2024年3月17日发(作者：)

开发与应用 计算机与信息技术 ·3·

基于QT的工程机械监控和

诊断系统的设计与实现

李青松 周晓光 周慧玲

（北京邮电大学 自动化学院，北京 100876）

摘 要

近年来工程机械以电子、信息技术为先导，计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统、电子监控

和自动报警等系统有了长足发展。本文通过以PXA270硬件平台、QT为开发工具、CAN和串口为通讯方式，开发出了适用

于工程机械的监控和诊断的应用程序。

关键字

工程机械；监控；诊断；QT

1 引言

传统工程机械的仪器仪表，电气控制系统是独立显示和

控制的。这种设计使控制系统特别臃肿，操作手监控和管理信

息的难度大，工作效率低。随着计算机技术、微电子技术、信

息技术和自动控制技术等在工程机械的应用，基于嵌入式平台

开发人机交互界面，实现工程机械的监控和诊断成为热点

[1]

。

生存。图1显示了QT for Embedded Linux的实现结构。

本文采用PXA270硬件平台、QT/Embedded图形工具，开

发了模拟工程机械状态的仪器仪表，通过调用QT数据库

SQLite，运用CAN总线、RS232/RS485串口进行信息传输，实

现了对工程机械的状态监控和故障的预测评估诊断。

图1 QT for Embedded Linux的实现结构

3 开发环境

3.1 硬件环境

UP-EM4000_PXA270硬件平台是一款比较理想的工程

机械监视器应用开发系统。该平台采用了高性能（520MHz

主频）和低功耗的Intel PXA270处理器，64MB SDRAM，

128MB NAND FLASH以及16MB的NOR FLASH，6.4英寸的

640*480分辨率的SHARP TFT LCD，2路CAN总线的接口，1

路10/100Mb的以太网接口，2个PAL制式的AV接口，1个USB

接口，2路RS-232接口或1路RS-232接口+1路RS-485接口，

以及8个功能键。UP-EM4000_PXA270硬件平台还支持GPS

定位以及GPRS通信功能扩展，可以完成对工程车地理位置和

各种运行状态的集中监控。

UP-EM4000_PXA270硬件平台移植了Linux2.6的内核作

为操作系统，yaffs的文件系统以及QT4的库，方便用户直接

进行应用程序的开发和移植。

3.2 软件环境

为了开发满足功能的应用程序，本文采用的软件环境是

Vmware Work Station虚拟机+Fedora 8 Linux操作系统、

2 QT 概述

QT是前挪威Trolltech公司所开发的一个跨平台

FrameWork环境，在X环境下可以看作是一套功能完整的用

户界面工具包，是开源的桌面系统KDE的基石。它采用类似

C++的语法，并且具备物件导向功能。和Java的“一次编译，

到处运行”的跨平台不同的是，QT是源码级的跨平台。“一

次编写，随处编译”的特性可以让使用QT编写的应用程序，

移植到Microsoft Windows 95/98/2000、Microsoft Windows

NT、MacOS X、Linux、Solaris、HP-UX、Tru64 （Digital

UNIX）、Irix、FreeBSD、BSD/OS、SCO、AIX等许多平台

。

Trolltech公司也针对嵌入式系统，推出了相应的版本，可

以在多种处理器上运行。在QT4.0以前，嵌入式版本称为

QTopia Core；QT4.0以后，变改名为QT for Embedded Linux。

与桌面版本不同的是，QT for Embedded Linux整合了所有功

能，应用程序直接使用frame buffer，取代了X Server及X

Library等角色。同时它还采用模块化设计，可裁剪性强，最

小可压缩到800Kb左右，该特性让其更适合在嵌入式环境下

[2]

·4· 计算机与信息技术 开发与应用

HMI_Developer。

Vmware work station虚拟机 + Fedora 8 Linux操作系统，

是为了建立QT for Embedded Linux的交叉编译环境，生成可

以移植到UP-EM4000-PXA270的QT库文件。

HMI_Developer是一个集QT for Windows和Cygwin的组

态软件编程环境，并包含了自主开发的一系列的工程机械常

用的控件，大大减轻了开发者的开发难度。其中QT for

Windows用来程序编辑，Cygwin是Windows下的一种

Unix/Linux环境，用来建交叉编译环境，用来编译生成下位机

的可执行程序。

图2 PXA270硬件平台结构图

4 应用程序开发

通过分析工程机械的一些共有特征和存在一些问题，要

实现工程机械的监控和诊断，应用程序需要满足下面几个部

分。

（1）工程机械上的一些基本的状态要在监控器上显示出

来，比如油量、油温、发动机转速、相对水平位置、车速等。

（2）工程机械的智能控制需要通过监控器来操作，比如

仪器开关、指示灯开关等。

（3）工程机械的报警记录和常见故障的预测评估，比如

转速过快、传感器故障、数据传输故障等。

4.1 基于QT控件开发工程机械监控的实现

Hmi_developer已经包含了qt4提供的一些窗口控件，比

如按键、进度条、菜单等；但为了模拟工程机械的仪器仪表

状态，需要开发仪表盘、指示灯、相对水平位置等控件。

根据QT4提供的接口，创建扩展需要从QObect和相应

的基类继承并实现相应的函数。为了使QT原对象系统直接

调用，要使用Q_INTERFACES（）宏。以开发相对水平位置

position控件为例，开发水平控件position插件头文件应包含

如下。

Class Position：public QObject，

Public QDesignerContainerExtension

{ Q_OBJECT

Q_INTERFACE（QDesignerContainerExtension）

}

完成整个水平控件功能后，在QT command Prompt和

QT-arm command Prompt中运行make install编译安装，将编

译产生的各文件，安装到相应目录。最后写.pro文件，更新

工程的编译时使用的库文件，如下。

CONFIG（release， debug|release） {

QMAKE_LIBS += -lcustomplugin -lposition

}

CONFIG（debug， debug|release） {

QMAKE_LIBS += -lcustomplugind -lpositiond

}

4.2 基于QT数据库工程机械诊断的实现

为了实现工程机械的报警记录和常见故障的预测评估，

可以通过调用QT数据库SQLite接口。将常见的故障分别给

一个特定的ID号，通过调用QT的数据库功能，做成智能专

家信息表；同样，当接收到报警故障信息的时，把报警故障

信息，存入报警故障信息表，再通过查询智能专家信息表，

得出如何解决当前报警故障的方法。

在创建的QT应用程序里面，以“QSQLITE”为数据库

类型，以“：Diagosis_System：”为数据库名，创建一个SQLite

数据库。即：

QSqlDatabase db = QSqlDatabase：：addDatabase

（“QSQLITE”）；

abaseName（“Diagosis_System”）；

然后用QSqlQuery类创建数据库表“Expert_System”和

“Alarm”，将常见这些报警故障信息存“Expert_System”表，

报警记录存“Alarm”表。以插入一条Expert_System信息为

例：

QSqlQuery query（“INSERT INTO Expert_System（id，

suggestion）”

“VALUE（1，’电压过低，请充电’）”）；

将插入的报警记录，通过读到该报警记录的ID号，比

如5，通过查询“Expert_System”表的ID号，得到解决方案。

QSqlQuery query；

（“SELECT suggestion FROM Expert_System

WHERE id=5”）；

4.3 应用程序实例

以挖掘机为工作对象，开发了如图3、图4所示的实用

程序实例。通过挖掘机上的传感器采集数据，通过控制器和

高速的CAN总线传送到PXA270硬件平台解析，应用程序得

到解析后的数据，动态的显示当前挖掘机的各种状态和报警

开发与应用 计算机与信息技术 ·5·

情况。试用中，经过多次模拟测试，在数据通信、智能控制、

数据库操作上，都有良好的效果。图3显示了基本状态的监

控界面，图4显示了报警故障记录的记录情况，以及如何查

询所选报警故障的解决方法。

5 结束语

运用嵌入式GUI来对工程机械的状态监控和诊断，增加

了工程机械的使用安全性，提高了操作手的舒适性，有益于

工程机械的发展。本文基于CAN总线接口和RS232/485串口

接口，对工程机械的各种状态信息进行接收，并给以处理，

比如显示状态、开关动作等；还可以通过键盘编辑数据，通

过CAN和RS232/485传输数据，完成工程机械的控制。

参考文献

[1]张金兴.《对工程机械发展的思考》。工程机械，2001.12

[2]蔡志明，卢传富，李立夏等.《精通QT4编程》。北京：

电子工业出版社，2008.1

[3]王田苗.《嵌入式系统设计与实例开发》。北京：清华

大学出版社，2002

[4]邬宽明.《CAN总线原理和应用系统设计》。北京：北

京航空航天大学出版社，1996

[5]李玉河，吴国祥，邵善锋. 嵌入式电子控制器开发及

在装载机上的应用.中国工程机械学报.2008.9

收稿日期：11月11日 修改日期：11月30日

作者简介：李青松（1985-），男，硕士研究生，研究方

向：物流自动化和信息化；周晓光（1957-），男，教授，博

士生硕士生导师，研究方向：电子商务与自动化物流系统，

无线通信技术应用；周慧玲（1965-），女，副教授，研究方

向：测控网络及嵌入式系统、无线传感器网络。

图3 状态监控

图4 报警故障诊断

（上接第2页）

firstnewS = firststart；

firstnewE = pTemp1；}

3.3 属性合并关键技术

济大学学报，Vol28（1）

[2] 秦洪现，崔惠岚，孙剑. Autodesk系列产品开发培训

教程. 北京：化学工业出版社，2008

[3] （美）Sham Tickoo. AutoCAD 2000 高级定制. 北京：

机械工业出版社，2001

[4] （美）David Simon. Visual C++6 编程宝典. 北京：

电子工业出版社，2006

[5] 李长勋. AutoCAD ObjectARX 程序开发技术. 北京：

国防工业出版社，2005

收稿日期：10月30日 修改日期：11月30日

作者简介：周醉（1979-），男，硕士研究生，研究方向：

测绘工程。

在地形图中涉及到属性合并的地理实体包括等高线、建

筑物、水系线等拓扑信息。对于这类信息的属性的合并，在

拼接前将原实体上的属性数据记录在数据库中，然后在新的

合并后的实体生成后，再从数据库中读取相应的数据，并加

载于实体的扩展数据中。

4 结论

本文所用的方法对于线状实体和面状实体的接边是切实

可行的，保证了地形图在拼接过程中的准确性和高效率性。

参考文献

[1] 华慧，童小华.数字化地图的自动接边及其精度[J].同