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便携式动平衡仪Qt应用层详细设计说明书

article 2025/2/24 7:21:22

便携式动平衡仪Qt应用层详细设计说明书 (DDD)

版本：1.1
日期：2023年10月

一、文档目录

系统概述
应用层架构设计
模块详细设计
接口定义与数据流
关键数据结构
代码框架与实现
测试计划
附录

二、系统概述

2.1 功能需求

开机流程：长按电源键启动，全屏显示商标动画（快闪3~4次）。
主界面：三栏布局（状态栏、工作区图标、导航栏），支持点击图标跳转。
模板系统：保存/加载动平衡参数模板（.tpl文件），点击模板直接跳转至测量界面。
实时显示：双圆形仪表盘（相位/角度）、数据表格、实时曲线。

2.2 非功能需求

性能：界面刷新率≥30 FPS，触摸响应延迟<200ms。
兼容性：适配10英寸触控屏（分辨率1280x800）。
安全性：模板文件加密存储（AES-256）。

三、应用层架构设计

3.1 分层架构

+---------------------+
|     UI界面层         |  <- QML界面、动画、触摸事件
+---------------------+
|   业务逻辑层         |  <- 模板管理、导航控制、数据转发
+---------------------+
|   服务代理层         |  <- 与硬件层通信（IPC）、文件读写
+---------------------+

3.2 模块划分

模块	功能	关键组件
启动与主界面模块	开机动画、主界面布局、图标响应	`SplashScreen.qml` `MainWindow.qml`
导航管理模块	页面堆栈控制（前进/后退）	`StackView` `NavigationController`
模板系统模块	模板保存/加载、文件关联、桌面快捷方式生成	`TemplateManager` `FileDialog.qml`
实时显示模块	相位/角度仪表盘、数据表格、实时曲线	`PhaseMeter.qml` `DataTable.qml`
配置模块	平衡参数输入、传感器校准界面	`ConfigPage.qml` `CalibrationWizard`

四、模块详细设计

4.1 启动与主界面模块

4.1.1 开机动画实现

// SplashScreen.qml  
Image {  
    id: logo  
    source: "qrc:/images/logo.png"  
    anchors.fill: parent  
    SequentialAnimation on opacity {  
        loops: 3  
        NumberAnimation { from: 1; to: 0.3; duration: 200 }  
        NumberAnimation { from: 0.3; to: 1; duration: 200 }  
    }  
}

4.1.2 主界面布局

// MainWindow.qml  
ColumnLayout {  
    // 1. 顶部状态栏  
    StatusBar {  
        RowLayout {  
            Label { text: Qt.formatDateTime(new Date(), "yyyy-MM-dd") }  
            BatteryIndicator { value: Battery.status }  
        }  
    }  

    // 2. 工作区图标网格（2行5列）  
    GridLayout {  
        columns: 5  
        Repeater {  
            model: 8  
            delegate: IconButton {  
                icon: modelData.iconPath  
                onClicked: NavigationController.navigateTo(modelData.page)  
            }  
        }  
    }  

    // 3. 底部导航栏  
    NavigationBar {  
        BackButton { onClicked: StackView.pop() }  
        NextButton { onClicked: StackView.push("BalancePage.qml") }  
    }  
}

4.2 模板系统模块

4.2.1 模板文件格式

文件结构（JSON + AES加密）：

{
  "version": 1,
  "rpm": 3000,
  "plane_mode": 1,
  "calibration": { "sensor_id": "SENSOR_001", "offset": 0.12 },
  "timestamp": "2023-10-01T14:30:00Z"
}

4.2.2 模板加载逻辑

// TemplateManager.cpp  
void TemplateManager::loadTemplate(const QString &path) {  
    QFile file(path);  
    if (!file.open(QIODevice::ReadOnly)) return;  

    QByteArray encryptedData = file.readAll();  
    QByteArray decryptedData = decryptData(encryptedData, aesKey);  

    QJsonDocument doc = QJsonDocument::fromJson(decryptedData);  
    BalanceTemplate tpl = parseTemplate(doc);  

    emit templateLoaded(tpl); // 发送信号到业务逻辑层  
}

4.2.3 文件关联与点击响应

// FileBrowser.qml  
ListView {  
    model: fileModel  
    delegate: FileItem {  
        onClicked: {  
            if (isTemplateFile(filePath)) {  
                TemplateManager.loadTemplate(filePath);  
                StackView.replace("BalancePage.qml", { template: tpl });  
            }  
        }  
    }  
}

4.3 实时显示模块

4.3.1 相位仪表盘（OpenGL加速）

// PhaseMeter.qml  
Canvas {  
    renderTarget: Canvas.FramebufferObject  
    onPaint: {  
        var ctx = getContext("2d");  
        ctx.beginPath();  
        ctx.arc(centerX, centerY, radius, -Math.PI/2, currentAngle);  
        ctx.strokeStyle = "#FF0000";  
        ctx.lineWidth = 8;  
        ctx.stroke();  
    }  
}

4.3.2 数据表格动态更新

// DataTable.qml  
TableView {  
    columnWidthProvider: (column) => 120  
    model: BalanceDataModel {  
        updateInterval: 100 // 100ms刷新  
    }  
}

五、接口定义与数据流

5.1 服务代理层接口

接口名称	功能	调用方式
`loadTemplate()`	加载模板文件	Qt信号槽（跨线程）
`saveMeasurement()`	保存测量结果	异步Promise
`getBatteryStatus()`	获取电池状态	直接调用

5.2 跨核通信协议（A7与M4核）

// 共享内存结构（DDR中定义）  
struct SharedData {  
    volatile float phase;      // 当前相位（rad）  
    volatile float amplitude;  // 振幅（mm）  
    pthread_mutex_t lock;  
};

六、关键数据结构

6.1 模板参数结构体

struct BalanceTemplate {  
    QString name;  
    int planeMode;  
    QMap<QString, QVariant> params;  
    QByteArray toEncryptedJson() const;  
    static BalanceTemplate fromEncryptedJson(const QByteArray &data);  
};

6.2 实时数据缓冲区

class RealtimeDataBuffer {  
private:  
    QVector<double> buffer;  
    QReadWriteLock lock;  
public:  
    void append(const QVector<double>& data);  
    QVector<double> fetchLatest(int maxSamples);  
};

七、代码框架与实现

7.1 项目目录结构

项目根目录/  
├── src/  
│   ├── main.cpp                  # 应用入口  
│   ├── Core/  
│   │   ├── TemplateManager.cpp   # 模板管理逻辑  
│   │   └── DataBuffer.cpp        # 实时数据缓冲  
│   ├── UI/  
│   │   ├── MainWindow.qml        # 主界面  
│   │   ├── BalancePage.qml       # 动平衡界面  
│   │   └── SplashScreen.qml      # 启动动画  
├── resources/  
│   ├── images/                   # 图标资源  
│   └── fonts/                    # 字体文件  
└── CMakeLists.txt                # 构建配置

7.2 核心代码实现

7.2.1 主程序入口（main.cpp）

int main(int argc, char *argv[]) {  
    QApplication app(argc, argv);  

    // 初始化双核通信  
    SharedMemory::init();  

    // 加载QML主界面  
    QQmlApplicationEngine engine;  
    engine.load(QUrl("qrc:/UI/MainWindow.qml"));  

    return app.exec();  
}

7.2.2 导航控制器（NavigationController.h）

class NavigationController : public QObject {  
    Q_OBJECT  
public:  
    Q_INVOKABLE void navigateTo(const QString &page, const QVariantMap &props = {});  
};  

// 实现  
void NavigationController::navigateTo(const QString &page, const QVariantMap &props) {  
    QQmlEngine *engine = QQmlEngine::contextForObject(this)->engine();  
    QQmlComponent component(engine, QUrl(page));  
    QObject *instance = component.createWithInitialProperties(props);  
    qobject_cast<QQuickItem*>(instance)->setParentItem(parentItem);  
}

八、测试计划

8.1 单元测试用例

测试项	输入	预期输出
模板加载功能	合法.tpl文件	参数解析正确，跳转至测量界面
实时数据显示	模拟10kHz数据流	界面刷新率≥30 FPS
文件关联响应	双击.tpl文件	触发模板加载信号

8.2 自动化测试脚本

# pytest示例：测试模板加载流程  
def test_template_loading(qtbot):  
    main_window = MainWindow()  
    qtbot.mouseClick(main_window.file_button, Qt.LeftButton)  
    qtbot.keyClicks(file_dialog, "test.tpl")  
    assert main_window.current_page == "BalancePage"

九、附录

9.1 UML类图

@startuml  
class MainWindow {  
  +StackView stackView  
  +void enterConfigPage(int mode)  
}  

class TemplateManager {  
  +BalanceTemplate loadTemplate(QString path)  
}  

class BalancePage {  
  -PhaseMeter phaseMeter  
  -DataTable dataTable  
}  

MainWindow --> TemplateManager : uses  
MainWindow --> BalancePage : navigates to  
@enduml