怎样设计一个基于ARM的燃料电池温度监控系统？
燃料电池（fuel cell）是一种新型绿色能源技术，是把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。燃料电池与一般干电池的不同点是：只要保持燃料供应，电池就会不断提供电能，而且电池反应的最终产物是水，不会对环境造成任何污染，以碳氢化合物作燃料时，反应产物仅增加少量二氧化碳［1］。
燃料电池电堆的温度分布对燃料电池的安全与寿命有重要影响，尤其是在采用质子交换膜的车用燃料电池中，温度不仅影响到催化剂的活性，而且还直接影响到质子交换膜的含水性，因此对其温度的控制有很高的要求。为了在研究过程中对其温度变化进行实时监控，本文基于arm/linux构建了一个燃料电池温度监控系统。
1 系统结构 本监控系统整体结构如图1所示。
温控系统采用arm微处理器s3c2410作为嵌入式微处理器。将经过编译的嵌入式linux2.6内核及qt/e库移植到arm上，温控系统的gui控制界面运行于lcd上。
温控器以freescale公司mc9s12dg128b单片机为控制核心，采用热电阻作为温度传感器，将温度信号转化为模拟量的电信号，再经过放大电路及压频变换（v/f变换）后，变为数字量的电信号输入控制器，实现控制算法。控制器输出的pwm信号经过光电隔离后直接控制固态继电器，从而控制热风嘴加热器对控制对象进行加热操作，实现温度控制。
web server单元采用移植基于linux的boa服务器，通过cgi（公共网关接口）实现远程用户与系统间的交互。
数据库单元采用sqlite数据库，qt为数据库访问提供的qtsql模块实现了数据库与qt应用程序的无缝链接，同时为开发人员提供了一套与具体所用数据库无关的调用接口。
gui控制界面采用qt designer设计系统的控制界面，利用qt的信号/槽（signals/slots）机制实现界面对下位机的控制。
2 各部分设计方法 本文重点研究监控系统gui界面、数据库及远程监控的设计与开发，主要详细了介绍gui界面、数据库以及web server的设计，对于温控器的设计本文不作重点介绍。
2.1 gui界面及qt程序设计 2.1.1 qt的移植 本系统的构建是通过编译qt4的库到开发板来实现的，首先应对源码进行配置编译，使库添加对底层驱动的支持。设置环境变量如下［2］：
export path= /usr/local/arm/3.3.2/bin：＄path
export qtdir=＄pwd
export qtedir=＄qtdir
export ld_library_path=＄qtdir/lib：＄ ld_library_path
配置qt使其支持数据库、网络、触摸屏等驱动，将编译后的qt目录下的lib文件夹下的库文件加入根文件系统。
为了方便用户操作，本系统应支持中文字体显示。为此，一方面将编译后的qt/embedeed的/lib/font目录下的字体库文件添加到根文件系统中，为了节省资源，可以只选择比较常用的一两种字体库；另一方面由于程序中默认的字体不支持中文，故在程序中需指定一种中文字体，方法是在程序的main函数中添加如下语句：
qtextcodec：：setcodecfortr（qtextcodec：：codecforname（‘gb18030’））；
2.1.2 程序界面开发 根据功能需求分析，设计构建了监控系统的层次化gui界面结构图［3］，如图2所示。
从图2中可以看出，子菜单主要分成两部分：一部分是温控界面的主要控制菜单，其中主要包括温度的设定、工作模式的设定、通信控制按钮、和温度显示部分；另一部分主要完成历史数据的显示，通过选择特定的通道和时间区间，可以在显示区显示温度的变化曲线，为此需要在程序中构建一个数据库文件用来存放历史数据，这部分会在后面详细介绍。
首先使用设计器创建界面的对话框，在对话框中添加组件，如：添加按钮以调用其他类来实现界面的控制，添加lcdnumber控件来模拟显示温度，添加下拉菜单来进行不同通道的选择等。连接组件的signal/slot以响应事件，修改控件属性，合理调整布局。保存gui界面为temperature.ui，根据设计器保存的界面文件（ui文件）使用uic命令生成.h头文件。
在qt下，使用多重继承的方式设计我们自己的界面类，这需要从标准的qtabwidget类和qt设计器生成的界面类继承，如图3所示。
在界面类mytemperwid中，定义gui界面所需要的槽函数，如：定义displaynumber（）函数用于显示接收到的数据，定义connect_serial（）和disconnect_serial（）分别用于连接和断开端口，定义creatsqlitedb（）用于创建数据库等。
mytemperwid类的程序片段如下：
class mytemperwid：public qtabwidget，public ui：：temperature
{ q_object
public：
mytempwid（qwidget *parent =0）；
public slots：
void displaynumber（）； //接收并显示温度信息
void connect_serial（）； //连接端口
void disconnect_serial（）； //断开端口
void creatsqlitedb（）； //创建数据口
… …
private：
… …
}；
2.2 web server的设计
boa是嵌入式 web server中的代表，对于boa的移植非常简单［4］，配置好交叉编译器后，编译boa源代码，将生成的应用程序放入根文件系统的/bin目录下，接下来完成boa的配置。
boa需要在/etc目录下建立一个boa目录，里面放入boa的主要配置文件boa.conf。在boa源码目录下已有一个示例boa.conf，可以在其基础上进行修改。首先修改group为user，修改user为boa，要根据自己开发板的情况设定，一定要是存在的用户和组。设置servername可以为想要的任何名字，接下来，从linux主机的/etc目录下将mine.types文件复制到文件系统/etc目录下。最后，创建日志文件所需的目录/var/log/boa，html文档的主目录/var/www，cgi脚本所在目录/var/www/cgi-bin。
配置工作完成以后，设定开发板的ip与主机在同一网段，运行boa，即可开启boa服务器，将静态网页放入/var/www目录下，在浏览器中输入开发板ip即可看到网页运行，对于动态网页，要编写相应的cgi程序，编译后放入/var/www/cgi-bin目录。
cgi是web服务器与你的或其他机器上的http程序进行“交谈”的一种工具，其程序需运行在网络服务器上。在本设计中，arm板通过串口与下位机进行通信，远程pc无法直接与下位机进行通信，所以采用数据库作为数据的中转单元，在数据库中建立两个字段，一个字段用于存放数据信息，另一字段存放控制信息。如图1系统的结构图所示，下位机的数据信息通过串口发往arm，将这些信息在lcd上显示，同时经这些信息保存在数据字段中，cgi程序读取并处理数据字段信息后，将这些信息显示在远程pc的浏览器上；另一方面，pc端的控制信息，经cgi编码后存放于数据库的控制字段中，qt程序检查控制字段，根据这些控制信息改变程序运行状态。
2.3 数据库的设计 sqlite是一款轻型的数据库，它的设计目标是嵌入式，占用资源低、能够支持windows/linux/unix等主流的操作系统，与mysql、postgresql这两款开源世界著名的数据库管理系统相比，它的处理速度快［5］。qt的qtsql模块由三部分组成，分别是驱动层、sql接口层、用户接口层。qtsql模块为不同层次的用户提供了丰富的数据库操作类。
在进行数据库操作前，必须首先建立与数据库的连接。qtsql模块使用驱动插件与不同数据库接口通信，目前qt4支持几乎所有主流数据库。在配置qt时，选择将sqlite驱动内置于qt中或者编译成插件。在使用qtsql模块时，需要对工程进行配置：在头文件中加入语句#include；在工程的.pro文件中加入qt+=sql。经配置后，在qt应用程序中就可以连接并使用sqlite数据库了。在qt中建立数据库连接的方法是：
qsqldatabase db=qsqldatabase：：adddatabase（‘qsq-lite’）；
根据本系统的要求，要监控8个通道的温度数据，能根据这些数据绘制历史曲线，所以数据库要包含一个时间字段和八个温度值字段，同时还要一个数值字段和一个控制字字段用于与远程pc的通信，在qt程序中可以使用如下语句建立数据库：
qsqlquery q；
q.exec（‘create table temperature （datetime double，’‘channel1 double，’‘channel2 double，’‘channel3 double，’‘channel4 double，’‘channel5 double，’‘channel6 double，’‘channel7 double，’‘channel8 double，’‘webdate double，’‘webcontrol double）’）；
建立数据库后，就可以使用insert、delete等sql语句对数据库进行插入、删除等操作了。
3 运行实例 根据上文所提出的技术方案和qt/e程序设计思想，在s3c2410arm处理器上完成了系统的开发，系统运行界面截图如图4所示。
选则好通道和时间区间，可以查看各通道不同时间段内的历史曲线图，如图5所示。
在开发板上运行boa服务器，设置开发板ip为192.168.1.100，在远程pc上打开浏览器，输入“http：//192.168.1.100/cgi-bin/temperature”，则可在浏览器上监控系统运行，如图6所示。
根据燃料电池开发过程中对温度监控的需要设计了实时监控系统及gui界面，本文详细介绍了整个系统的结构及系统各部分的开发流程，基于qt/e类库，设计了监控系统的gui及程序结构。实际运行结果表明，所提出的设计方法能够满足应用的需要。
本设计与初步应用表明，采用qt/embedded作为开发图形界面工具，利用其结构清晰的特点和跨平台性，能有效缩短项目的开发周期，提高程序代码的重用率，是开发嵌入式系统gui界面的有效工具。
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1 系统结构 本监控系统整体结构如图1所示。
温控系统采用arm微处理器s3c2410作为嵌入式微处理器。将经过编译的嵌入式linux2.6内核及qt/e库移植到arm上，温控系统的gui控制界面运行于lcd上。
温控器以freescale公司mc9s12dg128b单片机为控制核心，采用热电阻作为温度传感器，将温度信号转化为模拟量的电信号，再经过放大电路及压频变换（v/f变换）后，变为数字量的电信号输入控制器，实现控制算法。控制器输出的pwm信号经过光电隔离后直接控制固态继电器，从而控制热风嘴加热器对控制对象进行加热操作，实现温度控制。
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export path= /usr/local/arm/3.3.2/bin：＄path
export qtdir=＄pwd
export qtedir=＄qtdir
export ld_library_path=＄qtdir/lib：＄ ld_library_path
配置qt使其支持数据库、网络、触摸屏等驱动，将编译后的qt目录下的lib文件夹下的库文件加入根文件系统。
为了方便用户操作，本系统应支持中文字体显示。为此，一方面将编译后的qt/embedeed的/lib/font目录下的字体库文件添加到根文件系统中，为了节省资源，可以只选择比较常用的一两种字体库；另一方面由于程序中默认的字体不支持中文，故在程序中需指定一种中文字体，方法是在程序的main函数中添加如下语句：
qtextcodec：：setcodecfortr（qtextcodec：：codecforname（‘gb18030’））；
2.1.2 程序界面开发 根据功能需求分析，设计构建了监控系统的层次化gui界面结构图［3］，如图2所示。
从图2中可以看出，子菜单主要分成两部分：一部分是温控界面的主要控制菜单，其中主要包括温度的设定、工作模式的设定、通信控制按钮、和温度显示部分；另一部分主要完成历史数据的显示，通过选择特定的通道和时间区间，可以在显示区显示温度的变化曲线，为此需要在程序中构建一个数据库文件用来存放历史数据，这部分会在后面详细介绍。
首先使用设计器创建界面的对话框，在对话框中添加组件，如：添加按钮以调用其他类来实现界面的控制，添加lcdnumber控件来模拟显示温度，添加下拉菜单来进行不同通道的选择等。连接组件的signal/slot以响应事件，修改控件属性，合理调整布局。保存gui界面为temperature.ui，根据设计器保存的界面文件（ui文件）使用uic命令生成.h头文件。
在qt下，使用多重继承的方式设计我们自己的界面类，这需要从标准的qtabwidget类和qt设计器生成的界面类继承，如图3所示。
在界面类mytemperwid中，定义gui界面所需要的槽函数，如：定义displaynumber（）函数用于显示接收到的数据，定义connect_serial（）和disconnect_serial（）分别用于连接和断开端口，定义creatsqlitedb（）用于创建数据库等。
mytemperwid类的程序片段如下：
class mytemperwid：public qtabwidget，public ui：：temperature
{ q_object
public：
mytempwid（qwidget *parent =0）；
public slots：
void displaynumber（）； //接收并显示温度信息
void connect_serial（）； //连接端口
void disconnect_serial（）； //断开端口
void creatsqlitedb（）； //创建数据口
… …
private：
… …
}；
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在进行数据库操作前，必须首先建立与数据库的连接。qtsql模块使用驱动插件与不同数据库接口通信，目前qt4支持几乎所有主流数据库。在配置qt时，选择将sqlite驱动内置于qt中或者编译成插件。在使用qtsql模块时，需要对工程进行配置：在头文件中加入语句#include；在工程的.pro文件中加入qt+=sql。经配置后，在qt应用程序中就可以连接并使用sqlite数据库了。在qt中建立数据库连接的方法是：
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根据本系统的要求，要监控8个通道的温度数据，能根据这些数据绘制历史曲线，所以数据库要包含一个时间字段和八个温度值字段，同时还要一个数值字段和一个控制字字段用于与远程pc的通信，在qt程序中可以使用如下语句建立数据库：
qsqlquery q；
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