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在树莓派4B上用Ubuntu 22.04跑起FUXA组态界面：一个工业HMI的低成本实践

news 2026/5/27 7:45:22

在树莓派4B上构建工业级HMI：Ubuntu 22.04与FUXA的完美融合

当工业自动化遇上开源硬件，树莓派4B凭借其出色的性价比和丰富的扩展能力，成为搭建小型监控系统的理想选择。本文将带你深入探索如何在树莓派4B上部署FUXA组态软件，打造一个功能完备的工业人机界面（HMI）解决方案。不同于传统的工控机方案，这种组合不仅成本低廉，而且具备高度的灵活性和可定制性，特别适合创客、学生以及预算有限的工程师群体。

1. 硬件与系统准备

1.1 树莓派4B的硬件优势

树莓派4B作为本次方案的核心硬件，其配置完全能够满足FUXA的运行需求：

处理器：Broadcom BCM2711，四核Cortex-A72 (ARM v8) 64位SoC @ 1.5GHz
内存：可选2GB/4GB/8GB LPDDR4版本（推荐4GB及以上）
存储：通过microSD卡或USB 3.0接口连接SSD
显示输出：双micro-HDMI接口，支持4K分辨率
扩展性：40针GPIO接口，支持多种工业协议扩展

对于工业环境应用，建议考虑以下增强配置：

配件类型	推荐型号	作用
工业级外壳	Waveshare Industrial Pi Case	防尘防干扰
散热方案	官方散热套件或主动散热风扇	确保长时间稳定运行
电源模块	官方USB-C电源（5V/3A）	保证供电稳定

1.2 Ubuntu 22.04系统部署

与常见的Raspberry Pi OS不同，我们选择Ubuntu 22.04 LTS Server版作为基础系统，主要考虑其长期支持特性和更好的ARM架构兼容性。

系统烧录步骤：

下载Ubuntu 22.04 LTS for Raspberry Pi镜像：

wget https://cdimage.ubuntu.com/releases/22.04/release/ubuntu-22.04.3-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz

使用balenaEtcher工具将镜像写入microSD卡（建议至少32GB）

首次启动后完成基础配置：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y sudo apt install ubuntu-desktop-minimal -y # 最小化桌面环境

提示：如果仅作为HMI使用，可以不安装完整桌面环境，节省系统资源。

2. FUXA环境配置与优化

2.1 Node.js环境搭建

FUXA基于Node.js开发，因此需要先配置ARM架构下的Node.js环境。树莓派4B的ARMv8架构兼容ARMv7指令集，我们可以直接使用ARMv7版本的Node.js。

安装步骤：

# 下载并解压Node.js wget https://nodejs.org/dist/v18.19.0/node-v18.19.0-linux-armv7l.tar.xz tar -xf node-v18.19.0-linux-armv7l.tar.xz # 移动到系统目录 sudo mv node-v18.19.0-linux-armv7l /usr/local/node # 创建符号链接 sudo ln -s /usr/local/node/bin/node /usr/local/bin/node sudo ln -s /usr/local/node/bin/npm /usr/local/bin/npm # 验证安装 node -v npm -v

常见问题解决：

如果遇到libatomic.so.1缺失错误，执行：

sudo apt install libatomic1 -y

2.2 内存优化配置

树莓派4B的内存有限，编译FUXA时可能遇到内存不足问题。我们可以通过以下方式优化：

增加swap空间：

sudo fallocate -l 2G /swapfile sudo chmod 600 /swapfile sudo mkswap /swapfile sudo swapon /swapfile

修改Node.js内存限制：在package.json中修改build命令：

"build": "node --max-old-space-size=2048 ./node_modules/@angular/cli/bin/ng build"

关闭不必要的服务：

sudo systemctl disable snapd.service sudo systemctl disable apt-daily-upgrade.timer

3. FUXA编译与部署

3.1 源码获取与准备

从GitHub获取FUXA最新源码：

git clone https://github.com/frangoteam/FUXA.git cd FUXA

3.2 分模块编译

FUXA由三个主要模块组成，需要分别编译：

Server模块编译：
```
cd server npm config set registry https://registry.npmmirror.com npm install --legacy-peer-deps
```
注意：如果遇到ODBC相关错误，可以编辑package.json移除odbc依赖
Client模块编译：
```
cd ../client npm install npm run build
```
App模块打包：
```
cd ../app npm install npm run package
```

编译完成后，在app/linux-armv7l-unpacked目录下会生成可执行文件包。

3.3 依赖库安装

在树莓派上运行FUXA需要以下依赖库：

sudo apt install -y libnss3 libatk1.0-0 libatk-bridge2.0-0 \ libcups2 libgdk-pixbuf-2.0-0 libgtk-3-0 libgbm1 libasound2

4. 显示环境配置与启动

4.1 X11显示环境

要在树莓派本地屏幕上显示FUXA界面，需要配置X11环境：

sudo apt install -y xinit libx11-dev libxext-dev libxtst-dev \ libfontconfig1-dev libfreetype6-dev

4.2 启动FUXA

后台服务启动：

cd linux-armv7l-unpacked/resources/app/server nohup npm start &

本地界面启动：

cd linux-armv7l-unpacked xinit ./fuxa --no-sandbox

4.3 远程访问配置

FUXA默认监听1881端口，可以通过同一网络下的其他设备访问：

http://<树莓派IP>:1881

为提高安全性，建议配置Nginx反向代理并启用HTTPS：

server { listen 443 ssl; server_name yourdomain.com; ssl_certificate /path/to/cert.pem; ssl_certificate_key /path/to/key.pem; location / { proxy_pass http://localhost:1881; proxy_http_version 1.1; proxy_set_header Upgrade $http_upgrade; proxy_set_header Connection 'upgrade'; proxy_set_header Host $host; proxy_cache_bypass $http_upgrade; } }

5. 工业应用实践

5.1 设备连接配置

FUXA支持多种工业协议连接，以下是一些常见配置示例：

Modbus TCP连接配置：

{ "name": "Modbus_Device", "type": "modbus", "host": "192.168.1.100", "port": 502, "timeout": 2000, "unitID": 1, "tags": [ { "name": "Temperature", "address": 0, "type": "uint16" } ] }

MQTT数据订阅：

{ "name": "MQTT_Broker", "type": "mqtt", "url": "mqtt://broker.example.com", "options": { "username": "user", "password": "pass" }, "topics": [ { "name": "SensorData", "topic": "sensors/+/data", "datatype": "json" } ] }

5.2 界面设计技巧

FUXA提供了丰富的界面组件，以下是一些设计建议：

仪表盘布局：使用网格系统保持界面整洁
数据可视化：合理运用图表组件展示趋势数据
报警管理：配置颜色变化和声音提示
响应式设计：确保界面在不同分辨率下都能正常显示

示例仪表板配置：

{ "widgets": [ { "id": "gauge1", "type": "gauge", "title": "Temperature", "value": "{{tags.Temperature}}", "min": 0, "max": 100, "units": "°C", "position": { "x": 10, "y": 10, "w": 6, "h": 4 } }, { "id": "chart1", "type": "linechart", "title": "Trend", "series": ["{{tags.Temperature}}"], "position": { "x": 10, "y": 14, "w": 12, "h": 6 } } ] }

在实际项目中，这套树莓派+FUXA的组合已经成功应用于小型水处理监控、实验室环境监测等多个场景。相比传统工控机方案，成本降低了70%以上，而稳定性完全满足需求。特别是在需要频繁修改界面或添加新功能的开发阶段，这种基于web技术的方案展现出了极大的灵活性。

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http://www.jsqmd.com/news/560072/