基于操作系统的触摸屏加气机系统的设计与实现

摘要：本项目开发了一种运行android操作系统，搭载ARM cortex-A9四核处理器的平台，通过通信接口与传统加气机ARM cortex-M3单核处理器通信，M3处理器负责底层硬件控制，A9多媒体处理器负责高级功能。创新的解决了完全基于操作系统开发可能造成的的系统非实时性，不稳定等问题，也解决了单处理器开发耗时巨大，项目投入成本过高的问题。从而使得客户能够在加气机上使用手指或触摸笔操作，大尺寸的液晶屏幕使得信息显示变得简单，丰富和直观，24位真彩色显示屏提升了加气机的用户体验，嵌入式数据库SQLite的搭载使得在加气机上快速查询交易记录的信息变得简单和快速，多媒体播放功能使得加气机不再是单一加气功能的产品。

关键词：Android操作系统;嵌入式数据库;SQLite;加气机;ARM平台

中图分类号：TP273    文献标识码：A   文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

随着科技的进步，传统单片机为处理核心的加气机已经逐渐不能适应客户和用户的需求，尤其是智能手机浪潮带来的触摸式操作普及，大尺寸彩屏交互页面，互联网金融支付，二维码扫描等新功能的运用，传统加气机软硬件架构已经无力支持和开发新功能。

根据以上问题，本设计采用双处理器的设计思想，将复杂的高级的功能交由cortex-A9四核处理器实现，将传统加气机出可靠性要求非常高的内容交由cortex-m3处理器实现。并通过串口通信将两个处理器连接起来。其主要实现了触摸式人机交互界面，真彩彩色大屏显示，多媒体互动，提供了内置数据库功能，提供了基于TCP/IP的网络功能，提供了传统加气机的所有功能。

1设计约束

需求约束：（1）本系统应当遵循的加气机国标要求，特别如下要求《GB/T 19237 压缩天然气加气机国家标准》和《JJF 1015 计量器具型式评价和形式批准通用规范》;（2）本项目软件运行与基于android操作系统的cortex-A9四核处理器主板上，需要符合该软件，硬件平台的约束;（3）接口采用标准工业通讯接口RS232接口，通信速率在9600kbps-115200kbps之间可调，因此数据通信数据需要收到通信接口的约束;（4）用户界面考虑到触摸屏分辨率有多种选择，因此软件需要提供一定自适应处理能力，应当按照4：3或5：4比例，支持1024X768最高可以支持1920X1080分辨率设计。

2设计策略

扩展策略：本系统采用了开源的android操作系统，触摸屏加气机的高级功能均运行与android系统之上，如需要将来扩展功能，将从硬件扩展和软件扩展两方面考虑，如果硬件支持扩展，android系统提供相应的驱动支持和底层框架层支持的情况下，只需要编写新的软件部分就可以支持。如果该硬件没有android系统驱动或者android框架层不支持该硬件，可能开发功能会有一定问题。

复用策略：本软件采用基于java语言编写，其核心控制逻辑，通信协议可以移植到java相关平台。

折衷策略：对于硬件的扩充尽量避免，将现有或者以后需要用到的硬件采用预留接口，或者usb接口的形式扩充，对于软件的扩充，采用结构模块化设计思想，扩充模块不影响整个系统运行。

3系统总体结构

（1）系统采用运行android操作系统的cortex-A9处理器平台和运行裸机C程序的cortex-m3平台，其采用物理串口通信。Android操作系统负责处理用户图形界面，用户点击操作，多媒体功能和数据库查询等操作。Cortex-M3平台采用目前我司M1000主板，其运行C程序，控制加气机的底层传感器和阀门，控制加气逻辑，读取IC卡，和金属键盘操作，对点阵式液晶屏进行基础界面显示。如图1所示。

（2）由于我司原有硬件平台性能无力支撑新的业务逻辑运算需要，因此本项目采用android智能操作系统的四核ARM平台作为主要新增运算平台;（2）新平台和旧平台通过串口通信，解决新平台采用民用系统而带来不稳定消极因素，通过传统裸机程序来提高整体系统的稳定性。如图2所示。

4子系统UI模块的结构与功能

1. UI模块采用android系统页面与实体功能具体实现分离的设计，由XML文件描述页面效果，由activity描述具体页面功能实现;（2）UI模块与功能分离设计也可以方便更换U设计风格，分离控件功能逻辑实现代码与页面风格代码的耦合，方便移植或更换UI。

5子系统通信模块的结构与功能

1. 通信模块采用定制通信协议与M1000通信，通信模块负责解析由M1000发送的数据包，组装android软件发送的数据包，错误信息判断等功能;（2）采用单独的通信模块是标准化设计模式，可以根据通信协议的增加匹配不同模块，或者多通信模块同时工作。

6 子系统数据库模块的结构与功能

（1）数据库采用android原生搭载的sqlite轻量型数据库，其采用文件形式存储于系统文件系统中，具有关系型数据库的所有标准操作，采用数据库的设计大大增加了加气机数据存储查询能力;（2）数据库模块是相对于单片机寻址存储数据的高级实现，大幅增强了性能。

7子系统多媒体播放模块的结构与功能

1. 多媒体播放模块采用android原生内嵌媒体播放解码器，对MP4，MKV，MOV，AVI等封装的视频文件均有解码能力;（2）多媒体播放模块具有方便调用，通用性强的特点，且对视频播放进行管理，不影響正常加气机的正常使用。

8 结语

此次设计充分考虑了Android操作系统引入带来的附加问题如何解决，考虑了系统整体稳定性及传统加气机功能的兼容。产品创新的采用嵌入式智能操作系统，对比传统windows或者windowsCE版本的触摸屏加气机，从处理性能，屏幕分辨率，支持彩色色深，数据库嵌入等方面都具备了一定的技术先进性。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.JJG 1114-2015，液化天然气加气机检定规程[S]2013.

[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T 19237，压缩天然气加气机国家标准[S].2013.

[3]中国国家标准化管理委员会.GB 18047，车用压缩天然气[S].2000.

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[5]中国国家标准化管理委员会.JJF 1016，计量器具型式评价大纲编写导则[S].2002.

[6]国际标准化组织.ISO 14443，非接触式IC卡标准[Z].

[7]全国金融标准化技术委员会，JR/T 0025，中国金融集成电路（IC）卡规范[S].2016.

收稿日期：2019-07-18

作者简介：杜诚（1971—），男，汉族，重庆人，专科，1993年毕业于上海高等机械专科学校电气自动化专业，就职于重庆耐德能源装备集成有限公司，研究方向：自动化控制系统。