【ElfBoard】基于 Linux 的智能家居小项目

大家好，我是 Hello阿尔法，这段时间参与了保定飞凌嵌入式技术有限公司举办的 ElfBoard 共创社招募活动，并有幸成为了一名共创官，官方寄来了一块 ELF 1 开发板，开箱看这里 ELF 1 开箱初体验。

作为共创官，我使用 ELF 1 完成了一个智能家居的小项目。除了 ELF 1 开发板之外，还使用了一块其他厂商的 Linux 开发板 IMX6U，主要原因是在多次抽奖中都没有抽中显示屏，只有我的 IMX6U 有屏幕，其实这样也正好符合项目背景，带有屏幕的 IMX6U 作为智能家居的控制面板，ELF 1 作为被控终端设备，它可以是电灯、电扇、空调器，也可以是冰箱、彩电、洗衣机......实现效果如下图所示：

项目简介

IMX6U 模拟智能家居中的主控面板，实时刷新显示时间、天气、空气质量、温湿度等信息，实现对家居设备电灯、窗帘、通风扇的控制，天气数据来自于心知天气；ELF 1 模拟终端设备，三个 LED 分别代表电灯、窗帘、通风扇，ADC 模拟空气质量检测器，温湿度则用来检测环境中的温湿度。IMX6U 和 ELF 1 两者通过以太网实现交互，ELF 1 和 IMX6U 均基于 Linux 系统开发，资源使用情况如下所示：

• ELF 1 开发板：3 个 LED、ADC、温湿度传感器、以太网口
• IMX6U 开发板：5inch RGB 显示屏、以太网口

IMX6U 工程

• IMX6U 源码工程结构如图所示：

• IMX6U 源码工程以 LVGL 的 Linux 移植工程为基础，具体实现请阅读 嵌入式 Linux 下的 LVGL 移植；
• app 文件夹存放应用源码；
• build 文件夹为编译输出目录；
• ui 文件夹存放 UI 界面源码，具体实现请阅读 基于 LVGL 使用 SquareLine Studio 快速设计 UI 界面。

app

• app 文件夹包括有 cJSON 解析器、通信协议 Protocol、网络编程接口 Socket、天气获取、按键以及时间、温湿度数据更新等；
• cJSON 是使用了一个开源的、C 语言编写的超轻量级 JSON 解析器；
• 关于 Protocol 请阅读 一个简洁实用的自定义通信协议；
• socket 文件夹主要内容为 TCP 服务端和客户端的创建，请阅读 Linux 下 socket 编程介绍及 TCP 客户端与服务端创建示例
• 天气数据通过心知天气 API 获取，相关实现代码如下：

// weather.c
int weather_init(void)
{
    weather_client_fd = client_init_socket();
    /* 组合 GET 请求 */
    sprintf(weather_buffer, GET_REQUEST_PACKAGE, DAILY_JSON, API_KEY, WUHAN);
    /* 发送请求 */
    client_send_data(weather_client_fd, weather_buffer, strlen(weather_buffer));
    /* 接收天气数据 JSON 格式*/
    client_receive_data(weather_client_fd, weather_json, &weather_json_size);
    /* 解析天气数据 */
    cJSON_Daily_WeatherParse(weather_json, &Weather_now);
    /* 更新天气显示 */
    memset(weather_buffer, 0, BUFFER_SIZE);
    sprintf(weather_buffer, "%s / %s", Weather_now.text_day[0], Weather_now.text_night[0]);
    lv_label_set_text(ui_TextDay, weather_buffer);
    lv_label_set_text(ui_MinTemp, Weather_now.low[0]);
    lv_label_set_text(ui_MaxTemp, Weather_now.high[0]);
    lv_label_set_text(ui_outHum, Weather_now.humidity[0]);
    /* 更新天气图片 */
    int code = *Weather_now.code_day[0] - 48;
    switch (code)
    {
    case 0: lv_img_set_src(ui_weatherImg, &ui_img_icons_00_png); break;
    ...
    
    ...
    case 99: lv_img_set_src(ui_weatherImg, &ui_img_icons_99_png); break;
    default: break;
    }

    client_close_socket(weather_client_fd);
    return 0;
}

• 以按键为例，实现数据打包、发送相关代码：

static void led_ryg_turn(int cmd, int code)
{
    /* 组合命令 */
    msg_frame_t led_msg_frame;
    led_msg_frame.type = LED_RYG;
    led_msg_frame.cmd = cmd;
    led_msg_frame.code = code;
    led_msg_frame.datalen = 0;
    /* 打包命令 */
    msg_buf_t *_msg_buf = pkg_frame(&led_msg_frame);
    /* 发送按键命令 */
    server_send_data(client_fd, (char *)_msg_buf->buf_ptr, _msg_buf->buf_size);
}

static void btn1_click_cb(lv_event_t *event) 
{
    printf("Button1 clicked\n");
    static char flag = 0;

    if(flag == 0)
    {
        flag = 1;
        led_ryg_turn(LED_R, LED_ON);
    }
    else
    {
        flag = 0;
        led_ryg_turn(LED_R, LED_OFF);
    }
}

static void btn2_click_cb(lv_event_t *event) 
{
    // ...
}

static void btn3_click_cb(lv_event_t *event) 
{
    // ...
}

int button_init(void)
{
    lv_obj_add_event_cb(ui_Button1, btn1_click_cb, LV_EVENT_CLICKED, NULL);
    lv_obj_add_event_cb(ui_Button2, btn2_click_cb, LV_EVENT_CLICKED, NULL);
    lv_obj_add_event_cb(ui_Button3, btn3_click_cb, LV_EVENT_CLICKED, NULL);
    return 0;
}

• 数据接收、解析、命令执行相关代码：

static int ctrl_dev_aht20(msg_frame_t *_msg_pack)
{
    // ...
    
    return 0;
}

static int ctrl_dev_adc(msg_frame_t *_msg_pack)
{
    printf("--- ctrl_dev_adc ---\r\n");

    uint16_t adc_raw = (uint16_t)(_msg_pack->data[0] << 8) + _msg_pack->data[1];
    uint8_t pm2_5 = adc_raw / 16;
    char pm2_5_src[4];

    printf("adc raw value: %d, pm2_5 value: %d \r\n", adc_raw, pm2_5);

    lv_arc_set_value(ui_Air, pm2_5);

    snprintf(pm2_5_src, sizeof(pm2_5_src), "%d", pm2_5);
    lv_label_set_text(ui_AirValue, pm2_5_src);

    return 0;
}

static int ctrl_cmd_func(const msg_pkg_t *_msg_pkg)
{
    printf("--- ctrl_cmd_func ---\r\n");
    
    switch(_msg_pkg->pkg->type)
    {
        case AHT20: ctrl_dev_aht20(_msg_pkg->pkg); break;
        case ADC: ctrl_dev_adc(_msg_pkg->pkg); break;
        default: return -1;
    }

    return 0; 
}

static void *recv_thread(void *arg)
{
    recv_msg_buf->buf_ptr=recv_msg_buf->buf;
    while(1)
    {
        if(server_receive_data(client_fd, (char *)recv_msg_buf->buf_ptr, (ssize_t *)&recv_msg_buf->buf_size) == 0)
        {
            printf("thread recv \r\n");
            msg_buf_print(recv_msg_buf);
            /* 解析数据包命令 */
            msg_pkg_t *_msg_pkg = unpkg_frame(recv_msg_buf->buf_ptr, recv_msg_buf->buf_size);
            /* 执行命令 */
            ctrl_cmd_func(_msg_pkg);
        } 
    }
    return NULL;
}

/* 线程创建 */
pthread_create(&recv_thread_id, NULL, recv_thread, NULL);

ELF 1 工程

• ELF 1 源码工程结构如图所示：

• src 文件夹存放源文件，inc 文件夹存放头文件，obj 为编译输出目录；
• 客户端创建、数据打包、发送、接收、命令执行与 IMX6U 工程实现类似，不再介绍，数据采集、LED 控制采用文件操作实现。

功能演示

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