CN102681945A - 一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，至少包括如下步骤：制作数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片；将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中；使用不同角度的仪表图片获取满足不同角度的指针数字结构数据，并将其存入存储器中；从存储器中读取的无指针数据表盘图片显示作为背景；动态仪表从指针在当前角度位置开始显示；获取实时需要指针显示的电信息；依据需要指针指示的电信息确定对应的指针图片库指针；***从存储器中读取指针在对应位置的指针结构体数据，将指针对应的指针图片进行显示。它只需要存储大量指针图片的少量有效数据，极大地减少了数据存储量，节省了大量的***内存。

Description

一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟仪表实现方法，具体涉及一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法。

背景技术

嵌入式技术的引入使仪器仪表向着自动化智能化的方向发展，这已经成为当今仪器仪表***的一种趋势。如今，嵌入式虚拟仪表也已与人们的生产生活息息相关，比如汽车领域、航电***座舱显示领域等。传统的嵌入式指针式虚拟仪表通过图层替换方式和软件算法模拟方式来实现。软件算法模拟方式实现虚拟仪表程序算法比较复杂，显示实时性不够造成图像抖动，动态效果无法做到逼真，显示画面比较粗糙。图层替换实现方式是需要事先在内存中存储指针式仪表的表盘和指针图片，静止的表盘图像用作背景，运动的指针图片当作前景，通过不断用指针前景图片替换表盘背景图片中指针位置实现虚拟仪表的动态旋转效果。传统的嵌入式指针式虚拟仪表实现方式可以达到逼真的渲染效果，但是前提是对应于每一个指针角度的变化，都需要存储一帧图像。若是需要指针每次旋转一度，指针遍历三百六十度就需要在内存中事先存储三百六十张指针不同角度的图片。从这里就可以看出所需要的存储器容量是巨大的，这对于受成本、体积等因素影响的内存受限的嵌入式***来说，无疑是一个重大的挑战。

发明内容

针对已有技术的不足，本发明是一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，以便节省***内存、增强***显示实时性，使仪表显示效果更加逼真、显示稳定性提高。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案：一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

步骤100：制作数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片；

步骤101：将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中；

步骤102：使用不同角度的仪表图片获取满足不同角度的指针数字结构数据，并将其存入存储器中；

步骤103：从存储器中读取的无指针数据表盘图片显示作为背景；***只需调用一次，因为背景是静止的，不需要动态实时刷新；

步骤104：动态仪表从指针在当前角度位置开始显示；

步骤105：获取实时需要指针显示的电信息；从外界获取需要仪表显示的模拟量信息，通过A/D变换将模拟量信息转换为数字量信息，即可得到我们需要的指针指示的电信息；

步骤106：依据需要指针指示的电信息确定对应的指针图片库指针；

步骤107：***从存储器中读取指针在对应位置的指针结构体数据，将指针对应的指针图片进行显示。

所述的步骤100是通过GLstudio工具软件制作所需要的数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片。

所述的步骤101将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中是使用MATLAB软件获得我们所需要的表盘图片的RGB像素值数据。

所述的步骤102指针数据存储格式是包括：初始角度时的数据501、指针偏转到最大角度时的数据502，指针遍历的所有角度数据506，指针图片的存储只需要存储有像素变化的像素点数据。把指针旋转到每一个角度时发生变化的像素点的位置和变化后的像素值，以结构体数组的形式存放在存储器中。

所述的结构体数组的形式存放方法是：

a)获取一幅没有指针的仪表图片的像素值；

b)获取一幅指针在任意位置的仪表图片的像素值；

c)使用MATLAB软件找出两幅图像中所有像素值不同的像素点的个数和位置，两幅图像中像素值不同的像素点即为指针所处的点；

d)统计像素值不同点的个数、每个像素点的位置和像素值；

e)创建结构体struct point{int m；int a[][2]；int rgb[][3]}；其中，m(503)为像素值不同点的个数，在内存中占用一个字节；a[][2](504)记录m个像素点在整幅图片所处的位置，即坐标X、Y，每个像素点占用两个字节；rgb[][3](505)存储m个像素点的R、G、B值，每个像素点占用三个字节；若指针为单一灰度值时,即每个像素点的值都相同并且为同一固定值。

所述的步骤104实现步骤如下：

步骤701：从存储器中读取指针在初始角度位置的结构体数据；

步骤702：从结构体数据a[][2]中读取一个像素点在整幅图片所处的位置信息，即坐标X、Y，以确定需要显示的像素点的位置；

步骤703：从结构体数据rgb[]3]中读取此像素点的像素值信息，即像素点的R、G、B值，并赋予上述指定的坐标位置；

步骤704：从结构体数据m中读取指针在初始位置时需要显示的像素点的个数信息；

步骤705：判断需要显示的像素点是否显示完；是，执行步骤707；否，执行步骤706；

步骤706：从结构体数据中读取下一个需要显示的像素点的信息；返回步骤702；

步骤707：指针在初始位置时的所有像素点显示完毕，程序结束。

所述的步骤105是从外界获取需要仪表显示的模拟量信息，通过A/D变换将模拟量信息转换为数字量信息，即可得到我们需要的指针指示的电信息。

本发明的优点在于：对于内存受限的嵌入式***来说，通过存储少量的图片元素就可以实现丰富、逼真的指针式虚拟仪表动态显示界面。同时简单的结构体数组的存储方式，使实现动态显示的程序比较简单、通用性强，还可以提高显示的稳定性和实时性。它具有较强的通用性，可广泛用于各种嵌入式平台上各种量程范围的虚拟仪表。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明实施例1的动态指针实现程序流程图；

图2为本发明实施例1的动态指针实现程序流程图；

图3为本发明的表盘和指针图片示意图；

图4为传统方式的指针图片数据存储格式；

图5为本发明的指针数据存储格式；

图6为传统方式指针显示的示意图；

图7为本发明指针显示实现流程图。

具体实施方式

本发明有两种实施方式，具体为实施例1和实施例2。实施例1为本发明嵌入式指针式虚拟仪表动态显示的实现方式，实施例2可作为用户在一般嵌入式***中实现指针式虚拟仪表的子程序。

实施例1：

参照图1，本发明实施例1的动态指针实现程序流程图。图3，为本发明的表盘和指针图片示意图，301为表盘图片，302为指针图片。本发明对于任意彩色图片均适用，本实施例中假设表盘图片尺寸为100*100，指针图片尺寸为60*60。

一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征是：至少包括如下步骤：

步骤100：制作数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片；

这里我们使用GLstudio工具软件制作我们所需要的数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片。

步骤101：将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中；使用MATLAB软件获得我们所需要的表盘图片的RGB像素值数据，图片中的每一个像素点即转化成了一个具体的数值，RGB每个色彩通道的像素值采用8位二进制进行表示，每个字节可表示的整数范围为0~255，即每个像素点在内存中占用三个字节；由于数据量比较大，我们不能人工来调整，所以采用C语言编写一个格式调整程序，通过这个程序调整成我们想要的数组格式，这样就把一幅表盘图片以数组的形式存入存储器中；

步骤102：使用不同角度的仪表图片获取满足不同角度的指针数字结构数据，并将其存入存储器中；本发明的指针数据的获取、存储方法及存储格式与传统方式有很大的不同；

参照图4，传统方式的指针图片数据存储格式。图片数据在内存中按行进行存储，401为指针图片的一行数据共60个像素点，402为第一幅指针图片的首行数据内存地址，403 RGB为存储的像素点的像素值数据占用三个字节，404为第一幅指针图片数据共60行，405为最后一张指针图片共60行。假设仪表的最大量程为M，最小分辨率为S，仪表指针共有N种状态：N=M/S，这时用户根据自己实际需要存储N张指针图片。这里假设仪表的量程为180，最小分辨率为2，此时仪表指针共有90(N=90)种状态。存储90张指针图片占用内存空间为60×60×3×90=972000≈972KB，所以传统方式存储指针数据需要的内存空间为972KB，从这里可以看出指针图片的存储占用了大量的内存空间。

参照图5，本发明的指针数据存储格式。501为指针在初始角度时的数据，502为指针偏转到最大角度时的数据，506为指针遍历的所有角度数据。指针图片的存储只需要存储有像素变化的像素点数据，把指针旋转到每一个角度时发生变化的像素点的位置和像素值，以结构体数组的形式存放在存储器中。具体方法是：

a)获取一幅没有指针的仪表图片的像素值；

b)获取一幅指针在任意位置的仪表图片的像素值；

c)使用MATLAB软件找出两幅图像中所有像素值不同的像素点的个数和位置，两幅图像中像素值不同的像素点即为指针所处的点；

d)统计像素值不同点的个数、每个像素点的位置和像素值；

e)创建结构体struct point{int m；int a[][2]；int rgb[][3]}；其中，m(503)为像素值不同点的个数，在内存中占用一个字节；a[][2](504)记录m个像素点在整幅图片所处的位置，即坐标X、Y，每个像素点占用两个字节；rgb[][3](505)存储m个像素点的R、G、B值，每个像素点占用三个字节；若指针为单一灰度值时,即每个像素点的值都相同并且为同一固定值，结构体就可以这样设计struct point{int m；inta[][2]；int rgb}；其中，m、a[][2]同以上所述，rgb为一个字节的固定值可以在程序初始化时就予以赋值，所有像素点在内存中共用这一个像素值，只用在内存中占用一个字节；这样设计的结构体就更简单，数据存储量更少。

一个结构体变量只能存放一张指针图片数据，对于指针在不同角度都需要进行存储，于是还需要构造一个结构体型数组struct point s[],这样就可以存储90张不同指针角度的图片。

我们计算一下在这种情况下占用内存情况：在一个结构体中m占用一个字节，a[][2]占用两个字节，rgb[][3]占用三个字节。假如每次最多有200个像素点变化，存储90张指针图片所占用的内存空间为(1+200×(2+3))×90=90900≈91KB，从这里可以看出指针图片的存储量约为传统方式的1/10,极大的节省了***内存。若指针为单一灰度值时,存储90张指针图片所占用的内存空间为(1+1+200×2)×90=36180≈36KB，节省了更大的存储空间，优越性更加明显。

步骤103：从存储器中读取的无指针数据表盘图片显示作为背景；***只需调用一次，因为背景是静止的，不需要动态实时刷新；

步骤104：动态仪表从指针在当前角度位置开始显示；

参照图6Ａ，图6Ｂ，传统方式指针显示的示意图。表盘作为背景显示不需要动态刷新，指针图片作为前景。在显示时用不同角度位置的指针图片数据代替表盘背景中指针所处位置的数据，601为任意三幅指针图片，602为此三幅指针图片在表盘中的显示位置。指针在不同角度时用存储在内存中的不同指针图片进行替换，通过连续不断对前景图片进行替换，就可以实现动态的显示效果。

参照图7，本发明指针显示实现流程图。实现步骤如下：

1)701：从存储器中读取指针在初始角度位置的结构体数据；

2)702：从结构体数据a[][2]中读取一个像素点在整幅图片所处的位置信息，即坐标X、Y，以确定需要显示的像素点的位置；

3)703：从结构体数据rgb[]3]中读取此像素点的像素值信息，即像素点的R、G、B值，并赋予上述指定的坐标位置；

4)704：从结构体数据m中读取指针在初始位置时需要显示的像素点的个数信息；

5)705：判断需要显示的像素点是否显示完；是，执行步骤707；否，执行步骤706；

6)706：从结构体数据中读取下一个需要显示的像素点的信息，返回步骤702；

7)707：指针在初始位置时的所有像素点显示完毕，程序结束。

步骤105：获取实时需要指针显示的电信息；从外界获取需要仪表显示的模拟量信息，通过A/D变换将模拟量信息转换为数字量信息，即可得到我们需要的指针指示的电信息；

步骤106：依据需要指针指示的电信息确定对应的指针图片库指针；

步骤107：***从存储器中读取指针在对应位置的指针结构体数据，将指针对应的指针图片进行显示；

步骤108：***调用延时子程序，将指针图片显示一段时间；

步骤109：程序返回重新检测下一时刻指针需要的电信息，程序返回到步骤105。

实施例2：同实施例1不同之处就是，程序显示完实时指针位置的图片后就结束，不用一直循环检测外部的指针变化信息，所以实施例2可作为用户在一般嵌入式***中实现指针式虚拟仪表的子程序。（参照图2）

步骤200：执行方式同步骤100；

步骤201：执行方式同步骤101；

步骤202：执行方式同步骤102；

步骤203：执行方式同步骤103；

步骤204：执行方式同步骤104；

步骤205：执行方式同步骤105；

步骤206：执行方式同步骤106；

步骤207：执行方式同步骤107；

步骤208：实时指针位置图片显示完成，程序结束。

众所周知，对于指针式仪表来说可分为两个部分：表盘和指针。表盘是静止的，指针是运动的。表盘在添加到场景中以后无需每帧进行实时刷新，不再需要更多的操作，而指针需要不断的更新，才能够实现动态的显示效果。传统的嵌入式指针式虚拟仪表的实现方法是需要把对应于每一个指针角度变化的整幅图片数据存储到存储器中，这样会带来巨大的存储量。而实际上当仪表指针发生偏转时，仪表的表盘大背景并不会发生任何变化，整幅图像只有极少的像素点的像素值会发生变化，这些发生变化的像素点的位置正是指针所处的位置，因此只需要记录指针所处位置的像素点的位置和像素值。在数据存储时只需要存储一帧图像中极少的有变化的像素点的位置和像素值，舍弃大量不必要的冗余数据。相对于整幅图像来说，有变化的像素点毕竟是极少数的，这对于节省***内存是非常有益的。对于表盘图片数据，在内存中开辟一段连续存储区，将一幅表盘图片数据以数组形式存储在内存中。每一幅指针图片数据，以结构体的形式进行存储，需要存储的数据为有变化的像素点的个数、像素点的位置和像素值。以结构体数组的形式存储指针在不同角度时的一组图片数据。在显示时首先从内存中读取仪表表盘图片数据作为显示背景，然后从结构体数组数据中读取指针在不同角度时需要显示的像素点数、像素位置和像素值数据。用前景的指针像素值数据代替表盘背景中相同位置的像素值数据，通过循环语句就可以使指针遍历所有需要显示的角度，即可实现指针式仪表的动态效果。

Claims (7)

1.一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

步骤100：制作数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片；

步骤101：将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中；

步骤102：使用不同角度的仪表图片获取满足不同角度的指针数字结构数据，并将其存入存储器中；

步骤103：从存储器中读取的无指针数据表盘图片显示作为背景；***只需调用一次，因为背景是静止的，不需要动态实时刷新；

步骤104：动态仪表从指针在当前角度位置开始显示；

步骤105：获取实时需要指针显示的电信息；从外界获取需要仪表显示的模拟量信息，通过A/D变换将模拟量信息转换为数字量信息，即可得到我们需要的指针指示的电信息；

步骤106：依据需要指针指示的电信息确定对应的指针图片库指针；

步骤107：***从存储器中读取指针在对应位置的指针结构体数据，将指针对应的指针图片进行显示。

2.根据权利要求１所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的步骤100是通过GLstudio工具软件制作所需要的数字式表盘图片和满足不同角度的仪表图片。

3.根据权利要求１所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的步骤101将制作的数字式表盘图片的像素值数据存入存储器中是使用MATLAB软件获得我们所需要的表盘图片的RGB像素值数据。

4.根据权利要求１所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的步骤102指针数据存储格式是包括：初始角度时的数据501、指针偏转到最大角度时的数据502，指针遍历的所有角度数据506，指针图片的存储只需要存储有像素变化的像素点数据，把指针旋转到每一个角度时发生变化的像素点的位置和像素值，以结构体数组的形式存放在存储器中。

5.根据权利要求４所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的结构体数组的形式存放方法是：

a)获取一幅没有指针的仪表图片的像素值；

b)获取一幅指针在任意位置的仪表图片的像素值；

c)使用MATLAB软件找出两幅图像中所有像素值不同的像素点的个数和位置，两幅图像中像素值不同的像素点即为指针所处的点；

d)统计像素值不同点的个数、每个像素点的位置和像素值；

e)创建结构体struct point{int m；int a[][2]；int rgb[][3]}；其中，m(503)为像素值不同点的个数，在内存中占用一个字节；a[][2](504)记录m个像素点在整幅图片所处的位置，即坐标X、Y，每个像素点占用两个字节；rgb[][3](505)存储m个像素点的R、G、B值，每个像素点占用三个字节；若指针为单一灰度值时,即每个像素点的值都相同并且为同一固定值。

6.根据权利要求１所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的步骤104实现步骤如下：

步骤701：从存储器中读取指针在初始角度位置的结构体数据；

步骤702：从结构体数据a[][2]中读取一个像素点在整幅图片所处的位置信息，即坐标X、Y，以确定需要显示的像素点的位置；

步骤703：从结构体数据rgb[]3]中读取此像素点的像素值信息，即像素点的R、G、B值，并赋予上述指定的坐标位置；

步骤704：从结构体数据m中读取指针在初始位置时需要显示的像素点的个数信息；

步骤705：判断需要显示的像素点是否显示完；是，执行步骤707；否，执行步骤706；

步骤706：从结构体数据中读取下一个需要显示的像素点的信息；返回步骤702；

步骤707：指针在初始位置时的所有像素点显示完毕，程序结束。

7.根据权利要求１所述的一种嵌入式指针式虚拟仪表实现方法，其特征在于：所述的步骤105是从外界获取需要仪表显示的模拟量信息，通过A/D变换将模拟量信息转换为数字量信息，即可得到我们需要的指针指示的电信息。

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