用QT做的GPS设计与实现

北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计I使用 QT 的 GPS 设计与实现摘 要人们生活质量不断提高，城际间的往来更加频繁，导航仪成为了生活中不可缺少的部分。电子地图是导航仪最主要的部分，而电子地图的绘制工作颇为繁琐，价格也比较昂贵，给导航仪的开发带来了很大的麻烦。如果掌握了电子地图的绘制方法，那么不仅带研发上具有重要意义，而且将带来更大的经济效益。就此，本课题对电子地图的绘制和相关程序的编写开展了研究。课题对 Trolltech 公司的 QT/Embedded 的深入分析和研究的基础上，开发了基于Intel Pxa270 的电子地图。地图的数据来源于实际，利用 Mapinfo9.5 自主绘制电子地图。通过 QT 的 API 与 Mapinfo 图表数据结合，把地图显示在 QT 的程序框架上。进而进行了相关的功能的设计，主要包括地图引擎的设计、路径规划设计、实时定位设计等。关键词：Mapinfo9.5 QT/Embedded 电子地图北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计IIQT-based Design and Implementation of Electronic MapABSTRACTPeople constantly improve the quality of life, inter-city exchanges between the more frequent, navigation has become an indispensable part of life. Navigation electronic map is the most important part, the electronic map will work quite complicated, the price is also more expensive, to navigation systems development is a big trouble. If the master electronic map drawing method, then not only with research and development of great significance, and will bring greater economic benefits. In this connection, the subject of the e-map rendering and related research carried out the preparation procedures. Subject to the Trolltechs QT / Embedded-depth analysis and research based on the development of a digital map based on Intel Pxa270. Map data from the actual use of Mapinfo9.5 own digital maps drawing. QTs API through the chart data combined with Mapinfo, the map shows the procedure in the QT framework. Then carried out the functions related to the design, including the design of the engine map, path planning, real-time location and design.Key words：Mapinfo9.5 QT/Embedded Electronic map北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计III目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 前言 .11.1 概述 .11.2 研究背景 .11.3 研究目标 .11.4 需求分析 .21.4.1 用户需求分析 .21.4.2 功能需求分析 .21.5 本章小结 .32 QT 简介 .42.1 QT 的背景介绍 .42.2 QT 实现的结构原理 .42.3 QT Graphics View Framework 简介 .52.3.1 Graphics View 层次结构 .52.3.2 QGraphicsItem.82.4 QT 应用程序的实现 .102.5 本章小结 .113 mapinfo 绘制电子地图 .123.1 MapInfo Professional 简介 .12北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计IV3.2 MapInfo 地图图表 .133.3 MapInfo 地图图层与图元 .143.3.1 地图图层 .143.3.2 地图图元 .143.4 地图的来源 .153.5 电子地图绘制 .173.5.1 MapInfo Professional 地图绘制工具 .173.5.2 MapInfo Professional 绘制地图 .173.6 *.MIF 和*.MID 文件 .183.7 本章小结 .204 系统框架描述 .214.1 系统模块 .214.2 主要功能 .214.3 平台简介 .224.4 UP-TECHPXA270-S 核心模块资源 .234.5 本章小结 .245 详细设计 .255.1 程序流程图 .255.2 界面设计 .275.2.1 主窗体设计 .275.2.2 子窗体设计 .285.3 地图的显示 .29北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计V5.3.1 地图坐标转换 .295.3.2 地图图元的显示 .305.3.3 显示效果设计 .335.4 单源最短路径算法 .365.4.1 Dijkstra(迪杰斯特拉)算法 .365.4.2 路径节点的存储 .375.5 本章小结 .416 测试及运行结果 .426.1 测试目标 .426.2 测试预期结果 .426.3 运行结果 .426.3.1 地图浏览功能 .436.3.2 路径规划功能 .446.4 本章小结 .457 论文总结 .46参考文献 .47谢 辞 .48北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计11 前言1.1 概述随着新的 ARM 芯片不断问世以及这些芯片的价格下降，嵌入式产品开始潜移默化的取代早期的一些单片机，并在社会各行各业中占有越来越重要的位置，嵌入式产品也由此成为众多工程师选择开发高端产品的芯片首选。QT 具备跨平台，易扩展，界面华丽，性能稳定等优点。因此，以嵌入式处理器作为硬件平台，以 QT 作为程序框架，两者的完美结合必将成为未来技术的发展方向。1.2 研究背景现在，汽车正在普及，道路不断建设，城际间的经济往来更加频繁，活动的区域也越来越大。为了提高生活质量，大量的休闲活动、探险活动的举行使我们并不局限在自己认识的一小块区域中，不认识道路，找不到目的地的情况也屡有发生。就此，各种各样的导航仪逐渐走进我们的生活。无论什么导航仪最主要的部分都是电子地图。开发电子地图成为了导航仪的关键。根据调查，电子地图制作困难而且价格相当昂贵，给导航仪的开发带来了很多不便。自主绘制电子地图，编写电子地图应用程序，不管是从经济上还是研究上都具有非常大的意义。市面上的嵌入式产品各式各样，用到的嵌入式操作系统自然也是有所不同。如果拥有一个跨平台的程序的话，那将会给我们的开发节省了大量的时间。QT正是一个支持多平台的 C+图形用户界面应用程序框架。它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所用功能。Qt 是完全面向对象的很容易扩展，并且允许真正地组件编程。所以使用 QT 作为应用程序框架是一个不错的选择。1.3 研究目标基于上述背景，开发一个电子地图项目，使用 windows CE5.0 搭配 PXA270开发板来构建这个项目。使用 mapinfo 电子地图绘制软件自主绘制电子地图。利用 QT4 作为系统应用层的程序框架。根据系统的需求，裁减、移植windowsCE 内核。分析系统功能和接口，添加各种驱动程序，如：USB 驱动，COM 口驱动等。根据应用程序中的每个功能模块，分析各个模块的用户界面接北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计2口和对人机交互图形化用户界面的接口设计。1.4 需求分析1.4.1 用户需求分析目前，我们可以通过各种途径接触电子地图，例如以网页形式的电子地图，如 Google 地图、Google Earth、百度地图等，以车载 GPS 导航仪的电子地图，如 garmin 任我游、纽曼、新科、城际通等，还有以手机导航功能出现的电子地图，越来越多的手机将支持导航功能，诺基亚 2010 年在大规模普及手机导航。对此，本项目采用免费版的 QT4 作为程序框架，并且可以跨平台使用，在开发成本上有着很大的优势。 未来几年，配备电子地图的电子产品市场将逐渐走向成熟，市场需求和产品销量会保持大幅增长，产品供应链中的各类企业将获得巨大商机。尤其是随着产品价格的不断下降，这种快速发展的态势会愈加明显。电子地图在中国市场必然会获得更大的发展空间。由此，本项目也适应用户需求，开发电子地图的相关功能：地图显示功能、卫星定位功能、路径导航功能、语音提示功能等。1.4.2 功能需求分析根据用户需求，和对产品的定位，划分以下功能：表 1-1 用户需求功能支持功能 所需硬件1 地图显示2 实时定位3 路径导航4 语音提示UP-TECHPXA270-S 为硬件开发平台北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计3支持功能分析：1. 地图显示：显示当前位置地理信息，包括道路、河流、建筑物，以及标志性建筑的名称，可以通过地图了解的所在位置的周边情况。2. 实时定位：通过不断对对 COM 口接收到的信息进行分析，获取当前所在位置，并且显示在地图的相应位置上。3. 路径导航：可以设置目的地点，系统将通过路径优先算法显示最优路径，完成导航功能。4. 语音提示：通过简单的语言提示来配合路径导航。所需硬件分析：需要的硬件模块在 UPTECHPXA270S 硬件实验平台上已一应俱全。在此平台上还配制了 8 英寸的 TFT 真彩液晶屏，支持 640*480 的分辨率。UPTECHPXA270S 在存储系统方面也有着很高的配置，内置了高性能价格比的 NAND FLASH 64M 内存，支持大容量的用户差异图形图片和媒体文件的存储。CPU 的能力当然是毋庸置疑的，Intel Xscale 结构芯片的 PXA270 在各方面都表现了很强悍的能力，在目前市场上来说也是一款很先进的处理器芯片。PXA270 处理器是 Intel 公司目前性能最为强劲的移动处理器，已经成为高端移动设备中最受欢迎的处理器之一。PXA270 最高主频可达 624MHz，它引入了 X86架构奔腾 4 系列上的多媒体技术MMX 技术，能够大大提升多媒体处理能力，用户通过该技术可以在 VGA 上面播放高质量的 MPGE4 视频；同时加入了 Intel SpeedStep 动态电源管理技术，在保证 CPU 性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗。1.5 本章小结本章主要介绍本项目的选题背景、意义，选题目标和项目需求分析，根据产品市场和本人技术水平情况，按需求划分软件功能模块，还根据软件功能和现有资源的性能对硬件需求做了详细分析。北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计42 QT 简介2.1 QT 的背景介绍Qt/Embedded 是 著 名 的 Qt 库 开 发 商 Trolltech 公 司 开 发 的 面 向 嵌 入 式系 统 的 Qt 版 本 ， 开 发 人 员 多 为 KDE 项 目 的 核 心 开 发 人 员 。 许 多 基 于 Qt 的X Window 程 序 可 以 非 常 方 便 地 移 植 到 Qt/Embedded 上 ， 与 X11 版 本 的 Qt在 最 大 程 度 上 接 口 兼 容 ， 延 续 了 在 X 上 的 强 大 功 能 ， 在 底 层 彻 底 摒 弃 了 X lib， 仅 采 用 framebuffer 作 为 底 层 图 形 接 口 。 Qt/Embedded 类 库 完 全 采 用C+封 装 。 丰 富 的 控 件 资 源 和 较 好 的 可 移 植 性 是 Qt/Embedded 最 为 优 秀 的 一方 面 ， 使 用 X 下 的 开 发 工 具 Qt Designer 可 以 直 接 开 发 基 于 Qt/Embedded的 UI（ 用 户 操 作 接 口 ） 界 面 。 越 来 越 多 的 第 三 方 软 件 公 司 也 开 始 采 用Qt/Embedded 开 发 嵌 入 式 下 的 应 用 软 件 。2.2 QT 实现的结构原理Qt/Embedded 是 Trolltech 公 司 开 发 的 面 向 嵌 入 式 系 统 的 Qt 版 本 ， 与X11 版 本 的 Qt 在 最 大 程 度 上 接 口 兼 容 ， 采 用 帧 缓 存 （ framebuffer） 作 为底 层 图 形 接 口 。 Qt/Embedded 类 库 完 全 采 用 C+封 装 ， 并 且 有 着 丰 富 的 控 件资 源 以 及 较 好 的 可 移 植 性 ， 大 范 围 的 Qt/Embedded API 可 用 于 多 种 开 发 项目 。 Qt/Embedded 的 实 现 结 构 如 下 ：图 2-1 QT 的 实 现 结 构 图北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计5Qt/Embedded 的 底 层 图 形 引 擎 基 于 framebuffer。 Framebuffer 驱 动程 序 的 实 现 分 为 两 个 方 面 ： 一 方 面 是 对 LCD 及 其 相 关 部 分 的 初 始 化 ， 包 括画 在 缓 冲 区 的 创 建 和 对 DMA 通 道 的 设 置 ； 另 外 一 方 面 是 对 画 面 缓 冲 区 的 读 写 ，具 体 到 代 码 为 read、 write、 lseek 等 系 统 调 用 接 口 。 至 于 将 画 面 缓 冲 区 的内 容 输 出 到 LCD 显 示 屏 上 ， 则 由 硬 件 自 动 完 成 。 对 于 软 件 来 说 是 透 明 的 。 当对 于 DMA 通 道 和 画 面 缓 冲 区 设 置 完 成 后 ， DMA 开 始 正 常 工 作 ， 并 将 缓 冲 区 中的 内 容 不 断 发 送 到 LCD 上 。 这 个 过 程 是 基 于 DMA 对 于 LCD 的 不 断 刷 新 的 。基 于 该 特 性 ， framebuffer 驱 动 程 序 必 须 将 画 面 缓 冲 区 的 存 储 空 间 （ 物 理空 间 ） 重 新 映 射 到 一 个 不 加 高 缓 存 和 写 缓 存 的 虚 拟 地 址 区 间 中 ， 这 样 能 才 保证 应 用 程 序 通 过 mmap 将 该 缓 存 映 射 到 用 户 空 间 后 ， 对 于 该 画 面 缓 存 的 写 操作 能 够 实 时 的 体 现 在 LCD 上 。QT 程 序 是 基 于 C+编 写 的 ， 图 形 用 户 界 面 编 程 同 时 需 要 运 行 效 率 和 高 水平 的 灵 活 性 。 Qt 通 过 结 合 C+的 速 度 为 这 一 领 域 提 供 了 Qt 对 象 模 型 。Qt 把 下 面 这 些 特 性 添 加 到 了 C+当 中 ： 一 种 被 称 为 信 号 和 槽 的 非 常 强 大 的 机 制 ； 可 查 询 和 可 设 计 的 属 性 项 ； 强大 的 事 件 和 事 件 过 滤 器 ； 根 据 上 下 文 进 行 国 际 化 的 字 符 串 翻 译 ； 完 善 的 时 间间 隔 驱 动 的 计 时 器 等 。 许 多 Qt 的 特 性 是 基 于 QObject 的 继 承 ， 通 过 标 准 C+技 术 实 现 的 。QApplicati