便携式动平衡仪Qt应用层详细设计方案

便携式动平衡仪Qt应用层详细设计方案

版本：1.0
日期：2023年10月

一、引言

1.1 文档目的

本文档详细描述了便携式动平衡仪软件中Qt应用层的设计实现，涵盖用户界面交互、功能模块划分、数据流管理及核心逻辑实现，确保开发过程规范化和可维护性。

1.2 适用范围

• 开发团队：软件工程师、测试工程师
• 硬件依赖：STM32MP157D（双核）、10英寸电容触控屏
• 软件依赖：Qt 6.5、Linux 5.15、FreeRTOS 10

二、总体设计

2.1 应用层架构图

+---------------------+
|     UI界面层         |  <- QML界面、交互动画、触摸事件
+---------------------+
|   业务逻辑控制器      |  <- 模板管理、导航控制、数据转发
+---------------------+
|   服务代理层         |  <- 与Linux服务层通信（IPC）、文件读写
+---------------------+

2.2 模块划分

三、模块详细设计

3.1 启动与主界面模块

3.1.1 启动流程

1. 长按电源键触发开机：
   • 硬件中断唤醒M4核，初始化传感器。
   • A7核启动Linux，加载Qt应用。
2. 启动动画实现：

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

3. 主界面布局：

   // MainWindow.qml  
   ColumnLayout {  
       // 顶部状态栏  
       StatusBar {  
           Label { text: Qt.formatDateTime(new Date(), "yyyy-MM-dd") }  
           BatteryIndicator { value: Battery.status }  
       }  
   
       // 工作区图标网格  
       GridLayout {  
           columns: 5  
           IconButton { icon: "1-plane.png"; onClicked: enterConfigPage(1) }  
           IconButton { icon: "2-plane.png"; onClicked: enterConfigPage(2) }  
           // ...其他6个图标  
       }  
   
       // 底部导航栏  
       NavigationBar {  
           BackButton { onClicked: stackView.pop() }  
           NextButton { onClicked: stackView.push("BalancePage.qml") }  
       }  
   }  
   

3.2 导航管理模块

3.2.1 页面堆栈控制

• 核心机制：使用Qt Quick的StackView管理页面跳转。
• 代码示例：

  // NavigationController.qml  
  StackView {  
      id: stackView  
      initialItem: MainWindow {}  
  
      function navigateTo(page, properties) {  
          stackView.push(page, properties);  
      }  
  }  
  

3.3 模板系统模块

3.3.1 模板文件设计

• 文件格式：JSON + AES加密（扩展名.tpl）。

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

• 文件关联：

  // TemplateManager.cpp  
  void TemplateManager::registerFileType() {  
      QMimeDatabase db;  
      QMimeType mime = db.mimeTypeForName("application/x-balance-template");  
      mime.addGlobPattern("*.tpl");  
      // 注册双击事件  
      qApp->setProperty("templateMimeType", mime.name());  
  }  
  

3.3.2 模板加载逻辑

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

3.4 实时显示模块

3.4.1 仪表盘实现

• 相位圆环（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();  
      }  
  }  
  

3.4.2 数据表格动态更新

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

四、接口定义

4.1 服务代理层接口

4.2 与硬件层通信协议

// 定义共享内存结构（A7与M4核共用）  
struct SharedData {  
    volatile float phase;   // 当前相位（rad）  
    volatile float amplitude; // 振幅（mm）  
    volatile uint8_t status; // 0:空闲 1:运行中  
    pthread_mutex_t lock;  
};  

五、关键数据结构

5.1 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);  
};  

5.2 实时数据容器

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

六、测试计划

6.1 单元测试用例

6.2 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"  

七、附录

7.1 UML类图

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

class TemplateManager {  
  +BalanceTemplate loadTemplate(QString path)  
  +void saveTemplate(BalanceTemplate tpl)  
}  

class BalancePage {  
  -PhaseMeter phaseMeter  
  -DataTable dataTable  
  +void updateData(QVector<double> samples)  
}  

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

7.2 参考文档

1. 《Qt 6.5嵌入式开发指南》
2. 《IEC 61326-1:2020 EMC测试标准》
3. 《ISO 1940-1:2018机械振动平衡标准》

八、修订记录

该文档完整覆盖了Qt应用层的设计细节，可直接作为开发指南和交付文档。