基于Qt的無人直升機(jī)地面顯控終端軟件設(shè)計(jì)

程滔

摘要

在無人直升機(jī)地面測控系統(tǒng)中，既要保證設(shè)備的體積小，又要保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，文章針對此問題提出了一種基于Qt，在Windows平臺下的無人直升機(jī)顯控終端軟件設(shè)計(jì)新方法。Qt因具有跨平臺特性，逐漸成為圖形界面的主流開發(fā)工具。本軟件采用基于Qt圖形化視圖框架，程序架構(gòu)清晰。使用Qwt工具及樣式表使得圖形界面設(shè)計(jì)簡單、界面友好美觀。

【關(guān)鍵詞】無人直升機(jī) Qt 圖形視圖框架 樣式表

1引言

無人直升機(jī)是指由無線電地面遙控飛行或/和自主控制飛行的可垂直起降不載人飛行器，在構(gòu)造形式上屬于旋翼飛行器，在功能上屬于起降飛行器。無人直升機(jī)具有垂直起降、空中懸停、不拘泥于跑道等特點(diǎn)，能完成不適合有人直升機(jī)執(zhí)行的危險(xiǎn)空中作業(yè)或固定翼無人機(jī)無法完成的任務(wù)。

Qt是C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。Qt具有優(yōu)良的跨平臺特性，Windows、Linux、Solaris等，在某一環(huán)境下編寫的源代碼，只要稍加修改或不修改即可在不同的環(huán)境下進(jìn)行編譯運(yùn)行。

無人直升機(jī)地面顯控終端軟件以實(shí)現(xiàn)遙控、遙測數(shù)據(jù)收發(fā)為主。軟件由飛行監(jiān)控、指令遙控、遙調(diào)控制、載荷監(jiān)控等顯示區(qū)域構(gòu)成人機(jī)操作界面，其它信息可隱藏，必要時(shí)調(diào)出顯示。

2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地面監(jiān)控軟件以遙控、遙測數(shù)據(jù)收發(fā)為主，在系統(tǒng)其它部件的配合下完成系統(tǒng)配置、起降監(jiān)控、任務(wù)監(jiān)控等功能。

地面監(jiān)控軟件有兩種模式，一種是監(jiān)控模式，接收飛控、任務(wù)等的數(shù)據(jù)；一種是數(shù)據(jù)回放模式，選擇本地歷史數(shù)據(jù)回放。系統(tǒng)啟動(dòng)默認(rèn)為監(jiān)控模式，在該模式下，軟件完成上行遙控?cái)?shù)據(jù)的組幀及發(fā)送、下行遙測數(shù)據(jù)的接收、處理及顯示、下行任務(wù)數(shù)據(jù)的接收、處理及顯示等。

2.1Qwt控件

地面監(jiān)控軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，分為飛行控制模塊和飛行狀態(tài)模塊。飛行狀態(tài)模塊設(shè)計(jì)成五個(gè)部分：飛行姿態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)及故障告警顯示、典型參數(shù)顯示、遙控遙調(diào)控制指令及狀態(tài)欄。飛行姿態(tài)是用戶非常關(guān)心的版塊，該部分采用Qwt控件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到理想的人機(jī)交互效果。

Qwt，全稱是Qt Widgets for Technical Application。它為具有技術(shù)背景的程序提供GUI組件和一組實(shí)用類。Qwt基于Qt開發(fā)，繼承了Qt的跨平臺特性。利用Qwt中QwtDial類制作地平儀面板，QwtScaleWidget類制作高度、速度刻度。地面監(jiān)控軟件提供典型曲線顯示功能，曲線可顯示的有姿態(tài)角、姿態(tài)角速率、加速度等。典型曲線界面用QwtPlot控件設(shè)計(jì)。QwtPlot用來繪制二維圖像，在畫板上可以無限制的顯示繪畫組件。

2.2界面布局和風(fēng)格

QtCreater是一個(gè)跨平臺的、完整的Qt集成開發(fā)環(huán)境，其中包括了高級C++代碼編譯器、項(xiàng)目和生成管理工具、集成的上下文相關(guān)的幫助系統(tǒng)、圖形化調(diào)試器、代碼管理和瀏覽工具等。其集成了QtDesigner的功能，QtDesigner是QtGUI編程語言一系列工具中的一個(gè)，該工具提供了Qt基本的可繪制窗口的部件，產(chǎn)生.ui文件。添加Qwt控件后，其控件如QtDesigner設(shè)計(jì)器中其它控件一樣，通過鼠標(biāo)拖放相應(yīng)部件，能夠高效、快速的實(shí)現(xiàn)界面的整體框架設(shè)計(jì)。對GUI界面美化主要用到樣式表，樣式表可快速、高效的完成部件的外觀風(fēng)格設(shè)計(jì)。如遙控遙調(diào)控制指令按鈕設(shè)計(jì)為三態(tài)按鈕，即可用如下代碼實(shí)現(xiàn)：

QPushButton{border-image：url（：/images/normal.png）；}

QPushButtomhover{border-image：url（：/images/hover.png）；}

QPushButtompressed{border-image：url（：/images/press.png）；}

在用戶界面設(shè)計(jì)過程中，布局管理是必不可少的，直接影響用戶的使用效果。Qt提供了QLayout類及其子類作為布局管理器，常用的布局管理器類有QBoxLayout、QGridLayout、QFormLayout和QStackedLayout等。

本軟件使用QtCreater設(shè)計(jì)地面顯控軟件界面上的部件和窗口，在人機(jī)交互過程中，使用了信號與槽的機(jī)制。

3應(yīng)用實(shí)例

在某項(xiàng)目中，在Windows環(huán)境下采用Qt5.5.1進(jìn)行無人直升機(jī)地面顯控終端界面的軟件開發(fā)。用戶界面主要包括五大部分：飛行姿態(tài)、典型數(shù)據(jù)曲線及故障告警顯示、典型參數(shù)顯示、遙控遙調(diào)控制指令及狀態(tài)欄。飛行姿態(tài)主要是以圖形化的形式直觀展現(xiàn)出無人直升機(jī)的姿態(tài)信息，在飛行姿態(tài)區(qū)域上方提供啟動(dòng)數(shù)據(jù)回放、源碼顯示、任務(wù)窗口及配置信息功能按鈕；典型數(shù)據(jù)曲線及故障告警顯示是根據(jù)需要選擇性的顯示相關(guān)數(shù)據(jù)曲線及整個(gè)系統(tǒng)故障信息顯示；典型參數(shù)顯示是顯示用戶關(guān)心的參數(shù)信息；遙控遙調(diào)控制指令區(qū)域是發(fā)送上行控制指令區(qū)域；狀態(tài)欄是當(dāng)前模式及時(shí)間的顯示。

4結(jié)論

本文中添加的Qwt為Qwt-6.1.2。Qwt的畫圖控件比Qt自帶的控件美觀，但是需要編譯進(jìn)行添加。通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)測試及地面聯(lián)試試驗(yàn)顯示，使用Qt對無人直升機(jī)地面顯控終端軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，能夠滿足系統(tǒng)的要求，同時(shí)實(shí)時(shí)性好、界面美觀。

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