基于Qt跨平台技术的FAST主网反射面上位机控制系统软件的设计与实现

论文摘要

随着天文观测领域中射电望远镜的高速发展,球面射电望远镜的应用越来越广泛,大口径球面射电望远镜对提高观测性能有重要意义,FAST项目应运而生。在FAST项目中,需要控制各个反射面单元的位置使整个球状反射面精确动态成型,将接收到的宇宙射电信号准确反射给馈源,完成各种天文观测目标。所以,设计一个可以控制所有反射面单元位置的快速、方便、稳定的上位机控制系统非常重要。基于Qt的跨平台FAST主网反射面上位机控制系统是应用于FAST项目的10：1缩比密云模型系统中的,目的是为FAST项目提供技术参考,搭建实际验证平台。本系统采用Qt技术开发,跨平台特性强,性能优异,系统稳定,界面友好。在通信方面,使用TCP协议进行整网通信、命令发送和数据采集,设计了命令回执和心跳包等机制保障了通信的稳定性,实现了节点运动、上下限位报警、自动观测等功能。在数据处理方面,使用基于ODBC的数据库驱动,实现账号管理、地理信息处理和节点数据记录、筛选和分析的功能,同时对上位机控制系统的所有操作进行记录,提高安全性。在安全方面,设计备份功能,使用备份PC实时的对控制PC进行数据备份,保证控制PC出问题时系统的稳定运行。在UI方面,使用了传统GUI和新一代GUI两种方案,不仅保障了功能,还大大提高了界面友好程度,基于Qt Quick技术的新一代GUI方案可以便捷的实现各种动态效果,是未来软件的发展方向。FAST上位机控制系统的研发过程经过了两次的现场调试,修复了各种细节错误。在通信稳定性、控制功能实现、连接电机运动和数据库处理等所有方面都达到了设计要求。FAST上位机控制系统目前仍在密云模型中运行使用,也将为FAST项目贵州现场的建设提供经验,推动FAST项目的进一步发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 论文组成
• 第2章 FAST上位机控制系统总体介绍
• 2.1 FAST主网反射面上位机控制系统总体内容介绍
• 2.2 FAST主动反射面建模设计
• 2.2.1 中性面时节点坐标建模
• 2.2.2 自动观测模式建模
• 第3章 FAST上位机控制系统跨平台解决方案
• 3.1 跨平台解决方案内容
• 3.1.1 跨平台解决方案原理的简要介绍
• 3.1.2 跨平台解决方案的优点
• 3.2 QT开发环境介绍
• 3.2.1 什么是Qt及其优点
• 3.2.2 Qt的体系结构
• 3.2.3 QT软件开发工具包（Qt SDK）
• 3.3 QT关键技术概述
• 3.3.1 信号与槽机制
• 3.3.2 事件机制
• 3.3.3 QT库模型及其关系
• 第4章 FAST上位机控制系统软件总体设计
• 4.1 系统需求分析
• 4.2 系统总体结构
• 4.2.1 节点硬件结构
• 4.2.2 上位机软件结构
• 第5章 FAST上位机控制系统软件功能模块的设计与实现
• 5.1 FAST上位机控制系统总体软件框架
• 5.2 GUI模块
• 5.2.1 GUI总体需求
• 5.2.2 GUI模块的设计与实现
• 5.2.3 新一代GUI方案
• 5.3 通信模块
• 5.3.1 通信协议及接口定义
• 5.3.2 多节点通信模式
• 5.3.3 系统通信可靠性保障
• 5.3.4 心跳包机制
• 5.4 数据库模块
• 5.4.1 帐号管理
• 5.4.2 地理位置信息管理
• 5.4.3 数据存储、筛选的实现
• 5.4.4 软件操作记录
• 5.5 安全模块
• 5.6 Qt Quick技术
• 第6章 FAST上位机控制系统调试与现场测试结果分析
• 6.1 系统调试遇到的问题和解决方案
• 6.2 测试实验结果分析
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢