基于LinuxQt的地铁人机界面的设计与实现

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【摘 要】设计一种基于Linux Qt平台的国内某型地铁人机界面方案，综合考虑列车运行的环境，系统采用性能优越的X86架构作为硬件平台、稳定性强的Linux系统作为软件平台，在此基础上利用开源的图形界面库Qt开发界面程序。通过在硬件平台上的实际应用，验证了方案的可靠性与稳定性。

【关键词】人机界面，Qt，x86架构，Linux系统

一、引言

车辆人机界面（Human Machine Interface，HMI）是列车网络控制与监控系统的一个重要组成部分，是列车驾驶员和维护人员操作列车的窗口。它不同于传统司机室以模拟仪表和指示灯为主的显示方式[1]，这种基于平板显示器和微机结合构成的智能终端，具有信息显示、参数设定、功能测试和数据转存等功能，它为驾驶人员实现对车辆各子系统状态的实时监测与控制，提供了一个更加友好、简洁、标准化的界面。

基于上述原因，本文提出了一种城市地铁车辆的人机界面设计方案，方案采用Intel X86处理器作为硬件平台，以嵌入式Linux系统作为软件平台，在此基础上采用开源的图形界面库Qt开发HMI应用程序。通过在硬件平台上的实际应用，验证了方案的可靠性与稳定性。

二、系统方案

（一）硬件平台的选择

当下的硬件平台主要有x86架构和ARM架构两种选择。ARM架构的硬件平台相较于x86架构，具有功耗低的特点，但在硬件资源方面，x86架构具有明显的优势[2]，列车对功耗的要求并不像手机等移动设备那么苛刻，反而在人机界面的性能方面要求比较高，因此X86架构的硬件平台更适合做车载人机界面的开发。另外，行车过程中复杂的电磁环境和强烈的机械振动，要求显示器硬件有很好的电磁兼容性和抗振能力，有比较大的存储能力。综合上述因素，选择了基于Intel X86平台的PIXY INC90系列显示屏作为硬件平台。

（二）软件平台的选择

Linux操作系统完全沿袭了Unix系统的架构，在网络通信方面的效率和功能都很突出[3]；Linux是开源的操作系统，设计者可以根据自己的开发需求在此系统上进行二次开发，且免费使用；列车人机界面可使用的硬件资源相对较少并且要求上电时间短，综合上述因素此处操作系统选择了嵌人式Linux。

（三）编程语言的选择

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面库，由挪威TroUTeeh公司出品，它支持绝大部分类Unix系统和Windows平台，拥有良好的跨平台特性[4]。Qt/Embedded Linux，为嵌入式系统的开发人员搭建了一套完善的窗口系统和开发平台。 Qt还提供了一种称为signal/slot（信号/槽）的机制替代了一般Gui库中所使用的回调函数机制。

三、开发环境搭建

硬件平台选择PIXY INC-90显示器，显示器搭载Linux操作系统，以Oracle VM VirtualBox和Qt creater作为软件仿真、编译和开发平台，开发的应用程序经过交叉编译生成可执行文件后，通过Win Scp软件导入显示器，再用SSH服务软件远程控制显示屏，执行目标程序[5]。

四、人机界面设计

（一）设计流程

控制电源DC110V接通后，两个司机室的HMI同时开启。激活端司机室的HMI正常显示，非激活端司机室的HMI显示黑屏，主显示界面根据用户操作需求分为运行模式与检修模式，运行模式主要面对司机，检修模式主要面对检修技术人员，运行模式切换至检修模式需输入密码。设计流程如图1所示。

（二） 界面绘制实现

总程序采取顺序执行的方式，在参数初始化之前，首先执行MVB通讯模块、亮度传感器检测，以及判断串口配置文件是否读取成功程序，若成功，则进行参数初始化，若失败，则弹出故障提示界面，提示驾驶员或维护人员按故障提示进行操作。部分检测程序代码如下：

if （engine->init（0x12， 5） ！= PIXYMVB_OK） //判断MVB通讯模块是否正常

{ FaultReason = 1； //故障原因为1

showFaultHintScreen（JudgeFaultReason）； //失败，根据故障原因，显示故障提示界面

}

QFileInfo fileInfo（“/dev/ttyUSB_SC”）； //读取显示器亮度硬件配置文件

if （！fileInfo.exists（）） //判断硬件是否存在

{ FaultReason =2； //故障原因为2

showFaultHintScreen（JudgeFaultReason）； //失败，显示故障提示界面

}

图1 设计流程图

1.信号/槽（signal/slot）机制

本文提出的人机界面设计方案采用多级界面呈现的形式，界面之间的切换通过信号/槽机制实现，切换功能实现部分代码如下：

Class QPushButton； //定义按键类

QPushButton* Button； //声明一个按键指针

Button C>setGeometry（x，y，width，height）； //定义按键的坐标、长宽参数

Button->setText（QString）； //设置按键显示文本

Private signals：

Void SwitchScreen（）； //声明切换界面的信号

Private slots：

Void JumpToTargetScreen（）； //声明跳转槽函数