基于Qt 的Android 指揮信息終端軟件設(shè)計(jì)

汪清芳　周飛虹

摘要：文章基于Qt on Android開發(fā)的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款外貿(mào)指揮信息終端軟件，主要功能包含主框架、信令交互、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)指揮、話音、多媒體等。軟件界面友好，操作簡單，功能多樣，解決了傳統(tǒng)指揮信息終端軟件功能有限、人機(jī)界面呆板、通信功能較弱、使用不便等問題。軟件主要采用C/C++編程語言進(jìn)行開發(fā)，對于C/C++開發(fā)人員來說，減少了學(xué)習(xí)新的開發(fā)語言所耗費(fèi)的時(shí)間，極大地提高了開發(fā)效率。C/C++開發(fā)人員也可以高效地開發(fā)出Android應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：Qt開發(fā)框架；Android應(yīng)用程序；跨平臺；信息終端；C/C++編程語言

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）14-0010-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

信息終端是一種手持式設(shè)備，可用于移動地控制相關(guān)設(shè)施[1]。傳統(tǒng)的信息終端軟件大多基于WinCE等操作系統(tǒng)編譯運(yùn)行，軟件支持的功能和使用界面較為簡單，沒有良好的用戶體驗(yàn)感，難以滿足日益增長的用戶需求。近年來，Android操作系統(tǒng)崛起，并在智能設(shè)備的應(yīng)用開發(fā)中占據(jù)了一定的市場[2]。由于其開發(fā)成本低、操作方便、易于推廣等優(yōu)勢，備受開發(fā)者青睞[3-5]。因此，開發(fā)能夠運(yùn)行在Android操作系統(tǒng)上的指揮信息終端軟件勢在必行。

本文研究并設(shè)計(jì)了基于Qt的Android指揮信息終端軟件，在保證軟件基礎(chǔ)功能（如數(shù)據(jù)指揮、話音、多媒體等）穩(wěn)定的前提下，逐步優(yōu)化基礎(chǔ)功能，立志于打造一款基礎(chǔ)通用的指揮信息終端軟件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目需求增加功能定制，將來可以更好地服務(wù)于外貿(mào)項(xiàng)目中各種通信終端。

1 功能描述

指揮信息終端軟件功能主要由主框架、信令交互、多媒體、通信以及系統(tǒng)設(shè)置五大部分組成[6]，軟件組成圖如圖1所示。

1.1 主框架

主框架功能主要由界面邏輯處理、數(shù)據(jù)庫、提示窗口等功能組成。

1） 界面邏輯處理：Android程序界面跳轉(zhuǎn)和桌面應(yīng)用程序跳轉(zhuǎn)不同，桌面應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)任意界面跳轉(zhuǎn)，而Android程序跳轉(zhuǎn)邏輯只能返回至上一個功能界面。

2） 數(shù)據(jù)庫：使用SQLite作為軟件數(shù)據(jù)庫，并提供一套規(guī)范統(tǒng)一的操作接口，包含了增、刪、改、查和事務(wù)回滾等功能。SQLite是一款小型輕量級的開源嵌入式數(shù)據(jù)庫，占用資源低，處理速度快，具備體積小、性能高、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)[7]。

3） 提示窗口：提供默認(rèn)提示窗口和自定義提示窗口兩種風(fēng)格樣式的接口函數(shù)，可在不同場景中使用。默認(rèn)窗口適合一些簡單文本性的提示語，自定義窗口適合多屬性、多元素信息提示。

1.2 信令交互

信令交互是指本軟件與底層服務(wù)的信令交互功能，主要包括話音信令交互和自組網(wǎng)信令交互，支撐保障了話音呼叫服務(wù)功能和自組網(wǎng)設(shè)置功能的正常使用。話音信令包含了單呼、組呼、接聽、掛斷等信令；自組網(wǎng)信令包含了自組網(wǎng)狀態(tài)查詢、自組網(wǎng)設(shè)置和設(shè)置應(yīng)答等信令。

1.3 多媒體

多媒體功能包含了拍照、錄像、相冊和視頻播放等功能。由于QtMultimedia：：Camera類拍照無法很好對焦，導(dǎo)致拍攝效果不佳，以及其他一些如獲取視頻幀等問題，軟件最終采用Java原生方法，通過調(diào)用安卓系統(tǒng)功能函數(shù)，完成拍照、錄像和視頻播放等多媒體功能，然后通過Qt提供的JNI函數(shù)調(diào)用Java接口，很好地避免了Qt原生方法拍照性能不足的問題。

1.4 通信功能

通信功能主要由話音呼叫、數(shù)據(jù)指揮、船艇值班和報(bào)文記錄等4個功能模塊組成。話音呼叫包含了選呼、組呼等功能模塊。數(shù)據(jù)指揮功能包含了航行請求、命令指示、請示報(bào)告和警示短語等8類通用短語。船艇值班功能完成了船艇甲板、輪機(jī)和電氣三類船體設(shè)施運(yùn)行情況每日登記上報(bào)功能。報(bào)文記錄功能提供了指揮短語的收發(fā)記錄功能，可查看指揮短語歷史發(fā)送和接收記錄。

1.5 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置功能由基礎(chǔ)設(shè)置和自組網(wǎng)設(shè)置組成。基礎(chǔ)設(shè)置包含了通訊錄設(shè)置、亮度設(shè)置、本級身份設(shè)置、上級身份設(shè)置和定位授時(shí)等功能。自組網(wǎng)設(shè)置包含了網(wǎng)號、信道號、節(jié)點(diǎn)號和節(jié)點(diǎn)總數(shù)等設(shè)置功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 開發(fā)環(huán)境構(gòu)建

Qt 下配置Android 開發(fā)環(huán)境需要準(zhǔn)備好JavaJDK，Android SDK，Android NDK，Android ant，Androidadb，支持安卓的Qt 版本，如qt-opensource-windowsx86-android-5.9.2。注意：環(huán)境安裝時(shí)不能含有中文路徑。

1） 安裝Java JDK是編譯Android程序必要的Java 開發(fā)環(huán)境，需要配置系統(tǒng)環(huán)境變量：

變量名：JAVA_HOME

變量值：C：＼Program Files＼Java＼JDK1.8.0_144

變量名：CLASSPATH

變量值：% JAVA_HOME% ＼lib;＼% JAVA_HOME%＼lib＼tools.jar

2） Android SDK 安裝完畢后，把SDK 目錄下platform-tools文件夾路徑添加到系統(tǒng)環(huán)境變量后面：

變量名：PATH

變量值：C：＼Program Files＼Android＼Android-SDK＼platform-tools

3） Android NDK只需要安裝，無須配置環(huán)境變量。

4） Android ant1.10.1 解壓完畢后，將...＼apacheant-1.10.1添加到系統(tǒng)環(huán)境變量中：

變量名：PATH

變量值：C： ＼Program Files＼Android＼ANT＼apacheant-1.10.1＼bin

5） Android adb（Android Debug Bridge 安卓調(diào)試橋）：是Qt on Android開發(fā)時(shí)使用的調(diào)試工具，通過該工具可以直接操作管理Android模擬器或真實(shí)的An?droid設(shè)備（手機(jī)、平板等）。adb常用命令如下：

adb devices：查看當(dāng)前連接設(shè)備，列出顯示

adb root：重新啟動adb，并獲取管理權(quán)限

adb shell：進(jìn)入Android Shell命令環(huán)境中

adb disconnect <設(shè)備名>：斷開與指定設(shè)備的連接

adb install ：將指定apk文件安裝到設(shè)備上

adb uninstall –k：卸載軟件，如果加-k保留配置和緩存文件

6） 打開Qt Creator，依次點(diǎn)擊菜單“工具-選項(xiàng)-設(shè)備-Android”配置JDK、SDK、NDK、Ant 的安裝路徑。點(diǎn)擊“Start AVD Manager”可創(chuàng)建AVD，方便之后的調(diào)試。

2.2 界面邏輯處理

在GUI開發(fā)時(shí)，復(fù)雜的界面跳轉(zhuǎn)邏輯用程序?qū)崿F(xiàn)特別費(fèi)勁，本文給出的解決方案是利用Qt狀態(tài)機(jī)機(jī)制。Qt狀態(tài)機(jī)框架提供了一些類來創(chuàng)建執(zhí)行狀態(tài)圖，狀態(tài)圖為一個系統(tǒng)如何對外界激勵進(jìn)行反應(yīng)提供了一個圖形化模型，該模型是通過定義一些系統(tǒng)可能進(jìn)入的狀態(tài)以及系統(tǒng)怎樣從一個狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。用戶界面設(shè)計(jì)中采用狀態(tài)驅(qū)動，就可以根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)的不同，顯示不同的界面。

1） 調(diào)用準(zhǔn)備：在pro文件中添加QT += SCML和包含頭文件include ，來提供對Qt 狀態(tài)機(jī)的支持。

2） 加載狀態(tài)機(jī)文件：

QScxmlStateMachin*m_achine=QScxml ?StateMachine：： fromFile（QStringLiteral“（ ： resource/views?tate.scxml”））;

3） 跳轉(zhuǎn)目標(biāo)頁面和回退頁面狀態(tài)切換：

m_achine->submitEvent（QString strDestPagr）;

m_achine->submitEvent“（ goback”）;

4） 狀態(tài)變化槽函數(shù)：

void slotState（）

{

QStringList S = m_achine->activeStateNames（）;

if（S.size（）>0）

{

bool b = ui->stack->children.contains（p）;

if（！b）

{

ui->stack->addWidget（p）;

}

ui->stack->setCurrentWidget（p）;

}}

2.3 SQLite 數(shù)據(jù)庫

在Qt下實(shí)現(xiàn)SQLite封裝調(diào)用，可以按照如下方法進(jìn)行操作。

1） 調(diào)用準(zhǔn)備：在pro文件中加入以下代碼，來提供對SQLite數(shù)據(jù)庫的支持，QT += sql。

2） 添加包含頭文件：

include

include

include

include

include

include

3） 創(chuàng)建并打開數(shù)據(jù)庫：

QSqlDatabase db = QSqlDatabase：： addDatabase“（ QSQLITE”“， sqlite3”）;

db. setDatabaseName“（ /. database. db”）;//數(shù) 據(jù) 庫路徑

db.open（）;

4） 建立數(shù)據(jù)庫連接：

QSqlDatabase db = QSqlDatabase：： data?base“（ sqlite3”）;

QSqlQuery query（db）;

2.4 JNI 技術(shù)

關(guān)于Qt for Android程序如何完成對Android（Java 方法）的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)多平臺的兼容主要是通過JNI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。解決方案是通過QAndroidJniEnvironment 類和QAndroidJniObject類，它們簡化了對Java方法的應(yīng)用。QAndroidJniEnvironment 類：實(shí)現(xiàn)JNI 的環(huán)境，用于異常的檢查和清除等功能；QAndroidJniObject類用于調(diào)用Java方法。

1） 調(diào)用準(zhǔn)備：在pro 文件中添加代碼QT += an?droidextras，來提供對Android庫的支持；

2） 調(diào)用方法：方法簽名格式為（參數(shù)類型）返回類型。調(diào)用靜態(tài)方法格式：QAndroidJniObject 對象名；對象名（方法名，方法簽名，方法參數(shù)列表），如果沒有參數(shù)，則方法簽名和方法參數(shù)列表可以省略，程序會自動提供正確的簽名。

2.5 多媒體實(shí)現(xiàn)

綜合考慮開發(fā)效率以及本軟件對于多媒體功能沒有特殊需求，系統(tǒng)相機(jī)相對而言封裝成熟、調(diào)用簡單，拍照和錄像清晰等因素，本文最終選擇Android提供的系統(tǒng)相機(jī)API實(shí)現(xiàn)多媒體功能。下面展示一些實(shí)現(xiàn)拍照和錄像功能需要配置的權(quán)限和核心代碼。

1） 添加必需的權(quán)限：

2） 調(diào)用相機(jī)拍照核心代碼：

Uri fileUri = Uri.fromFile（getOutputMediaFile（））;

Intent int = new Intent（MediaStore. ACTION_IMAGE_CAPTURE）;

int.putExtra（MediaStore.EXTRA_OUTPUT，fileUri）;

startActivityForResult（int. RECORD_SYSTEM_CAPTURE）;

3） 調(diào)用相機(jī)視頻錄制核心代碼：

Uri fileUri = Uri.fromFile（getOutputMediaFile（））;

Intent int = new Intent（MediaStore.ACTION_VIDEO_CAPTURE）;

int.putExtra（MediaStore.EXTRA_OUTPUT， fileUri）;

int. putExtra（MediaStore. EXTRA_VIDEO_QUALITY，1）;

int. putExtra（MediaStore. EXTRA_DURATION_LIMIT，10）;

startActivityForResult（int， RECORD_SYSTEM_VIDEO）;

3 軟件優(yōu)勢和效果展示

3.1 軟件優(yōu)勢

本軟件優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：一是軟件界面展現(xiàn)；二是軟件開發(fā)效率。

1） 軟件界面展現(xiàn)：相比傳統(tǒng)指揮終端軟件，本軟件界面功能更為豐富，界面顯示效果大多采用圖像化界面，顯示效果更為簡潔直觀，操作也較為便利。

2） 軟件開發(fā)效率：本軟件開發(fā)語言主要是用C++ 代碼編寫實(shí)現(xiàn)的。由于Android原生開發(fā)具有學(xué)習(xí)難度大、移植性差等不足，在Android開發(fā)人員緊缺的實(shí)際情況下，C++軟件設(shè)計(jì)人員可以使用Qt開發(fā)Android 程序，減少了學(xué)習(xí)Android原生語言耗費(fèi)的時(shí)間，極大地提高了開發(fā)效率，有效地規(guī)避了項(xiàng)目的進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。此外，使用Qt開發(fā)的應(yīng)用程序，源碼支持跨平臺，可移植性高，后續(xù)可根據(jù)項(xiàng)目使用需求移植到其他項(xiàng)目中投入使用，避免了從零開始開發(fā)所增加的工作量。

3.2 效果展示

程序安裝運(yùn)行在通導(dǎo)指揮信息終端的效果圖如圖2所示。

指揮信息終端軟件主界面效果圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)指揮功能短語種類界面效果圖如圖4所示。

4 結(jié)論

本文以Windows 環(huán)境下采用基于Qt C/C++框架開發(fā)Android應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)思路[8-9]，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了“基于Qt的Android指揮信息終端軟件”。軟件通過了嚴(yán)格的測試實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的效果看，該軟件工作性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定[10]，目前軟件已正式投入生產(chǎn)并交付外方使用。

在未來的工作中，將會從兩方面進(jìn)行改進(jìn)：一是將繼續(xù)尋找Qt On Android加載地圖相關(guān)技術(shù)途徑與手段，有望能夠?qū)⒌貓D相關(guān)的功能和操作集成至指揮通信終端；二是將繼續(xù)對基礎(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯和人機(jī)交互方面的部分功能進(jìn)行優(yōu)化，使其更貼近軟件實(shí)際應(yīng)用場景和符合日常操作習(xí)慣。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

基金項(xiàng)目：江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題（編號：JXJG-23-24-3）