[基于Linux,Qt的列车人机界面的设计]人机界面设计
摘 要： 主要阐述一种用于列车显示器人机界面的设计方案。通过分析选择开源，而且稳定性好的linux系统及Qt/Embeded软件作为其设计的软件平台。构建列车显示器人机界面的整体构架，并阐述各个界面的构建过程和重要的编程思路，实现其相应功能。
关键词： 人机界面；linux系统；Qt/Embeded
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720044-02
0 引言
列车在高速运行过程中，驾驶员或维护人员对列车的一些状态信息的了解与否对于列车的安全运行起着重要作用，而随着铁路列车的高速发展，工作人员需要的信息也日益增加，传统的以模拟仪表和指示灯为主的显示方式已经不能适应现代高速列车发展的需要，由此产生了基于ARM开发板的智能显示器。这种显示器具有显示容量大、可存储及显示界面可编程等特点，使列车显示的信息简介和标准化。通过智能显示器提供友好的人机界面，工作人员可以对列车的相关参数进行设置、并能实时的掌握有关列车和线路的重要信息，同时对列车上其他设备所发出的命令和警告做出及时响应。
因此，本文在功能强大的pc硬件平台上，在Linux操作系统下，用Qt/Embeded软件开发了一个适用于铁路列车显示器的人机界面。
1 操作系统的选择
操作系统是整个软件系统的开发基础。一般来说，比较常见的嵌入式操作系统有：VxWorks、WinCE、Linux。Linux操作系统是由Unix系统发展而来，经过多年的改进，所以具有稳定成熟的特点，在网络通信方面的功能比较突出，而且其开源的特点，保证了其系统良好的可移植性，同时也支持多种软件开发工具，便于应用程序的设计。因此，本次设计选用Linux作为其操作系统。
2 软件平台的选择
对于软件开发平台，我们主要有3种选择：MiniGUI、MicroWindows、Qt/Embedded。Qt/Embedded是一个专为嵌入式设备的图形系统应用开发而设计的软件，运用的是C++语言，本身还自带多种形式的窗口和及部件，所以其拥有良好的可视化编程，在Windows和Linux系统下拥有同样的API，所以拥有良好的跨平台性，这十分有利于应用程序的移植，所以本次设计选用Qt/Embedded作为其软件开发平台。
3 人机界面的设计
列车显示器的最终用户是司机和列车上的工作人员，因此其人机界面的设计需要考虑到以下几个问题。
1）显示信息量需求分析。列车在高速行驶过程中，会产生很多重要的参数和信息，我们对于列车显示器人机界面上的设计原则是要直观，简洁，友好的显示列车参数和信息。在此分析下需要显示的重要的参数和信息。在列车行驶前，需要注意的信息有各车厢的车门和空调开关与否，以及其车厢内的温度。列车行驶中，需要的信息有列车当前车速，接触网电压，轴温，主断路器，制动力，牵引力以及故障信息等。
2）人机界面结构设计。基于上面所分析的显示信息量，人机界面主要划分为5个子界面，分别是机车状态，集中控制，制动系统，牵引系统和故障信息。其中集中控制界面里再设置一个子界面，用于查询各车厢的状态。所以，人机界面的整体结构图如1图所示。
图1 主结构图
4 软件实现
Qt是Linux系统下功能很强的图形界面开发工具，而且非常支持可视化编程，其设计器（Qt Designer）提供了一个IDE，拥有很好的人机交互界面。因此，我们主要就是利用这个IDE和它预留的API函数，将需要的控件以图形的方式嵌入到Qt Designer中去，作为它的一个插件，方便使用者用以生成所需的界面。下图就是制作的人机界面。
图2 人机界面
下面就几个人机界面软件实现过程中几个关键技术做出说明。
4.1 编写多窗口程序
在集中控制界面上，我们设计了个查询功能，其功能是按下查询按钮，即会弹出个查询子窗口，显示各车厢的温度，车门和空调开关与否，便于我们查询。其过程大致如下：
1）新建一个工程文件，文件和类选择QT设计师界面类，界面模版选择Dialog without Buttons，类名为cxcx，然后添加至我们的人机界面工程项目中。
2）在集中控制界面上添加一个Push Buttons按钮，修改其名称为查询，再右键点击此按钮，选择go to slot（转到槽）选项，弹出的信号选择框中选择clicked()信号，这样就构造了一个PushButtons_clicked()槽函数，再在槽函数中编写如下代码。
void Widget::on_PushButton_clicked()
{
cxcx cx； //建立自己新建类的对象cx
if(cx.exec()==QDialog：：Accepted) //利用Accepted信号判断是否被按下
{
cx.show()；//如果被按下，显示此窗口
}
else return 0；
}
3）最后在主程序开头进行函数声明#include "cxcx.h"，这样就完成了本次设计中多窗口程序的编写，实现了其功能。
4.2 实时显示系统时间
对于如何在人机界面上提取并显示系统时间，有两种方法，一种是使用事件机制来实现，另一种是自己建立关联。而本次设计运用的是建立关联的方法，其过程如下：
1）在主界面上添加一个标签labe1，并设置其显示内容为“0000-00-00 00:00:00 星期日”。
2）在主程序头文件中添加槽函数声明。
private slots:
Void timerUpDate()；
3）在主程序源文件中添加#include的头文件包含，这样就包含了QtCore下的所有文件。再在构造函数里添加如下代码：
QTimer*timer=new QTimer(this)；//新建定时器
Connect（timer，SIGNAL(timeout()),this,SLOT(time
rUpDate())）；//关联信号和槽
Timer->start(1000)； //定时器开始计时，1000ms即1秒
4）最后实现更新函数。
Void MainWindow::timerUpDate()
{
QDateTime time = QDateTime::currentDateTime()；//获取系统时间
QString str = time.toString("xxxx-NN-dd hh:NN:ss dddd")；//设置系统时间格式
ui->labe1->setText(str)；//在标签上显示时间
}
5 结束语
本文设计的列车显示器人机界面能够比较直观，简洁的显示列车运行过程中的重要信息，而且其运用的Qt/Embeded 图形设计软件拥有良好的可视化编程，所以添加信息显示栏会非常方便，这大大提高了界面的友好性。所有这些不管是对列车司机还是工作人员，都提供了很多方便之处。
参考文献：
[1]刘军，支持TCN的列车智能显示器的研究与实现[D].湖南：中南大学，2009.
[2]俞辉、李永，ARM嵌入式Linux系统设计与开发[M].机械工业出版社，2001.
[3]怯肇乾，嵌入式图形系统设计[J].北京航空航天大学出版社，2005.
[4]刘凯，Qt程序设计[M]. 清华大学出版社，2003.
作者简介：
万坤（1989-），男，江西南昌人，硕士研究生在读，主要从事嵌入式系统和列车通信网络的研究。