基于QT的多媒体车载导航系统毕业论文.doc

I 基于基于 QTQT 的多媒体车载导航系统毕业论文的多媒体车载导航系统毕业论文 目录 1 1 系统方案选择和论证系统方案选择和论证 1 1 1 1 引言 1 1 2 方案说明 1 1 2 1 总体设计方案 1 1 2 2 系统功能说明 2 1 3 部分模块设计方案 2 1 3 1 控制模块设计方案 2 1 3 2 操作系统选择方案 3 1 3 3 GPS 模块选择方案 3 1 3 4 显示模块设计方案 4 1 3 5 地图文件存放方案 4 1 4 总体方案确定 4 1 4 1 系统硬件方案 4 1 4 2 软件需求 5 2 2 系统的硬件设计与实现系统的硬件设计与实现 5 5 2 1 主控芯片电路 6 2 2 FLASH芯片电路 7 2 2 1 Nand flash 芯片电路 8 2 2 2 nor flash 芯片电路 8 2 3 串口电路 9 2 4 USB端口电路 10 2 5 系统总线及LCD接口电路 10 2 6 电源电路 11 3 3 系统的软件设计系统的软件设计 1111 II 3 1 系统概述 11 3 2 软件详细设计 11 3 2 1 主函数 11 3 2 2 画布 13 3 2 3 位图元素 13 3 2 4 GPS 类 14 3 2 5 主界面 20 3 2 6 地图窗口 22 3 2 7 多媒体播放窗口 23 3 2 8 游戏窗口 24 3 2 9 日历窗口 24 3 2 10 电子书窗口 25 3 2 11 声卡驱动移植 26 3 2 12 触摸屏驱动移植 26 3 2 13 RTC 驱动 27 4 4 移植与测试移植与测试 2828 4 1 检查编译环境的搭建 29 4 2 图形界面的搭建 30 4 3 测试 32 5 5 总结总结 3636 第 1 页 共 36 页 1 系统方案选择和论证系统方案选择和论证 1 1 引言 引言 GPS 是英文 Global Positioning System 全球定位系统 的简称 而其中文简称 为 球位系 GPS 是 20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导 航定位系统 其主要目的是为陆 海 空三大领域提供实时 全天候和全球性的导 航服务 并用于情报收集 核爆监测和应急通讯等一些军事目的 随着人民生活水平 的发展 GPS 技术被越来越多的应用在个人 PDA 个人车载终端 手机等设备上 人们 通过 GPS 能准确知道自己所在的位置 从实现到导航 确定旅游路线 获取地理信息 等功能 本文介绍的 GPS 导航系统 以 ARM 作为主控芯片 配以 GPS TFT 触摸屏 嵌 入式 LINUX 操作系统 构建了一个集 GPS 信息显示 地图显示为一体的完整系统 本 系统在一定程度上推动了 GPS 导航设备研究的发展 1 21 2 方案说明方案说明 1 2 1 总体设计方案总体设计方案 个人手持设备要求界面美观 功耗低 易于操作 系统应有彩色触摸屏 低功耗 高速度的处理芯片 带有嵌入式操作系统 GPS 信息接收模块 sd 卡用以存放地图 模块框图分别如图 1 所示 第 2 页 共 36 页 图 1 1 系统结构框图 1 2 21 2 2 系统功能说明系统功能说明 1 定位功能 GPS 通过接收卫星信号 可以准确地定出其所在的位置 位置误差小于 10 米 利用 GPS 在地图上实时显示车辆当前位置 2 地图导航功能 输入目标地点后 自动在地图上显示出行车路线 假如用户因为不小心错过路口 没有走车载 GPS 导航系统推荐的最佳线路 新为用户设计一条回到主航线路线 或是 为用户设计一条从新位置到终点的最佳线路 3 娱乐功能 播放 U 盘 SD 卡中的 MP3 MP4 文件 也可查看电子书 4 数据存储功能 将地图文件 影音文件 电子书等数据存储在 SD 卡中 1 31 3 部分模块设计方案部分模块设计方案 1 3 11 3 1 控制模块设计方案控制模块设计方案 ARM 是一种处理器的 IP 核 英国 ARM 公司开发出处理器结构后向其他芯片厂商授 权制造 芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整 因此实际中使用的 ARM 处理器有很多种类 主要有三星 飞利浦 ATMEL INTEL 制造的几大类 功能与使用 上均不相同 ARM 处理器核还可以嵌入其他专用芯片中作为中央处理单元使用 例如飞 GPS 模块多媒体模块 液晶 触摸 屏模块 SD 卡 USB 存储 嵌入式 Linux Qt E ARM9 平台 扬声器 娱乐模块 定位导航信息影音视频 用户交互 数据交互 影音音频 第 3 页 共 36 页 利浦的 MP3 解码芯片就是采用 ARM7 核心的 ARM 系列处理器很少集成片上硬件资源 更接近今天的处理器范畴 基本不被认为是单片机 AVR 单片机是 ATMEL 公司研制开发的一种新型单片机 它与 51 单片机 PIC 单片 机相比运行效率高很多 芯片内部的 Flsah EEPROM SRAM 容量较大 全部支持在线 编程烧写 ISP 每个 IO 口都可以以推换驱动的方式输出高 低电平 驱动能力强 内 部资源丰富 一般都集成 AD DA 模数转换器 PWM SPI USART TWI I2C 通信口 丰富的中断源等 主要现在使用的型号是 ATMEGA8 16 因此有以下两种选择方案 方案一 采用凌阳公司的 16 位单片机 它是 16 位控制器 具有体积小 驱动能 力高 集成度高 易扩展 可靠性高 功耗低 结构简单 中断处理能力强等特点 用于语音处理和识别等领域 满足系统 GPS 模块和语音导航功能的需要 但由于本系 统需要彩色人机交互界面 对处理速度要求较高 故不采用 方案二 采用三星公司的 s3c2440 s3c2440 采用 ARM920t 内核 实现了 MMU ARBA BUS 和 Harvard 的高速缓冲体系结构 它是一块高性能 低功耗的嵌入式 芯片 并且可植入操作系统 在个人 PDA 领域应用较广 植入操作系统后 用户在 GUI 编程方面具有很大优势 它内置 AD DA 便于扩展语音模块 故选用此芯片为主控芯片 1 3 21 3 2 操作系统选择方案操作系统选择方案 本项目选用 Linux 操作系统 Linux 操作系统广泛应用在嵌入式设备中 因其源代 码开放 免费 内核性能高效 多任务 可制定 完善的图形管理 文件管理机制 良好的开发环境 强大的工具集 而且可移植 QT 开发环境 可实现跨平台的编译 代码重用率高 最重要的是开放的源码使开发成本降低 1 3 31 3 3 GPSGPS 模块选择方案模块选择方案 方案一 采用串口接口 GPS 模块 优点 便于驱动 价格便宜 缺点 嵌入式 linux 的调试需要用到串口 若 GPS 模块占用了串口会造成调试不便 故不采用 方案二 采用 usb 接口 GPS 模块 优点 便于携带 连接开发板 缺点 驱动相对 第 4 页 共 36 页 较难 价格相对较贵 为了便于调试和携带 采用 usb 接口 GPS 模块 1 3 41 3 4 显示模块设计方案 显示模块设计方案 方案一 采用 LCD 显示 液晶显示屏 LCD 具有轻薄短小 低耗电量 但不能实 现触摸功能 故不采用 方案二 采用 TFT 显示 TFT 屏幕带有四线式电阻触摸膜 能实现触摸功能 便于 用户操作 故采用 1 3 51 3 5 地图文件存放方案 地图文件存放方案 方案一 采用 s3c2440 核心板内置 nand flash 存放 Nand flash 读取速度快 但容量较小 只有 128M 不适合存放大量地图数据 故不采用 方案二 采用外置 sd 卡 Sd 卡读取速度相对较慢 且会增加成本 但能存放大量数据 地图更新升级也很方便 故采用 1 41 4 总体方案确定 总体方案确定 1 4 11 4 1 系统硬件方案 系统硬件方案 表 1 1 系统硬件方案 名称说明 CPU S3C2410 MPLL 200M FLASH2M norflash 64M Nand Flash SDRAM64M USB 1 个 USB Host 接口 1 1 标准 网口 10M 串口2 个 3 线串口 SD 卡接口sd 卡容量 1G I O 8 路 I O LCD 3 5 寸 240 320 TFT 屏 触摸屏4 线电阻式触摸屏 第 5 页 共 36 页 GPS 模块3 线串口接线 U 盘容量 1 4G 1 4 2 软件需求 软件需求 表 1 2 软件需求 名称名称说明说明 操作系统 Linux 2 6 26 开发工具GNU 工具 启动代码 u boot 1 3 4 驱动程序所有硬件驱动 文件系统根文件系统采用 cramfs 用户文件 系统采用 yaffs2 GUIQT 地图百度地图 2 2 系统的硬件设计与实系统的硬件设计与实现现 系统硬件采用友善之臂的 mini2440 开发板 Mini2440 体积小 便于携带 接口丰 富 易于扩展 功耗低 便于长时间户外导航 Mini2440 硬件特性如下图 第 6 页 共 36 页 图 1 2 主控芯片电路 2 12 1 主控芯片电路主控芯片电路 主控芯片为 s3c2440 的 6 层核心板 该核心板性能稳定 工艺精良 第 7 页 共 36 页 图 2 1 主控芯片电路 2 22 2 flashflash 芯片电路芯片电路 flash 闪存是非易失存储器 可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程 任 何 flash 器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行 所以大多数情况下 在进 行写入操作之前必须先执行擦除 NAND 器件执行擦除操作是十分简单的 而 NOR 则要 求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0 由于擦除 NOR 器件时是以 64 128KB 的块进行的 执行一个写入 擦除操作的时间为 5s 与此相反 擦除 NAND 器件是以 8 32KB 的块进行的 执行相同的操作最多只需要 4ms 执行擦除时块尺寸 的不同进一步拉大了 NOR 和 NADN 之间的性能差距 统计表明 对于给定的一套写入操 作 尤其是更新小文件时 更多的擦除操作必须在基于 NOR 的单元中进行 这样 当 选择存储解决方案时 设计师必须权衡以下的各项因素 NOR 的读速度比 NAND 稍快一些 NAND 的写入速度比 NOR 快很多 NAND 的 4ms 擦除速度远比 NOR 的 5s 快 第 8 页 共 36 页 大多数写入操作需要先进行擦除操作 NAND 的擦除单元更小 相应的擦除电路更少 2 2 12 2 1 NandNand flashflash 芯片电路芯片电路 Nand flash 是操作系统的程序存储区 该芯片掉电不丢失数据 寿命长 可反复 擦写 芯片容量 128M 适合存放高密度数据结构 图 2 2 nand flash 芯片电路 2 2 22 2 2 nornor flashflash 芯片电路芯片电路 Norflash 是系统 BIOS 存储区 该芯片掉电不丢失数据 寿命长 可反复擦写 芯 片容量 8M 适合高速度 低数据密度的数据结构 NOR flash 带有 SRAM 接口 有足够 的地址引脚来寻址 可以很容易地存取其内部的每一个字节 第 9 页 共 36 页 图 2 3 nor flash 芯片电路 2 32 3 串口电路串口电路 采用 max3232 电平转换芯片与计算机通信 图 2 4 串口电路 第 10 页 共 36 页 2 42 4 usbusb 端口电路端口电路 采用 usb2 0 协议 usb 接口是用来连接 gps 模块 图 2 5 usb 端口电路 2 5 系统总线及系统总线及 lcd 接口电路接口电路 图 2 6 系统总线及 lcd 接口电路 第 11 页 共 36 页 2 62 6 电源电路电源电路 系统的输入电压为 DC5VC 因此可以通过 LM1117 1 8 LM1117 33 MAX8869EU18 芯片来转换成系统需要的三种电压分别为 1 8V 3 3V 1 25V 图 2 6 电源电路 3 3 系统的软件设计系统的软件设计 3 13 1 系统概述 系统概述 本系统的所有程序均采用 C 语言编写 开发工具为 Qt 开发环境为 ubuntu 11 10 应用软件开发的模块化思想来开发这个项目 程序定义了许多类来分别管理各 个模块 通过对各个类的操作 来构建整个程序框架 各个类对象即可单独提取出作 为独立的一个有机代码 大大增加了项目的健壮性及可移植性 在将要进行的以下的 代码介绍中一般只给出了定义 某些类的具体实现未给出 3 23 2 软件详细设计 软件详细设计 3 2 13 2 1 主函数 主函数 主函数 项目入口 用于启动其他模块 并在屏幕上显示主界面窗口 第 12 页 共 36 页 ifndef MAINWINDOW H define MAINWINDOW H include include include gps h include mplayer h include ebook h include minesweeping h include ui mainwindow h namespace Ui class MainWindow class MainWindow public QMainWindow public Ui MainWindow Q OBJECT public explicit MainWindow QWidget parent 0 MainWindow public slots void ShowMplayer void ShowGps void ShowMine void ShowCalendar void ShowEbook private Ui MainWindow ui endif MAINWINDOW H include include mainwindow h int main int argc char argv QApplication a argc argv MainWindow w w show return a exec 第 13 页 共 36 页 3 2 23 2 2 画布 画布 定义画布 在此画布上进行图形界面的生成 绘制 画布也就相当于一个窗口界 面 我们所要展示的内容都通过画布产生界面 内容在该界面生成 并且予以显示 ifndef MYCAVANS H define MYCAVANS H include include mypixitem h class MyCavans public QGraphicsScene Q OBJECT public explicit MyCavans QObject parent 0 MyCavans int pd int x int y if x9 y9 return 0 return 1 void changeblock int x int y pItem x y changeMe protected MyPixItem pItem 10 10 bool mineFlag 100 int mNum endif MYCAVANS H 3 2 33 2 3 位图元素 位图元素 定义位图元素 具体绘画对象 以及在画布上对绘画对象的鼠标事件的回应 ifndef MYPIXITEM H define MYPIXITEM H include include class MyPixItem public QGraphicsPixmapItem public MyPixItem 第 14 页 共 36 页 bool getMflag return mineflag void changeMflag bool m mineflag m void addM isMine void makex int a x a void makey int a y a static void addok okNum static int getok return okNum void changeMe int pd int x int y if x9 y9 return 0 return 1 signals void Pcheck MyPixItem p protected virtual void mousePressEvent QGraphicsSceneMouseEvent event bool okflag bool mineflag bool markflag int isMine int x int y static int okNum endif MYPIXITEM H 3 2 43 2 4 GPSGPS 类类 定义类 GPS 用来读取 GPS 接收器传来的数据 并进行分析处理 用于汽车定位等 ifndef GPS H define GPS H 第 15 页 共 36 页 include include ui gps h namespace Ui class gps class gps public QDialog Q OBJECT public explicit gps QWidget parent 0 gps int gpsState void locate float lng float lat protected virtual void timerEvent QTimerEvent event private slots void on pushButton clicked private Ui gps ui int initGPS void closeGPS int getLngLat float longitude float latitude endif GPS H include gps h include include include ui gps h include include include include include include include include include include using namespace std gps gps QWidget parent QDialog parent ui new Ui gps 第 16 页 共 36 页 ui setupUi this gpsState initGPS if gpsState 0 cerr GPS device can not be opend gpsState endl gps gps closeGPS delete ui void gps locate float lng float lat QString call locateLngLat QString num num setNum lng call num call num setNum lat call num call cout lng lng t lat lat webView page mainFrame evaluateJavaScript call void gps timerEvent QTimerEvent event static float lng 121 49704f static float lat 31 276478f lng 0 00005f lat 0 00005f int result 0 if result getLngLat locate lng 100 0f lat 100 0f else cerr getLngLat error result endl void gps on pushButton clicked static int timer 0 if timer 0 if gpsState 0 第 17 页 共 36 页 QMessageBox information this GPS gps device can not be opened QMessageBox Ok return timer startTimer 5000 cout timer timer started endl else killTimer timer cout timer timer stopped endl timer 0 int set opt int fd int nSpeed int nBits char nEvent int nStop struct termios newtio oldtio if tcgetattr fd return 1 bzero newtio c cflag CLOCAL CREAD newtio c cflag switch nBits case 7 newtio c cflag CS7 break case 8 newtio c cflag CS8 break switch nEvent case O newtio c cflag PARENB newtio c cflag PARODD newtio c iflag INPCK ISTRIP break case E 第 18 页 共 36 页 newtio c iflag INPCK ISTRIP newtio c cflag PARENB newtio c cflag break case N newtio c cflag break switch nSpeed case 2400 cfsetispeed break case 4800 cfsetispeed cfsetospeed break case 9600 cfsetispeed cfsetospeed break case 115200 cfsetispeed cfsetospeed break case 460800 cfsetispeed cfsetospeed break default cfsetispeed cfsetospeed break if nStop 1 newtio c cflag else if nStop 2 newtio c cflag CSTOPB newtio c cc VTIME 0 newtio c cc VMIN 100 tcflush fd TCIFLUSH if tcsetattr fd TCSANOW return 1 return 0 static FILE fp NULL int initGPS int nset1 fp fopen dev ttyUSB0 r if NULL fp return 1 nset1 set opt fileno fp 4800 8 N 1 if nset1 1 fclose fp return 2 return 0 void closeGPS if fp fclose fp fp NULL int getLngLat float longitude float latitude char buf 128 char begin 20 char SN 2 0 char WE 2 0 char flager while 1 memset buf 0 128 if NULL fgets buf sizeof buf fp return 3 memset begin 0 sizeof begin strcpy begin strtok buf flager 第 20 页 共 36 页 if 0 strcmp begin GPRMC strtok NULL flager strtok NULL flager latitude atof strtok NULL flager strcpy SN strtok NULL flager longitude atof strtok NULL flager strcpy WE strtok NULL flager return 0 3 2 53 2 5 主界面 主界面 主窗体通过五个 pushButton 发送信号 弹出导航 多媒体 游戏 日历和电子书 五个窗体 点击对应选项 将分别出现对应的界面 ifndef MAINWINDOW H define MAINWINDOW H include include include gps h include mplayer h include ebook h include minesweeping h include ui mainwindow h namespace Ui class MainWindow class MainWindow public QMainWindow public Ui MainWindow Q OBJECT public explicit MainWindow QWidget parent 0 MainWindow public slots void ShowMplayer void ShowGps void ShowMine void ShowCalendar void ShowEbook 第 21 页 共 36 页 private Ui MainWindow ui endif MAINWINDOW H include mainwindow h MainWindow MainWindow QWidget parent QMainWindow parent setupUi this connect pushButton 2 SIGNAL clicked this SLOT ShowMplayer connect pushButton SIGNAL clicked this SLOT ShowGps connect pushButton 3 SIGNAL clicked this SLOT ShowMine connect pushButton 4 SIGNAL clicked this SLOT ShowCalendar connect pushButton 5 SIGNAL clicked this SLOT ShowEbook MainWindow MainWindow delete ui void MainWindow ShowMplayer mplayer player player exec void MainWindow ShowGps gps gps gps exec void MainWindow ShowMine minesweeping minesweep minesweep exec void MainWindow ShowCalendar QWidget widget new QWidget widget setGeometry 0 0 320 240 widget setWindowFlags Qt FramelessWindowHint QCalendarWidget calendar new QCalendarWidget widget calendar setGeometry 0 0 320 200 QPushButton quitButton new QPushButton back widget quitButton setGeometry 240 210 60 30 第 22 页 共 36 页 QObject connect quitButton SIGNAL clicked widget SLOT close widget show void MainWindow ShowEbook EBook book book exec 3 2 63 2 6 地图窗口 地图窗口 地图导航主要窗口 可在该窗口上进行地图导航 显示位置等操作 ifndef GPS H define GPS H include include ui gps h namespace Ui class gps class gps public QDialog Q OBJECT public explicit gps QWidget parent 0 gps int gpsState void locate float lng float lat protected virtual void timerEvent QTimerEvent event private slots void on pushButton clicked private Ui gps ui int initGPS void closeGPS int getLngLat float longitude float latitude endif GPS H 第 23 页 共 36 页 3 2 73 2 7 多媒体播放窗口 多媒体播放窗口 播放界面 可以播放 MP4 等多媒体文件 ifndef MPLAYER H define MPLAYER H include include include include include include include ui mplayer h namespace Ui class mplayer class mplayer public QDialog public Ui mplayer Q OBJECT public explicit mplayer QWidget parent 0 mplayer QTime int to time int public slots void play pause slots 暂停 void stop slots 停止 void previous slots 上一曲 void next slots 下一曲 void get time slots 得到播放时间 void set volume slots int 设置音量 void set sound slots 静音 void playerReward slots 快退 void playerForward slots 快进 void back message slots 更新显示信息 private Ui mplayer ui QProcess process 被用来启动外部程序并于他们通信 QStringList files QDir directory 提供目录结构和他们的内容 int file count QString file name bool isPlay 第 24 页 共 36 页 bool isSound bool isStop QTimer timer int file length int curr time int curr pos int curr vol endif MPLAYER H 3 2 83 2 8 游戏窗口 游戏窗口 扩展功能 内嵌扫雷小游戏 include minesweeping h include ui minesweeping h minesweeping minesweeping QWidget parent QDialog parent ui new Ui minesweeping ui setupUi this ui graphicsView setScene minesweeping minesweeping delete ui 3 2 93 2 9 日历窗口 日历窗口 一个简易的查看日历的小工具 include include void MainWindow ShowCalendar QWidget widget new QWidget widget setGeometry 0 0 320 240 widget setWindowFlags Qt FramelessWindowHint QCalendarWidget calendar new QCalendarWidget widget calendar setGeometry 0 0 320 200 第 25 页 共 36 页 QPushButton quitButton new QPushButton back widget quitButton setGeometry 240 210 60 30 QObject connect quitButton SIGNAL clicked widget SLOT close widget show 3 2 103 2 10 电子书窗口 电子书窗口 观看电子书窗口 ifndef EBOOK H define EBOOK H include include include include include include include include namespace Ui class EBook class EBook public QDialog Q OBJECT public explicit EBook QWidget parent 0 EBook public slots void openFile void closeFile void quitEBook protected void changeEvent QEvent e private Ui EBook ui endif EBOOK H 第 26 页 共 36 页 3 2 113 2 11 声卡驱动移植 声卡驱动移植 将 s3c2410 uda1341 c 拷贝到内核中 sound oss 目录下 修改 sound oss Kconfig 添 加如下内容 config S3C2410 SND UDA1341 tristate S3C2410 UDA1341 driver S3C2410 depends on SOUND PRIME n 并添加支持触摸屏平台代码的信息 这个找到一个名为 smdk2410 devices 的结 构体指针数组里添加 2 修改 driver input touchscreen Makefile 添加如下内容 obj CONFIG TOUCHSCREEN S3C2410 s3c2410 ts o 3 配置内核支持触摸屏驱动 make menuconfig 配置支持触摸平驱动 Device Drivers Input device support Touchscreens Samsung S3C2410 touchscreen input driver Samsung S3C2410 touchscreen debug messages 然后 make zImage 当然首先我们要支持 framebuffer lcd 液晶屏 系统启动以后会在 dev 目录下产生 event0 这个设备节点 它们就是触摸屏的设备 节点 3 2 133 2 13 RTCRTC 驱动驱动 1 busybody 制作文件系统 因为 RTC 的操作需要几个工具如 hwclock 和 date 所以我们需要在制作文件系统 的时候 生产这两个文件 当然 也可以拷贝别人的过来使用 2 添加 RTC 驱动支持 vim arch arm mach s3c2410 mach smdk2410 c 在 smdk2410 devices 中添加 those defined in the private section are accessible to other class members All members must be declared inside the class there is no way to add members once the class definition is complete Constructors When we create an object of a class type the compiler automatically uses a constructor to initialize the object A constructor is a special member function that has the same name as the class Its purpose is to ensure that each data member is set to sensible initial values A constructor generally should use a constructor initializer list to initialize the data members of the object default constructor needed to initialize members of built in type Sales item units sold 0 revenue 0 0 The constructor initializer list is a list of member names and parenthesized initial values It follows the constructor s parameter list and begins with a colon Member Functions Member functions must be declared and optionally may be defined inside the class functions defined inside the class are inline by default Member functions defined outside the class must indicate that they are in the scope of the class The definition of Sales item avg price uses the scope operator to indicate that the definition is for the avg price function of the Sales item class Member functions take an extra implicit argument that binds the function to the object on behalf of which the function is calledwhen we write trans avg price we are calling the avg price function on the object named trans If TRans is a Sales item object then references to a member of the Sales item class inside the avg price function are to the members in trans Member functions may be declared const by putting the const keyword