘，主板周围有两个USB接口和一个网口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。其操作系统采用开源的Linux系统，比如Debian、Arch Linux，自带的Iceweasel、KOffice等软件能够满足基本的网络浏览、文字处理以及计算机学习的需要。

　　Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。Qt具有优良的跨平台特性，Qt支持下列操作系统：Microsoft Windows 95/98、Microsoft Windows NT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、Digital UNIX(OSF/1、Tru64)、FreeBSD、BSD/OS，SCO、AIX、OS390、QNX等等。

　　1 系统整体设计

　　1.1 系统框架

　　本系统的硬件部分主要由接口转接板和显示板组成，系统框图如图1所示。

　　1.2 子系统功能介绍

　　1.2.1 接口转接板

　　接收RS-485/CAN总线上的电梯通信协议，并完成协议的解析;承载温度传感设备和挂在I2C总线上的时钟电路，供显示板读取温度和时间信息，完成用户按键的检测与编码。

　　1.2.2 显示板

　　接收接口转接板译码后的电梯数据;读取温度和时间信息;实现界面应用程序。

　　2 接口转接板子系统设计

　　接口转接板子系统硬件主要包括ATmega8单片机、DS18B20温度传感器、PCF8563时钟芯片、MAX485芯片等。其接口转接板框图如图2所示。

　　电梯的通信协议有多种，本文以NICE3000通信协议为例实现本系统。

　　2.1 NICE3000通信协议的通信设定

　　通信方式：RS-485标准、异步、半双工。

　　数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验位。

　　通信波特率：9 600 bps。

　　通信地址定义：广播地址为0，外接节点地址为1～31(外招板拨码开关确定)，地址同时也表示外招所在楼层;显示板只是接收显示，地址设定为0(拨码)，无需通信回复。

　　数据校验：采用两位异或校验。

　　数据帧分类：共有两种形式，其中广播帧用于外招显示内容的信息，不需要返回帧，另外还有一种是普通帧，主要完成主控制板与外招之间的控制信息交换。

　　2.2 帧格式

　　数据帧采用固定长度，5个字节，结构为帧头、用户数据、帧尾。

　　帧头：包括1个字节地址，即主控制板发送给外招的标识，从机(外招)根据帧头判断本机是否响应当前通信。如果地址是广播地址，则从机接收信息，但是不用返回。

　　用户数据包括：数据2个字节，根据发送方向(主到从或是从到主)以及帧形式定义不同的用户数据。

　　帧尾：包括2个字节校验数据，先发低位，后发高位。

　　电梯系统接收到的数据帧不能直接显示，需要根据数据帧格式，对数据进行校验，然后解析，最后提取有用的数据给显示系统进行显示。本系统的操作如下：

　　3 显示板子系统设计

　　对于彩屏电梯显示系统而言，液晶屏的显示效果对客户的影响是至关重要的。因此，应用层的程序开发相当重要。考虑到图形界面控件的丰富程度、漂亮程度以及开源免费的持续升级等因素，选择了QTE/Qt5图形开发平台。显示板子系统的架构如图3所示。

　　3.1 Qt的移植

　　3.1.1 Qt的移植条件

　　Qt for Embedded Linux是用于嵌入式Linux所支持设备的领先应用程序架构。Qt可以在任何支持Linux的平台上运行，创建具有独特用户体验的具备高效内存效率的设备和应用程序。Qt的移植需要满足以下几个基本条件：

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