使用平頭哥RVB2601開發(fā)板設(shè)計智能家居助手

智慧家居助手是“平頭哥RVB2601開源應(yīng)用創(chuàng)意征集”活動中的一等獎獲獎作品，由開發(fā)者碼農(nóng)愛學(xué)習(xí)開發(fā)，主要是為了實現(xiàn)家庭智能設(shè)備的控制。在完成全部的功能開發(fā)后，碼農(nóng)愛學(xué)習(xí)也分享了他在本次活動中的體驗與感想。

“從3個月前拿到板子，逐步熟悉CDK環(huán)境的開發(fā)與RISC-V的開發(fā)體驗，在使用過程中，不斷分享使用筆記，并學(xué)習(xí)其它網(wǎng)友積極分享的筆記，最后將所有使用過的功能，整合為一個綜合的小項目，就實現(xiàn)了這個智慧家居助手?！?/p>

接下來，讓我們一起來拆解智慧家居助手的內(nèi)部功能與結(jié)構(gòu)吧。

01項目背景

當今時代，已進入萬物互聯(lián)的時代，各種嵌入式硬件產(chǎn)品，通過網(wǎng)絡(luò)連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。對于我們的家庭生活來說，能夠有一款服務(wù)于家庭的智能控制設(shè)備，實現(xiàn)諸如這些功能：家中的各種生活電器，通過連接網(wǎng)絡(luò)，可以進行更方便的遠程控制；家中的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等環(huán)境指標，通過連網(wǎng)，也可以方便地為我們展示；最近的天氣情況，在出門前方便的為我們提醒；家中休息時，營造娛樂的氛圍……

02作品簡介

基于上述的設(shè)想，本項目嘗試使用平頭哥的RVB2601開發(fā)板，設(shè)計一款智能家居助手，從而使我們更好的享用家中生活。

本項目利用RVB2601的WiFi功能，通過連接互聯(lián)網(wǎng)可以獲取近期天氣信息，在板載屏幕上顯示，提示我們天氣變化；利用RTC功能，顯示當前的網(wǎng)絡(luò)時間；外接溫、濕度傳感器，可以為我們展示室內(nèi)真實的溫濕度；通過WiFi與其它電器的控制器通信，這里使用ESP8266作為被控節(jié)點，實現(xiàn)對其它電器的無線開關(guān)控制；利用板子自帶的喇叭和連網(wǎng)功能，可以播放網(wǎng)絡(luò)音樂和視頻用來進行娛樂；使用OTA功能，還可以不斷對功能進行迭代更新，實現(xiàn)軟件功能的空中升級。

本項目最終實現(xiàn)的實物照片如下，通過ESP8266板載的一個LED和外接的LED模擬家中的兩個不同的燈，外接的小風(fēng)扇模擬家中的風(fēng)扇：

03系統(tǒng)框圖

本項目的整體硬件結(jié)構(gòu)如下：主體為RVB2601主控制器，通過路由器與家中其它電器進行無線連接，實現(xiàn)家中電器的開關(guān)控制，并可通過連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)信息（網(wǎng)絡(luò)天氣、網(wǎng)絡(luò)時間、網(wǎng)絡(luò)音樂的獲?。?。

為了實現(xiàn)各個功能的選擇調(diào)用，本項目利用多級菜單的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各個功能間的跳轉(zhuǎn)，具體的結(jié)構(gòu)如下：

關(guān)于多級菜單的具體實現(xiàn)細節(jié)，在下面的“各部分功能說明和解析”中將詳細介紹。

軟件部分，本項目使用平頭哥的CDK集成開發(fā)環(huán)境進行代碼編寫與調(diào)試，使用YoC軟件平臺框架以及AOS API實現(xiàn)程序設(shè)計：

使用任務(wù)創(chuàng)建功能，實現(xiàn)各個模塊功能的獨立設(shè)計與維護；

使用信號量機制，實現(xiàn)不同任務(wù)間的信息同步；

使用消息隊列，實現(xiàn)不同任務(wù)間的消息傳遞；

使用訂閱發(fā)布機制，實現(xiàn)任務(wù)間的解耦；

使用RTC功能，實現(xiàn)時間的獲取；

使用SPI功能，實現(xiàn)屏幕的驅(qū)動與顯示；

使用日志組件，實現(xiàn)代碼的調(diào)試與信息輸出；

04各部分功能說明和解析

4.1 城市天氣顯示

RVB2601具有連網(wǎng)功能，可以連接互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)天氣信息的獲取。

這里使用高德平臺的天氣獲取接口，通過http協(xié)議獲取指定城市的天氣數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)是json格式的，需要從json數(shù)據(jù)中解析出天氣、溫度等信息，然后將這些信息顯示到屏幕中。

這里使用U8g2庫來進行天氣信息的顯示，U8g2庫自帶了一些天氣圖標，可以將對應(yīng)的天氣信息轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的天氣圖標顯示出來。

另外，天氣的顯示包括主頁常駐地的天氣顯示，可以在菜單頁中顯示不同城市的天氣，通過在菜單頁中查看對應(yīng)城市的天氣后，主頁的常駐地也會跟著變?yōu)椴藛沃胁榭吹哪莻€城市，從而實現(xiàn)主頁常駐地的切換。

關(guān)于U8g2庫在RVB2601上的具體移植過程，可參考前期的試用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐2-移植U8g2圖形庫

4.2 當前時間顯示

RVB2601具備RTC(Real_Time Clock)功能，可以實現(xiàn)時間的顯示，雖然RVB2601的RTC沒有配置電池，掉電后時間就沒了，但RVB2601的連網(wǎng)功能，可以在每次開機時，通過獲取網(wǎng)絡(luò)時間，來為RTC重新校準時間。參考YOC文檔，可以學(xué)習(xí)RTC功能的基本用法。

網(wǎng)絡(luò)天氣與時間的具體實現(xiàn)細節(jié)，可參考之前的試用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐7-U8g2庫顯示網(wǎng)絡(luò)天氣和時間

4.3 室內(nèi)溫濕度顯示

除了顯示不同城市的天氣數(shù)據(jù)，家庭環(huán)境中的溫濕度也值得我們關(guān)注，這里就通過RVB2601外接一個溫濕度傳感器(DHT11)來實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)的采集與顯示。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，微控制器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，這里將DHT11的數(shù)據(jù)線接至DHT11的PA10引腳上。再過按鍵切換功能，實現(xiàn)屏幕上主頁界面與室內(nèi)溫濕度頁面的切換顯示。

DHT11數(shù)據(jù)讀取與顯示程序如下：

DHT11的更多實現(xiàn)細節(jié)，可參考前期的使用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐3-外接DHT11顯示溫濕度

4.4 多級菜單

為了實現(xiàn)更多的功能操作，引入了多級菜單的功能，通過板子上兩個按鍵的配合，實現(xiàn)不同功能的選擇與觸發(fā)。

這里使用數(shù)組查表法的方式，實現(xiàn)了一個三級菜單的功能：

第一級和第二級是功能選項

第三級是要實現(xiàn)的具體功能

通過左邊按鍵實現(xiàn)上下項目的切換

通過右邊按鍵實現(xiàn)各級菜單間的跳轉(zhuǎn)

數(shù)組查表法的基本原理是通過一個結(jié)構(gòu)體數(shù)組，實現(xiàn)各個菜單頁面的跳轉(zhuǎn)：

結(jié)構(gòu)體中4個成員的含義為：

current：當前頁面的索引號

down：按下“向下翻“按鈕后要跳轉(zhuǎn)到的頁面索引號

enter：按下“確認“按鈕后要跳轉(zhuǎn)到的頁面索引號

current_operation：當前頁面的索引號要執(zhí)行的顯示函數(shù)

這里的顯示函數(shù)，加了兩個參數(shù)：

第一個參數(shù)用來表示該界面是否是第一次進入，如果是，則按需做一些初始化處理，比如查詢不同程序的天氣時，第一次進入某個城市的天氣界面，需要先獲取一次網(wǎng)絡(luò)天氣；

第二個參數(shù)用來表示該界面是否需要在本界面內(nèi)實現(xiàn)某些功能切換，比如家中電器控制的界面中，控制電器開和關(guān)時，就要用到這個參數(shù)，以用來顯示不同開關(guān)狀態(tài)的界面。

本項目中，多級菜單的前兩級的展示示例如下：

多級菜單的更多實現(xiàn)細節(jié)，可參考前期的使用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐6-多級菜單顯示測試

4.5音樂&視頻娛樂

RVB2601具有連網(wǎng)功能，并且板載了一個喇叭，可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取一些音樂或視頻資源，實現(xiàn)家居娛樂功能。首先介紹網(wǎng)絡(luò)音樂播放功能。

4.5.1音樂播放功能

音樂播放參考了官方的webplayer例程，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)按鍵控制不同音樂的播放開始與停止，以及播放時的屏幕顯示功能。

為了配合其它功能對按鍵與屏幕的使用，這里創(chuàng)建了一個音樂播放任務(wù)，來控制音樂的播放：

音樂播放的菜單進入界面與音樂播放界面如下圖所示，在音樂播放時，設(shè)計了兩個位置交錯的音樂圖標循環(huán)顯示，實現(xiàn)一種正在播放的畫面效果。

網(wǎng)絡(luò)音樂播放的更多實現(xiàn)細節(jié)，可參考前期的使用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐4-按鍵控制網(wǎng)絡(luò)音樂播放

下面再來介紹視頻播放功能。

4.5.2視頻播放功能

本項目中視頻播放的基本原理是：利用TCP連網(wǎng)功能，使RVB2601作為客戶端，筆記本電腦作為服務(wù)器端，使RVB2601與ESP8266板子在同一局域網(wǎng)下無線通信，RVB2601獲取服務(wù)器端的視頻幀數(shù)據(jù)，再借助U8g2圖形庫，將每一幀的圖形顯示出來。

電腦端通過Python程序，作為TCP服務(wù)器，其主要功能為：

利用OpenCV讀取視頻文件

對視頻幀的圖像，進行尺寸修改

對圖像進行二值化處理

將二值圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)組

將數(shù)組通過socket發(fā)送出去

電腦端的主體代碼如下：

RVB2601端，通過連接對應(yīng)的服務(wù)器，在接收到圖像數(shù)據(jù)后，顯示出來即可：

視頻播放的截圖效果如下，實際播放效果請看演示視頻。

視頻播放的更多實現(xiàn)細節(jié)，可參考前期的試用報告：【平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)】實踐9-板載屏幕播放BadApple視頻，需注意的是，前期這篇試用報告，是在TCP數(shù)據(jù)接收回調(diào)函數(shù)中，直接進行圖像的顯示的，而在此次結(jié)項綜合例程中，為了配合各個功能對屏幕的使用，在回調(diào)函數(shù)中收到視頻數(shù)據(jù)后，采用消息隊列的方式，將數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，由屏幕顯示程序來處理何時要在屏幕上顯示視頻。

4.6 家居電器控制

家居電器的控制功能，通過RVB2601與ESP8266無線TCP通信實現(xiàn)，ESP8266作為被控制電器的無線控制器，與主控RVB2601通信。ESP8266作為TCP服務(wù)器端，RVB2601作為TCP客戶端，通過指定的IP與端口號進行連接。

4.6.1燈的開關(guān)控制

ESP8266使用Arduino IDE進行開發(fā)與程序編寫，主程序邏輯為：等待客戶端連接，并接收客戶端的指令，接收到后，對指令進行解析，執(zhí)行對應(yīng)的LED亮滅操作。

這里是以字符串的形式進行數(shù)據(jù)傳送，比如“l(fā)ed on”就是開燈，“l(fā)ed off”就是關(guān)燈。

4.6.2風(fēng)扇的開關(guān)控制

風(fēng)扇的控制與燈的控制邏輯一樣，只需再定義“fan on"和“fan off”這樣的指令用來進行風(fēng)扇的控制。硬件方面，由于這個小風(fēng)扇的相比較LED來說，需要的電流較大，這里使用一個繼電器來間接控制風(fēng)扇電源的通斷。

4.7 RGB呼吸燈

RGB呼吸燈是本項目的一個附件功能，通過一個獨立的RGB_LED任務(wù)，實現(xiàn)3種顏色的LED呼吸亮滅。它也可以在調(diào)試程序中，作為程序是否正常運行的判斷標志。

05作品源碼

https://gitee.com/xxpcb/rbv2601-test/tree/master/RVB2601_2022

06視頻演示

簡介

平頭哥RVB2601創(chuàng)意應(yīng)用開發(fā)——智慧家居助手，主要展示的功能包括：

城市天氣顯示（主頁常駐地天氣與菜單頁不同城市天氣，連網(wǎng)獲取網(wǎng)絡(luò)天氣）

當前時間顯示（日期、時、分、秒、星期，連網(wǎng)獲取網(wǎng)絡(luò)時間）

室內(nèi)溫濕度顯示（DHT11溫濕度傳感器）

多級菜單（三級菜單實現(xiàn)各功能界面的跳轉(zhuǎn)）

音樂播放功能（網(wǎng)絡(luò)音樂播放）

視頻播放功能（連接電腦端TCP服務(wù)器獲取視頻幀數(shù)據(jù)）

家居電器控制（燈的控制、風(fēng)扇的控制）

RGB呼吸燈

07項目總結(jié)

本項目基于平頭哥的RVB2601，設(shè)計了一款智慧家居助手，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)天氣、時間的獲取與顯示、室內(nèi)溫濕度的獲取與顯示、家中電器的無線控制，音樂與視頻娛樂功能等，幫助我們更好的體驗家中環(huán)境。

從3個月前拿到板子，逐步熟悉CDK環(huán)境的開發(fā)與RISC-V的開發(fā)體驗，在使用過程中，不斷分享使用筆記，并學(xué)習(xí)其它網(wǎng)友積極分享的筆記，最后將所有使用過的功能，整合為一個綜合的小項目，就實現(xiàn)了這個智慧家居助手。

審核編輯：湯梓紅