ElfBoard開源項目|“智慧教室”開源項目技術(shù)文檔

“智慧教室”項目的目標(biāo)是實現(xiàn)實時采集環(huán)境中的溫度、濕度及光照信息，并將這些數(shù)據(jù)可視化地呈現(xiàn)在Qt圖形界面上。用戶既可以選擇手動控制風(fēng)扇與窗簾的開關(guān)，也可以設(shè)置系統(tǒng)根據(jù)所采集的環(huán)境參數(shù)自動調(diào)節(jié)，以達(dá)到舒適的室內(nèi)環(huán)境。接下來，將和各位小伙伴深入探討這一項目的具體實現(xiàn)方式。

一、 功能特性

1、數(shù)據(jù)監(jiān)測與顯示：實時監(jiān)測室內(nèi)溫度、濕度和光照強(qiáng)度，并直觀地顯示在Qt界面上。

2、手動/感應(yīng)控制：用戶可以通過切換界面按鈕選擇手動控制風(fēng)扇和窗簾的狀態(tài)，或者根據(jù)實時監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)，自動的調(diào)節(jié)風(fēng)扇和窗簾的狀態(tài)，以提供最佳的舒適度和能源利用效率。

3、節(jié)能優(yōu)化：自動調(diào)節(jié)功能可實時調(diào)整設(shè)備狀態(tài)，以減少能源消耗并提高設(shè)備壽命。

二、 環(huán)境說明

1、開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)：Ubuntu18.04 64位版

2、交叉編譯工具鏈：arm-poky-linux-gnueabi-gcc 5.3.0

3、開發(fā)板使用Bootloader版本：u-boot-2016.03

4、開發(fā)板內(nèi)核版本：linux-4.1.15

5、開發(fā)板移植QT版本：qt5.6.2

三、 硬件連接

1、風(fēng)扇與板卡的連接

2、步進(jìn)電機(jī)與板卡的連接

四、 內(nèi)核適配

ELF 1開發(fā)板已集成溫濕度傳感器與光線傳感器，實現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度和光照強(qiáng)度的采集。為支持智慧教室系統(tǒng)的其它功能，需要對內(nèi)核源碼進(jìn)行以下適配步驟。

1、實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的功能

風(fēng)扇采用pwm的方式來控制，需要在設(shè)備樹中進(jìn)行pwm7的復(fù)用。

（1）拷貝ELF1開發(fā)板資料包\02-Linux 源代碼\02-0 出廠內(nèi)核和uboot源碼\內(nèi)核源碼\linux-4.1.15-elf1.tar.bz2內(nèi)核源碼到開發(fā)環(huán)境/home/elf/work/目錄下解壓。

elf@ubuntu:~/work$ tar -xvf linux-4.1.15-elf1.tar.bz2

（2）修改頂層設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/ elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

（3）修改設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

添加pwm7設(shè)備節(jié)點

&pwm7 { pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm7>; status = "okay"; };

在iomux節(jié)點下面添加pwm7引腳復(fù)用

pinctrl_pwm7: pwm7grp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_CSI_VSYNC__PWM7_OUT 0x110b0 >; };

取消其它用到csi功能的地方

至此pwm7已經(jīng)復(fù)用完成。

2、實現(xiàn)控制窗簾開合的功能

該項目選用28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)窗簾的開合操作，28BYJ-48電機(jī)需要4個GPIO來控制，需要在設(shè)備樹中進(jìn)行GPIO的復(fù)用并在內(nèi)核中添加電機(jī)驅(qū)動。（1）修改設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts。

elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/ elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

添加設(shè)備節(jié)點

mymotor { compatible = "motor"; pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&mymotor>; status = "okay"; motorA-gpios = <&gpio4 21 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorB-gpios = <&gpio4 22 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorC-gpios = <&gpio4 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorD-gpios = <&gpio4 24 GPIO_ACTIVE_HIGH>; };

在iomux節(jié)點下面添加引腳復(fù)用

mymotor: mymotorgrp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_CSI_DATA00__GPIO4_IO21 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA01__GPIO4_IO22 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA02__GPIO4_IO23 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA03__GPIO4_IO24 0x10b0 >; };

（2）添加電機(jī)驅(qū)動

拷貝motor.c到內(nèi)核源碼的drivers/gpio目錄下，修改drivers/gpio目錄下的Makefile文件，添加如下內(nèi)容：

obj-y += motor.o

3、編譯并替換設(shè)備樹和內(nèi)核

（1）執(zhí)行環(huán)境變量

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

（2）編譯設(shè)備樹和內(nèi)核

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make imx6ull_elf1_defconfig elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make dtbs elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make zImage

（3）將arch/arm/boot/路徑下的zImage和arch/arm/boot/dts/路徑下的imx6ull-elf1-emmc.dtb放到U盤，通過U盤拷貝到開發(fā)板。

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/imx6ull-elf1-emmc.dtb /run/media/mmcblk1p1/ root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/zImage /run/media/mmcblk1p1/

（4）保存并重啟開發(fā)板

root@ELF1:~# sync root@ELF1:~# reboot

五、基于Qt界面的數(shù)據(jù)采集和控制

1、程序設(shè)計

主函數(shù)的實現(xiàn)main.cpp

int main(int argc, char* argv[]) { QApplication a(argc, argv); if(!ControllerHandler::instance()->startController()) { return 0; } a.setStyle("Fusion"); QFont f = a.font(); f.setPointSize(20); f.setPixelSize(16); a.setFont(f); MWainWindow w; w.setWindowFlags(Qt::FramelessWindowHint); if(a.primaryScreen()) { w.resize(a.primaryScreen()->size()); } w.show(); int ret = a.exec(); return ret; }

設(shè)置顯示的時間的樣式和位置

void MWainWindow::showtime() { /* 實例化與設(shè)置顯示的位置大小*/ lcdNumber = new QLCDNumber(this); QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen(); // 獲取屏幕分辨率的大小 QSize screenSize = screen->size(); int screenWidth = screenSize.width(); int screenHeight = screenSize.height(); // 根據(jù)屏幕分辨率的大小執(zhí)行不同的操作 if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) { lcdNumber->setGeometry( 850, 9, 100, 40); } else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) { lcdNumber->setGeometry( 650, 9, 100, 40); } else { qDebug() << "Performing other operation";} /* 設(shè)置顯示的位數(shù) 8 位 */ lcdNumber->setDigitCount(8); /* 設(shè)置樣式 */ lcdNumber->setFrameStyle(QFrame::NoFrame); /* 設(shè)置 lcd 顯示為當(dāng)前系統(tǒng)時間 */ QTime time = QTime::currentTime(); /* 設(shè)置顯示的樣式 */ lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss")); lcdNumber->setStyleSheet("color: black"); }

設(shè)置顯示的圖片的大小和位置

void MWainWindow::showphoto() { /* 設(shè)置大小與位置 */ this->setGeometry(0, 0, 1024, 600); /* 使用資源里的文件時格式是 :+前綴+文件路徑 */ QPixmap pixmap(":images/res.png"); labelImage = new QLabel(this); QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen(); // 獲取屏幕分辨率的大小 QSize screenSize = screen->size(); int screenWidth = screenSize.width(); int screenHeight = screenSize.height(); // 根據(jù)屏幕分辨率的大小執(zhí)行不同的操作 if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) { labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 524); } else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) { labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 403); } else { qDebug() << "Performing other operation"; } /* 設(shè)置圖像 */ labelImage->setPixmap(pixmap); /* 開啟允許縮放填充 */ labelImage->setScaledContents(true); }

獲取設(shè)備的狀態(tài)

void MWainWindow::readData() { /* 當(dāng)定時器計時 1000 毫秒后，刷新 lcd 顯示當(dāng)前系統(tǒng)時間 */ QTime time = QTime::currentTime(); /* 設(shè)置顯示的樣式 */ lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss")); ControllerHandler* pInstance =ControllerHandler::instance(); float value=-100; int curtainstate = targetCurtainState; pInstance->getValue(TEMPERATURE_SENSOR,value); ui->widget_temp->setData("溫度", QString::number(value) +"°"); if(bOpen==1) { if(value > 31) { ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' '); } else { ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' '); } } pInstance->getValue(HUMIDITY_SENSOR,value); ui->widget_hum->setData("濕度", QString::number(value) +"%"); pInstance->getValue(LIGHT_SENSOR,value); ui->widget_light->setData("亮度", QString::number(value) +" lt"); if(bOpen==1) { if (value >= 0 && value < 100) { if (curtainstate == 0) { printf("Automatic curtain opening!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048); targetCurtainState = 1; } } else if (value >= 100 && value < 500) { if (curtainstate == 1) { printf("Automatic curtain closing!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048); targetCurtainState = 0; } } } if(bOpen==0) { if(bOpen2==1) { //printf("Fan open!!!\n"); ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' '); } if(bOpen2==0) { //printf("Fan close!!!\n"); ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' '); } } if(bOpen == 0){ if (isFirstCheck) { lastbOpen3 = bOpen3; isFirstCheck = false; } else if (bOpen3 != lastbOpen3) { if(bOpen3 == 1){ printf("Curtain open!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048); } else { printf("Curtain close!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048); } lastbOpen3 = bOpen3; } } }

設(shè)置界面樣式

void MWainWindow::Style() { QString qssFileName; qssFileName = ":/green.qss"; QFile file(qssFileName); if(file.open(QFile::ReadOnly| QFile::Text)){ QString qss =file.readAll(); QApplication *app = dynamic_cast(qApp); if(!qss.isEmpty()){ app->setStyleSheet(qss); } file.close(); } }

2、應(yīng)用編譯

（1）拷貝smartclassroom.tar.bz2到開發(fā)環(huán)境/home/elf/work目錄下解壓

elf@ubuntu:~/work$ tar xvf smartclassroom.tar.bz2

（2）執(zhí)行環(huán)境變量

elf@ubuntu:~/work/adc$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

（3）編譯

elf@ubuntu:~/work$ cd smartclassroom/ elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ qmake elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ make

（4）壓縮

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ cd ../smartclassroom_output/release/ elf@ubuntu:~/work/smartclassroom_output/release$ tar -cjvf smartclassroom.tar.bz2 *

（5）拷貝smartclassroom.tar.bz2壓縮包到開發(fā)板/home/root路徑下解壓

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/smartclassroom.tar.bz2 ./ root@ELF1:~# tar xvf smartclassroom.tar.bz2 root@ELF1:~# chmod 777 * root@ELF1:~# cp lib* /usr/lib root@ELF1:~# sync

六、項目測試

1、確保開發(fā)板已正確連接風(fēng)扇、步進(jìn)電機(jī)和屏幕

2、執(zhí)行應(yīng)用

root@ELF1:~# export DISPLAY=:0.0 root@ELF1:~# ./app

應(yīng)用執(zhí)行成功后，Qt界面顯示如下，此時可以通過切換按鈕選擇手動控制或者感應(yīng)控制風(fēng)扇開關(guān)以及窗簾開合。