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星火1号_spark_星火一号_开发板
【24嵌入式设计大赛】基于RT-Thread星火一号开发板的智能家居系统
发布于 2024-09-17 11:26:01 浏览:145
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[tocm] # 项目:基于RT-Thread实时操作系统的智能家居系统(第一版上) ## 简介说明 目前为第一版,该版由我参加24年RT夏令营学习到提交RT-Thread全球嵌入式电子设计大赛期间完成,后续会继续添加功能。本项目基于星火一号RTT官方教程板,是一款应用了RT-Thread嵌入式实时操作系统的智能家居系统,具体细节如下介绍 星火一号: ![星火一号图.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240917/63430fafeefc541d797fcfe56998162d.png.webp) ## 一、本系统功能 ### 1.云端实时获取室内温度,湿度,光照强度 > 用户可以上网从阿里云物联网服务平台实时获取室内的温度,湿度,光照强度,同时数据会在LCD上显示 #### 功能解析: RW007接入网络后,星火一号通过MQTT协议连接上阿里云平台,发布由AHT10获取的温度,湿度话题,由AP3216C获取的光照强度话题被订阅到平台上,数据将实时更新并显示在lcd上,如图: ![lcd效果图.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240917/a5e5a765f1f837d3f9f4e7a6f056bd29.jpg.webp) #### 依赖模块: | 模块名称 | 功能 | | ------------------ | ---------------------------: | | RW007 | wifi模块,连接wifi | | AP3216C | 光照强度检测,同时可提供距离 | | AHT10 | 湿度温度传感器 | | ail MQTT(软件包) | 实现PC端查看实时数据功能 | ### 实现步骤: 1.分别获取温湿度和光照强度的模块aht10和ap3216c都用到了I2C,并且创建了两条线程,线程入口函数如下: **AHT10.c:** ```c static void AHT10_Get(void *parameter) { // AHT设备指针 aht10_device_t Dev = RT_NULL; // Humi:湿度值,Temp:温度值 // 初始化设备 Dev = aht10_init(AHT10_I2C_BUS); if (Dev == RT_NULL) { rt_kprintf("AHT10_init Fail"); return; } while (1) { // 读取温湿度值 Humi = aht10_read_humidity(Dev); Temp = aht10_read_temperature(Dev); // 没有下载rt_vsprintf_full软件包的时候 //rt_kprintf("Humi: %d.%d\n", (int)Humi, (int)(Humi * 10) % 10); //rt_kprintf("Temp: %d.%d\n", (int)Temp, (int)(Temp * 10) % 10); // 配合rt_vsnprintf_full软件包使用 //rt_kprintf("Humi: %f, Temp: %f\n", Humi, Temp); rt_thread_mdelay(100); lcd_show_string(16,10,16,"temp:%.2f",Temp); lcd_show_string(16,30,16,"humidity:%.2f",Humi); rt_thread_mdelay(1000); if(Temp > 30.0) Temp_fan = 1;else Temp_fan = 0; if(Temp_fan == 1 && Irq_fan == 0) { pwm_fan_set(100000); lcd_show_string(16,110,16,"High temp! fan open"); } else { lcd_show_string(16,110,16," "); } } } ``` AP32C.c: ```c static void ap3216c_get(void *param) { const char * i2c_bus_name = AP3216C_I2C_BUS; //初始化设备 ap3216c_device_t dev = ap3216c_init(i2c_bus_name); if(dev == RT_NULL) { rt_kprintf("dev init failed"); return ; } while(1) { ps_data = ap3216c_read_ps_data(dev); LightLux = ap3216c_read_ambient_light(dev); rt_thread_mdelay(100); lcd_show_string(16,50,16,"lightLux:%.2f",LightLux); if(LightLux <= 5.0)//检测到人 { lcd_show_string(16,70,16,"People detected, Light open "); led_matrix_fill_test(3); } else if(LightLux >= 1500.0) { lcd_show_string(16,70,16,"Light abnormality ! "); lcd_show_string(16,90,16,"Pay attention to protect the eyes "); led_matrix_fill_test(0); } else { lcd_show_string(16,70,16,"Light close "); led_matrix_fill(BLACK); } } } ``` 2.Menuconfig里勾选了ail MQTT软件包和RW007软件包后,在main函数里实现wifi自启动连接,mqtt-example里实现包含温湿度光照强度的数据话题发送到阿里云平台上,由平台订阅,关键代码如下: **main函数里:** ```c char *name = "iPhone"; char *password = "12345678lwj"; rt_wlan_scan(); rt_wlan_connect(name,password); ``` **mqtt-example.c:** ```c static int example_publish(void *handle) { int res = 0; const char *fmt = "/sys/%s/%s/thing/event/property/post"; char *topic = NULL; int topic_len = 0; char payload[300] = {0}; //k1mm5LUFErB/RT_Spark/user/get rt_snprintf(payload,sizeof(payload),"{\"params\":{\"Temp\":%.2f,\"RoomHumidity\":%.2f,\"LightLux\":%.2f}}",Temp, Humi,LightLux); topic_len = strlen(fmt) + strlen(DEMO_PRODUCT_KEY) + strlen(DEMO_DEVICE_NAME) + 1; topic = HAL_Malloc(topic_len); if (topic == NULL) { EXAMPLE_TRACE("memory not enough"); return -1; } memset(topic, 0, topic_len); HAL_Snprintf(topic, topic_len, fmt, DEMO_PRODUCT_KEY, DEMO_DEVICE_NAME); res = IOT_MQTT_Publish_Simple(0, topic, IOTX_MQTT_QOS0, payload, strlen(payload)); if (res < 0) { EXAMPLE_TRACE("publish failed, res = %d", res); HAL_Free(topic); return -1; } HAL_Free(topic); return 0; } ``` 关于mqtt线程入口函数和RW007连接wifi的实现,由于软件包自带的无改动,所以不做赘述 ### 2.智能家居辅助功能 > 第一版辅助功能有:1.检测到人体,自动打开灯光 > > 2.室温高于30摄氏度,自动打开一档风扇,也可以按键控制风扇,有三档和关闭风扇方式,检测按键按下矩阵灯会有不同灯光表现 > > 以上功能在lcd屏幕会有显示 *外接模块:* *TB6612电机驱动和一个直流电机风扇以及面包板基础器件* #### 关键程序解释: 1.风扇直流电机的驱动,需要星火一号pmod引脚里可用的TIM引脚来实现pwm输出,这里选用PB10(TIM2_CH3),以及PE3和PE4来作为电机输入,这里要事先配置工程board里的stm32cubemx来配置电机输入引脚,输出模式即可,代码如下: ```c #define GPIO_Wind_AIN1 GET_PIN(E,3) #define GPIO_Wind_AIN2 GET_PIN(E,4) #define PWM_DEV_NAME "pwm2" /* PWM设备名称 */ #define PWM_DEV_CHANNEL 3 /* PWM通道 */ struct rt_device_pwm *pwm_dev; /* PWM设备句柄 */ void motor_Init(void) { rt_pin_mode(GPIO_Wind_AIN1,PIN_MODE_OUTPUT); rt_pin_mode(GPIO_Wind_AIN2,PIN_MODE_OUTPUT); rt_pin_write(GPIO_Wind_AIN1, PIN_HIGH); rt_pin_write(GPIO_Wind_AIN2, PIN_LOW); } int pwm_fan_init() { motor_Init(); rt_uint32_t period,dir; period = 500000; /* 周期为0.5ms,单位为纳秒ns */ dir = 1; /* PWM脉冲宽度值的增减方向 */ // pulse = 0; /* PWM脉冲宽度值,单位为纳秒ns */ /* 查找设备 */ pwm_dev = (struct rt_device_pwm *)rt_device_find(PWM_DEV_NAME); if (pwm_dev == RT_NULL) { rt_kprintf("pwm sample run failed! can't find %s device!\n", PWM_DEV_NAME); return RT_ERROR; } /* 设置PWM周期和脉冲宽度默认值 */ rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, 0); /* 使能设备 */ rt_pwm_enable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL); } void pwm_fan_set(uint32_t pulse) { rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, 500000, pulse); } ``` 2.检测到人体打开灯光功能依赖ap3216c模块,根据光照强度判断即可,不做简述; 3.风扇模式,即根据按键中断实现,在中断函数里写即可,这里为了协同温度超过30°打开风扇的功能添加了两个int参数作为标识符,本来想着用一下线程间同步的知识,可是按键是中断实现,在中断函数里释放和接受信号量是不允许的所以放弃了,采用了简单的方法,代码如下: ```c void key_up_callback( void * args) { Temp_fan = 0; Irq_fan = 1; led_matrix_stepfill_Blue(14); rt_kprintf("fan turn two \n"); pwm_fan_set(250000); } void key_down_callback( void * args) { Temp_fan = 0; Irq_fan = 0; led_matrix_stepfill_Blue(0); rt_kprintf("key down! fan close \n"); pwm_fan_set(0); } void key_left_callback( void * args) { Temp_fan = 0; Irq_fan = 1; led_matrix_stepfill_Blue(7); rt_kprintf("fan turn one \n"); pwm_fan_set(100000); } void key_right_callback( void * args) { Temp_fan = 0; Irq_fan = 1; led_matrix_stepfill_Blue(20); rt_kprintf("fan turn three \n"); pwm_fan_set(400000); } int rt_irq_init(void) { //初始化引脚模式 rt_pin_mode(KEY_UP, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_pin_mode(KEY_DOWN, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_pin_mode(KEY_LEFT, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); rt_pin_mode(KEY_RIGHT, PIN_MODE_INPUT_PULLUP); //将其与中断回调函数绑定 rt_pin_attach_irq(KEY_UP, PIN_IRQ_MODE_FALLING,key_up_callback,RT_NULL); rt_pin_attach_irq(KEY_DOWN, PIN_IRQ_MODE_FALLING,key_down_callback,RT_NULL); rt_pin_attach_irq(KEY_LEFT, PIN_IRQ_MODE_FALLING,key_left_callback,RT_NULL); rt_pin_attach_irq(KEY_RIGHT, PIN_IRQ_MODE_FALLING,key_right_callback,RT_NULL); //使能中断 rt_pin_irq_enable(KEY_UP, PIN_IRQ_ENABLE); rt_pin_irq_enable(KEY_DOWN, PIN_IRQ_ENABLE); rt_pin_irq_enable(KEY_LEFT, PIN_IRQ_ENABLE); rt_pin_irq_enable(KEY_RIGHT, PIN_IRQ_ENABLE); return RT_EOK; } ``` ### 二、总结 由于完成这一作品时知识有限,花在上面的时间不多,功能就这些,我也将其定为第一版半成品,第一版待实现功能还有如下: - 0.用一下lvgl试一下能不能实现下面功能 - 1.增加lcd显示世界时钟功能,以及天气预报api的获取,将实时当前地区的时间和天气显示在lcd屏幕上(最好在弄一个麦克风播报) - 2.写一个手机软件或者微信小程序,能获取星火一号获取的信息并且控制灯光和风扇 - 3.加入离线语音模块,加入人机对话功能,类似小爱同学 **总之,在第一版完成期间我会继续补习RT-Thread的知识,代码我会不断改进优化,用到更多RTT内核的知识和代码实现才是我的目的。** ### 三、预告 在第一版完成之后,我将加入一块板子作为上位机,也是我手上闲置的有算力的板子RDKx3,加入ROS操作系统和计算机视觉来组成第二版,至于功能等我完成第一版再去考虑。 --- ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// **视频链接:** https://www.bilibili.com/video/BV18ft4exEUc **GitHub仓库**:https://github.com/lvv-i/-smart_home-system-by-RT-Thread
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