基于Qt_Embedded的嵌入式半自动生化分析仪人机界面设计
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在dev建立触摸屏的相应设备文件节点将设备的驱动模块加载到嵌入式linux内核后应用程序就可以通过对设备文件的读写实现对设备的操作生化分析系统采取了触摸屏代替了传统的鼠标加显示屏的操作方式此触摸屏不在qt的默认支持范围所以需要自行开发触摸屏驱动以实现系统对触摸屏的支持触摸屏的实现流程如触摸屏开发流程嵌入式半自动生化分析仪触摸屏的驱动的开发步骤大致分为
2.1.2 设备驱动开发
Qt/Embedded 中与用户输入事件相关的信号， 是建立在对底 层输入设备的接口调用之上的， 一般是通过对设备文件的读写操 作来实现的。Qt/Embedded 中的输入设备， 分为鼠标类和键盘类。 基础输入/输出设备的驱动已经封装在 Qt 库中， 形成了相应的设 键盘、 串口、 并口驱动等。 备驱动接口。如鼠标、 嵌入式生化分析系统中主要使用的 I/O 设备是触摸屏和键 盘，用以对人机交互界面进行操作和输入相关的数据。由于 Qt/ Embedded 只提供了对 linuxtp 和 vr41xx 触摸屏的支持， 缺乏通用 性， 所以针对不同的触摸屏需要开发相应的设备驱动。在/dev 下 建立触摸屏的相应设备文件节点， 将设备的驱动模块加载到嵌入 应用程序就可以通过对设备文件的读写， 实现 式 Linux 内核后， 对设备的操作[3～4]。
[1-2]
2 系统设计
嵌入式生化分析仪属于光学式分析仪器， 它是通过检测样品 对某种单色光的吸收程度， 以及反应过程中吸光度的变化来计算 样品中待测成分的含量， 其系统结构图， 如图 1 所示。
键盘 K4S561632F ARM9 S3C2410 K4S561632F 电机驱动 电机 泵 比色池 滤光片 卤素灯 A/D 温度控制 光电池 帕尔贴 K9F1208UOB 触摸屏 K9F1208UOB
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文章编号： 1001-3997 （2009 ） 10-0004-03
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第 10 期 2009 年 10 月
基于 Qt/Embedded 的嵌入式半自动生化分析仪人 机界面设计 *
张洪建 李正明 潘天红 （江苏大学 电气信息工程学院， 镇江 212013 ）
Design of embedded chemistry analyzer man-machine interface based on QT/Embedded
ZHANG Hong-jian， LI Zheng-ming， PAN Tian-hong （School of Electrical and Information Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China ） 【摘 要】针对传统半自动生化分析仪存在的缺点，提出了一种基于 Qt/Embedded 的嵌入式系统设 计方案。在分析系统构成的基础上， 详细介绍了 Linux 下应用 Qt/Embedded 设计开发嵌入式半自动生化 包括底层图像 分析系统人机界面的方法。首先给出了 Linux 平台下 Qt/Embedded 底层驱动接口的开发， 引擎的开发和 LCD 驱动接口的设计，然后详细论述了嵌入式生化分析系统界面程序的设计过程和对中 文的支持方法。 关键词： 半自动生化分析系统； Qt/Embedded； 驱动接口； 中文支持 【Abstract】Aiming at the shortcomings of the tranditional biochemical analyzer， a new design pro－ gram of embedded system based on QT/Embedded is presented. By giving the system components， it intro－ duces the development of the human-machine interface for an embedded Biochemical Analysis based on Linux.Including the development of the bottom image engine and the design of the driver interface.The de － sign process and the support of the chinese of the graphical interfaces programs in the embedded Bio － chemical Analysis system is also presented in detail. Key words： Biochemical analysis system； Qt/embedded； The driver interface； Support of chinese 中图分类号： TH12， O652.9 文献标识码： A
2.1.1 底层图像引擎的启动
Qt/Embedded 的底层图形引擎基于 FrameBuffer （帧缓冲 ） 技 术， 也简称为 fbdrv。是一种独立于硬件的抽象图形设备。帧缓冲 机制是模仿显卡的功能， 将显卡硬件结构抽象掉， 通过对帧缓冲 的读写直接对显存进行操作。用户可以将 FrameBuffer 看成是显 示内存的一个映像， 将其映射到进程地址空间之后， 可以直接对 其进行读写操作， 而写操作可以立即反映在屏幕上。这种操作是 抽象的， 统一的。 开发人员不必关心物理显存的位置、 换页机制等 具体细节， 从而大大降低了工作量。 启动 FrameBuffer 技术， 首先确保生化分析系统的操作系统嵌入式 LINUX 的内核包含了对 FrameBuffer 的支持。编译内核 时， 选中 Linux 内核配置选项里 Driver 下的相应选项， 并修改相 应的显示模式设置文件 。 FrameBuffer 成功启动后，屏幕将在 Linux 内核的引导过程中显示 Linux 的象征-企鹅或者蓝天白云 的徽标。
＊来稿日期： 2008-12-16
＊基金项目： 国家 863 计划 （2008AA10Z208 ）
第 10 期
张洪建等： 基于 Qt/Embedded 的嵌入式半自动生化分析仪人机界面设计
5
之处在于将上位机的人机界面和下位机的处理系统结合起来， 从 而开发了基于 QT/Embedded 的嵌入式生化分析仪，不仅简化了 重点讲述 LCD 硬件构成， 降低了成本， 而且使系统的功能更强大。 的驱动开发、基于 QT/Embedded 的人机界面的开发以及界面对 中文的支持。 Qt/Embedded 是基于 Qt 的嵌入式 GUI 和应用程序开发的工 具包， 它可运行多种嵌入式设备上， 主要运行在嵌入式 Linux 系 统上， 并且需要 C＋＋编译器的支持， 并为嵌入式应用程序提供 Qt 的标准 API。QT/Embedded 人机界面的开发主要分为： 底层驱动 底 开发和人机界面应用程序的设计与开发。底层驱动开发包括： 层图像引擎和设备驱动两部分。
图 1 系统构成
系统分为： ARM9 S3C2410 处理器、 存储系统、 液路系统、 温 控系统、 光路系统、 键盘以及触摸屏。 存储系统主要由 Nand Flash 组成； 液路系统包括： 比色池、 蠕动泵、 废液池以及若干管道； 温控 系统包括半导体加热制冷元件 Peltier （帕尔贴 ） 以及温控电路； 光 路系统主要是滤光片、 卤素灯和检测电路。系统的存储系统以及 数据的采集和处理部分的设计和传统的生化分析仪类似， 其改进
OWSTouchscreen Handier QCalibratedTouchsc reenHandler QWSCustomTouches reenHandler QWSCustomTouchsc reenHandler
图 2 触摸屏开发流程
嵌入式半自动生化分析仪触摸屏的驱动的开发步骤大致分为： ） 由 QmouseDriverFactory 生成相应的 QWSCustomMouse－ （1 Handler， 将触摸屏模拟成一个鼠标类设备来操作。 （2 ） 修改鼠标类驱动的 qwsmouselinuxtp_qws.cpp，把 TS_ EVENT 的结构体修改为针对于触摸屏设备的数据结构 。 并将 QWSLinuxTPMouseHandle rPrivate 函数中的设备节点改成/dev/ ttyS1 （触摸屏 ） 。 （3 ） readNouseData （ ） 函数， 按自己的数据结构读取设备文件， 传递给 Qpoint 类对鼠标进行定位或转换为鼠标按键状态。 （ 4 ） 配置 Qt/Embedded 的安装 configure 时加入选项-qt-mouse对驱动进行重新编译。 <linuxtp>，
2.1 Qt/Embedded 底层驱动接口的开发
基于 QT/Embedded 的生化分析仪的人机交互界面不仅需要 还需要有人性化的输入/输出 强大的图形引擎对 LCD 进行支撑， 设备方便用户与系统进行交互。不同软硬件平台的底层各不相 同， 为了使设备和设备驱动对输入/输出引擎有良好的支持， 需要 由于 Qt/Embedded 具有 针对具体平台进行具体驱动程序的开发。 良好的输入/输出驱动接口 （如鼠标设备驱动、 LCD 驱动、 串口驱 动等 ） ， 人机界面在底层驱动接口开发方面层次清晰、 步骤明了。
生化分析系统采取了触摸屏代替了传统的鼠标加显示屏的 操作方式， 此触摸屏不在 Qt 的默认支持范围， 所以需要自行开发 触摸屏驱动以实现系统对触摸屏的支持，触摸屏的实现流程,如 图 2 所示。
OWSServer OWSServer： ： open Touchscreen QtouchscreenDriver Factory::create( ) QtouchscreenDriver Plugin::create(化分析仪界面程序的基本构架
针对嵌入式生化分析仪的功能需求进行分析， 设计构建了生 化分析系统的层次化人机界面结构， 如图 3 所示。将生化分析系 统的主界面分为测试、 编辑、 报告、 查询、 维护、 帮助等 6 个模块， 通过触摸屏控制指针对 6 个模块进行操作和界面 作为第一层次。 切换。 其中， 测试模块主要实现对测试项目的具体测试内容、 测试 计 条目的设定；编译模块主要负责对所要测试项目的项目内容、 算内容、 病员信息、 科别信息、 医师信息的设置； 报告模块主要是 质控报告和标准修改的内容； 查询模块是实 用于查看综合报告、 现对所进行测试的当日结果和以往结果的查询； 维护模块是实现 系统的系统维护、 初始化以及保养功能； 帮助模块是用于查看系 统的内容和关于文档。6 个主模块界面下分别有各自对应的第二 层界面， 由触摸屏进行相应的切换和控制。
1 引言
生化分析仪是通过对血液等人体体液的分析来测定各种生 化指标的仪器， 如血红蛋白、 胆固醇、 转氨酶、 葡萄糖、 淀粉酶、 尿 素氮、 无机磷、 尿酸、 钙等。 当人体某些肌体组织发生病变时， 这些 生化指标与正常人的相比将会出现差异。 准确而快速的检测这些 生化指标， 将为医生确定病人的病情提供科学依据。 生化分析仪有全自动和半自动两种类型， 全自动型实现了化 验流程全自动化， 但其价格昂贵， 维护复杂， 使用成本高， 样品数 量少时反而不方便；而半自动型除加血样和试剂需要人工外， 其 他过程也实现了自动化， 具有价廉和方便灵活的特点， 特别适合 于在中小型医疗机构和要求多样化的急诊、 门诊等特殊场合。 目前我国市场上的半自动生化分析仪主要分为两种： 一种是 采用较低档次的处理器， 这种生化分析仪的硬件复杂， 功能较弱， 而且人机交互功能较差， 不方便用户的使用和操作。 另一种， 采取 8/16 位单片机为中央处理器， 搭配上位机， 功能较强， 但是成本较 高， 不能满足一般消费者的要求。将嵌入式技术应用于生化分析 实现了一种能运行在 仪的研制中， 以 QT/Embedded 为开发环境， 以嵌入式 Linux 为操作系统的半自动生化分析仪， 较目前市场上 生化分析仪相比， 具有硬件简单， 功能强大， 成本低， 人机交互方 便等特点 。
2.2.2 生化分析系统界面程序的开发
2.1.2 设备驱动开发
Qt/Embedded 中与用户输入事件相关的信号， 是建立在对底 层输入设备的接口调用之上的， 一般是通过对设备文件的读写操 作来实现的。Qt/Embedded 中的输入设备， 分为鼠标类和键盘类。 基础输入/输出设备的驱动已经封装在 Qt 库中， 形成了相应的设 键盘、 串口、 并口驱动等。 备驱动接口。如鼠标、 嵌入式生化分析系统中主要使用的 I/O 设备是触摸屏和键 盘，用以对人机交互界面进行操作和输入相关的数据。由于 Qt/ Embedded 只提供了对 linuxtp 和 vr41xx 触摸屏的支持， 缺乏通用 性， 所以针对不同的触摸屏需要开发相应的设备驱动。在/dev 下 建立触摸屏的相应设备文件节点， 将设备的驱动模块加载到嵌入 应用程序就可以通过对设备文件的读写， 实现 式 Linux 内核后， 对设备的操作[3～4]。
[1-2]
2 系统设计
嵌入式生化分析仪属于光学式分析仪器， 它是通过检测样品 对某种单色光的吸收程度， 以及反应过程中吸光度的变化来计算 样品中待测成分的含量， 其系统结构图， 如图 1 所示。
键盘 K4S561632F ARM9 S3C2410 K4S561632F 电机驱动 电机 泵 比色池 滤光片 卤素灯 A/D 温度控制 光电池 帕尔贴 K9F1208UOB 触摸屏 K9F1208UOB
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文章编号： 1001-3997 （2009 ） 10-0004-03
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第 10 期 2009 年 10 月
基于 Qt/Embedded 的嵌入式半自动生化分析仪人 机界面设计 *
张洪建 李正明 潘天红 （江苏大学 电气信息工程学院， 镇江 212013 ）
Design of embedded chemistry analyzer man-machine interface based on QT/Embedded
ZHANG Hong-jian， LI Zheng-ming， PAN Tian-hong （School of Electrical and Information Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China ） 【摘 要】针对传统半自动生化分析仪存在的缺点，提出了一种基于 Qt/Embedded 的嵌入式系统设 计方案。在分析系统构成的基础上， 详细介绍了 Linux 下应用 Qt/Embedded 设计开发嵌入式半自动生化 包括底层图像 分析系统人机界面的方法。首先给出了 Linux 平台下 Qt/Embedded 底层驱动接口的开发， 引擎的开发和 LCD 驱动接口的设计，然后详细论述了嵌入式生化分析系统界面程序的设计过程和对中 文的支持方法。 关键词： 半自动生化分析系统； Qt/Embedded； 驱动接口； 中文支持 【Abstract】Aiming at the shortcomings of the tranditional biochemical analyzer， a new design pro－ gram of embedded system based on QT/Embedded is presented. By giving the system components， it intro－ duces the development of the human-machine interface for an embedded Biochemical Analysis based on Linux.Including the development of the bottom image engine and the design of the driver interface.The de － sign process and the support of the chinese of the graphical interfaces programs in the embedded Bio － chemical Analysis system is also presented in detail. Key words： Biochemical analysis system； Qt/embedded； The driver interface； Support of chinese 中图分类号： TH12， O652.9 文献标识码： A
2.1.1 底层图像引擎的启动
Qt/Embedded 的底层图形引擎基于 FrameBuffer （帧缓冲 ） 技 术， 也简称为 fbdrv。是一种独立于硬件的抽象图形设备。帧缓冲 机制是模仿显卡的功能， 将显卡硬件结构抽象掉， 通过对帧缓冲 的读写直接对显存进行操作。用户可以将 FrameBuffer 看成是显 示内存的一个映像， 将其映射到进程地址空间之后， 可以直接对 其进行读写操作， 而写操作可以立即反映在屏幕上。这种操作是 抽象的， 统一的。 开发人员不必关心物理显存的位置、 换页机制等 具体细节， 从而大大降低了工作量。 启动 FrameBuffer 技术， 首先确保生化分析系统的操作系统嵌入式 LINUX 的内核包含了对 FrameBuffer 的支持。编译内核 时， 选中 Linux 内核配置选项里 Driver 下的相应选项， 并修改相 应的显示模式设置文件 。 FrameBuffer 成功启动后，屏幕将在 Linux 内核的引导过程中显示 Linux 的象征-企鹅或者蓝天白云 的徽标。
＊来稿日期： 2008-12-16
＊基金项目： 国家 863 计划 （2008AA10Z208 ）
第 10 期
张洪建等： 基于 Qt/Embedded 的嵌入式半自动生化分析仪人机界面设计
5
之处在于将上位机的人机界面和下位机的处理系统结合起来， 从 而开发了基于 QT/Embedded 的嵌入式生化分析仪，不仅简化了 重点讲述 LCD 硬件构成， 降低了成本， 而且使系统的功能更强大。 的驱动开发、基于 QT/Embedded 的人机界面的开发以及界面对 中文的支持。 Qt/Embedded 是基于 Qt 的嵌入式 GUI 和应用程序开发的工 具包， 它可运行多种嵌入式设备上， 主要运行在嵌入式 Linux 系 统上， 并且需要 C＋＋编译器的支持， 并为嵌入式应用程序提供 Qt 的标准 API。QT/Embedded 人机界面的开发主要分为： 底层驱动 底 开发和人机界面应用程序的设计与开发。底层驱动开发包括： 层图像引擎和设备驱动两部分。
图 1 系统构成
系统分为： ARM9 S3C2410 处理器、 存储系统、 液路系统、 温 控系统、 光路系统、 键盘以及触摸屏。 存储系统主要由 Nand Flash 组成； 液路系统包括： 比色池、 蠕动泵、 废液池以及若干管道； 温控 系统包括半导体加热制冷元件 Peltier （帕尔贴 ） 以及温控电路； 光 路系统主要是滤光片、 卤素灯和检测电路。系统的存储系统以及 数据的采集和处理部分的设计和传统的生化分析仪类似， 其改进
OWSTouchscreen Handier QCalibratedTouchsc reenHandler QWSCustomTouches reenHandler QWSCustomTouchsc reenHandler
图 2 触摸屏开发流程
嵌入式半自动生化分析仪触摸屏的驱动的开发步骤大致分为： ） 由 QmouseDriverFactory 生成相应的 QWSCustomMouse－ （1 Handler， 将触摸屏模拟成一个鼠标类设备来操作。 （2 ） 修改鼠标类驱动的 qwsmouselinuxtp_qws.cpp，把 TS_ EVENT 的结构体修改为针对于触摸屏设备的数据结构 。 并将 QWSLinuxTPMouseHandle rPrivate 函数中的设备节点改成/dev/ ttyS1 （触摸屏 ） 。 （3 ） readNouseData （ ） 函数， 按自己的数据结构读取设备文件， 传递给 Qpoint 类对鼠标进行定位或转换为鼠标按键状态。 （ 4 ） 配置 Qt/Embedded 的安装 configure 时加入选项-qt-mouse对驱动进行重新编译。 <linuxtp>，
2.1 Qt/Embedded 底层驱动接口的开发
基于 QT/Embedded 的生化分析仪的人机交互界面不仅需要 还需要有人性化的输入/输出 强大的图形引擎对 LCD 进行支撑， 设备方便用户与系统进行交互。不同软硬件平台的底层各不相 同， 为了使设备和设备驱动对输入/输出引擎有良好的支持， 需要 由于 Qt/Embedded 具有 针对具体平台进行具体驱动程序的开发。 良好的输入/输出驱动接口 （如鼠标设备驱动、 LCD 驱动、 串口驱 动等 ） ， 人机界面在底层驱动接口开发方面层次清晰、 步骤明了。
生化分析系统采取了触摸屏代替了传统的鼠标加显示屏的 操作方式， 此触摸屏不在 Qt 的默认支持范围， 所以需要自行开发 触摸屏驱动以实现系统对触摸屏的支持，触摸屏的实现流程,如 图 2 所示。
OWSServer OWSServer： ： open Touchscreen QtouchscreenDriver Factory::create( ) QtouchscreenDriver Plugin::create(化分析仪界面程序的基本构架
针对嵌入式生化分析仪的功能需求进行分析， 设计构建了生 化分析系统的层次化人机界面结构， 如图 3 所示。将生化分析系 统的主界面分为测试、 编辑、 报告、 查询、 维护、 帮助等 6 个模块， 通过触摸屏控制指针对 6 个模块进行操作和界面 作为第一层次。 切换。 其中， 测试模块主要实现对测试项目的具体测试内容、 测试 计 条目的设定；编译模块主要负责对所要测试项目的项目内容、 算内容、 病员信息、 科别信息、 医师信息的设置； 报告模块主要是 质控报告和标准修改的内容； 查询模块是实 用于查看综合报告、 现对所进行测试的当日结果和以往结果的查询； 维护模块是实现 系统的系统维护、 初始化以及保养功能； 帮助模块是用于查看系 统的内容和关于文档。6 个主模块界面下分别有各自对应的第二 层界面， 由触摸屏进行相应的切换和控制。
1 引言
生化分析仪是通过对血液等人体体液的分析来测定各种生 化指标的仪器， 如血红蛋白、 胆固醇、 转氨酶、 葡萄糖、 淀粉酶、 尿 素氮、 无机磷、 尿酸、 钙等。 当人体某些肌体组织发生病变时， 这些 生化指标与正常人的相比将会出现差异。 准确而快速的检测这些 生化指标， 将为医生确定病人的病情提供科学依据。 生化分析仪有全自动和半自动两种类型， 全自动型实现了化 验流程全自动化， 但其价格昂贵， 维护复杂， 使用成本高， 样品数 量少时反而不方便；而半自动型除加血样和试剂需要人工外， 其 他过程也实现了自动化， 具有价廉和方便灵活的特点， 特别适合 于在中小型医疗机构和要求多样化的急诊、 门诊等特殊场合。 目前我国市场上的半自动生化分析仪主要分为两种： 一种是 采用较低档次的处理器， 这种生化分析仪的硬件复杂， 功能较弱， 而且人机交互功能较差， 不方便用户的使用和操作。 另一种， 采取 8/16 位单片机为中央处理器， 搭配上位机， 功能较强， 但是成本较 高， 不能满足一般消费者的要求。将嵌入式技术应用于生化分析 实现了一种能运行在 仪的研制中， 以 QT/Embedded 为开发环境， 以嵌入式 Linux 为操作系统的半自动生化分析仪， 较目前市场上 生化分析仪相比， 具有硬件简单， 功能强大， 成本低， 人机交互方 便等特点 。
2.2.2 生化分析系统界面程序的开发