便携式动平衡仪Qt应用层详细设计说明书

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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

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一、文档目录

1. 系统概述
2. 应用层架构设计
3. 模块详细设计
4. 接口定义与数据流
5. 关键数据结构
6. 代码框架与实现
7. 测试计划
8. 附录

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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）。

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三、应用层架构设计

3.1 分层架构

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|     UI界面层         |  <- QML界面、动画、触摸事件
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|   业务逻辑层         |  <- 模板管理、导航控制、数据转发
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|   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

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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  }  
}  

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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;  
};  

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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);  
};  

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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);  
}  

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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"  

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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  

9.2 参考文档

1. 《Qt 6.5官方文档》
2. 《ISO 1940-1:2018机械振动平衡标准》
3. 《嵌入式Linux系统开发指南》

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十、修订记录

版本	日期	修改内容
1.0	2023-10-01	初版发布
1.1	2023-10-05	补充模板加密与导航控制逻辑

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说明：

• 本方案基于Qt 6.5和STM32MP157平台设计，完整代码需结合硬件驱动层实现。
• 模板文件加密密钥需通过安全芯片（如STM32 TrustZone）保护。
• 实时数据流需通过双核共享内存实现低延迟传输。