【ElfBoard】基于 Linux 的智能家居小项目——开源

简介: 【ElfBoard】基于 Linux 的智能家居小项目——开源

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活动中都没有抽中 Elfboard 的官方显示屏,只有我的 IMX6U 有屏幕。


其实这样也正好符合智能家居的项目背景,带有屏幕的 IMX6U 作为智能家居的主控面板,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 开发板模拟智能家居中的主控面板,GUI 设计采用开源的 LVGL,实时刷新显示时间、天气、室内空气质量、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,使用 cJSON 对天气数据进行解析。


ELF 1 开发板模拟终端设备,三个 LED 分别代表电灯、窗帘、通风扇,电位器(ADC)模拟室内空气质量检测器,温湿度传感器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数据交互,均基于 Linux 系统开发,两个开发板的资源使用情况总体如下所示:


IMX6U 开发板:5inch RGB 800×480 显示屏、以太网口

ELF 1 开发板:3 个 LED、电位器(ADC)、温湿度传感器、以太网口

仓库简介

本仓库开源了 IMX6U 的工程源码,它以 LVGL 的 Linux 移植工程 lvgl_demo 为基础。

工程源码结构如下所示:

lvgl_demo
├── app                # 应用源码
|    ├── cJSON         # cJSON 解析器
|    ├── protocol      # 自定义通信协议
|    ├── socket        # socket 源码
|    ├── application.c # 主要应用
|    ├── button.c      # 按键应用
|    ├── def.h         # 一些定义
|    └── weather.c     # 天气应用
├── lv_drivers         # LVGL 驱动源码
├── lvgl               # LVGL 源码
├── ui                 # UI 设计源码
├── lv_conf.h          # LVGL 库配置文件
├── lv_drv_conf.h      # LVGL 驱动配置文件
├── main.c             # main.c 文件
├── Makefile           # Makefile 文件
└── README.md          # README 文件


关于 LVGL 的 Linux 移植可以参考阅读 嵌入式 Linux 下的 LVGL 移植。


关于 UI 设计可以参考阅读 基于 LVGL 使用 SquareLine Studio 快速设计 UI 界面。


数据交互

IMX6U 和 ELF 1 数据交互通过 socket 接口实现,基于 TCP 协议。

IMX6U 创建服务端及接受 ELF 1 客户端连接实现如下所示:

// 创建服务端
server_fd = server_init_socket();
// 接受客户端连接
client_fd = server_accept_client(server_fd);


相关源码实现在 socket 文件夹中,可以参考阅读:

  • Linux 下 socket 编程介绍
  • Linux 下使用 socket 实现 TCP 服务端
  • Linux 下使用 socket 实现 TCP 客户端


通信协议

通信协议采用了一个简洁实用的基于字节的自定义兼容性通信协议 Protocol。

开源仓库地址:https://github.com/alphazcc/protocol

以按键控制 LED 为例,实现数据打包、发送功能如下所示:

static void led_ryg_turn(int cmd, int code)
{
    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;
    msg_buf_t *_msg_buf = pkg_frame(&led_msg_frame);
    server_send_data(client_fd, (char *)_msg_buf->buf_ptr, _msg_buf->buf_size);
}


以接收室内空气质量数据(ADC 数据)为例,关于数据接收、解析功能如下所示:

static int ctrl_dev_adc(msg_frame_t *_msg_pack)
{
    // 获取 ADC 原始数据
    uint16_t adc_raw = (uint16_t)(_msg_pack->data[0] << 8) + _msg_pack->data[1];
    // 更新显示等...
    return 0;
}

static int ctrl_cmd_func(const msg_pkg_t *_msg_pkg)
{
    switch(_msg_pkg->pkg->type)
    {
        case ADC: ctrl_dev_adc(_msg_pkg->pkg); break;
        // 其他设备等...
    }
    return 0; 
}

static void *recv_thread(void *arg)
{
    while(1)
    {
        if(server_receive_data(client_fd, (char *)recv_msg_buf->buf_ptr,
                                (ssize_t *)&recv_msg_buf->buf_size) == 0)
        {
            msg_pkg_t *_msg_pkg = 
                    unpkg_frame(recv_msg_buf->buf_ptr, recv_msg_buf->buf_size);
            ctrl_cmd_func(_msg_pkg);
        } 
    }
    return NULL;
}

/* 数据接收线程创建 */
pthread_create(&recv_thread_id, NULL, recv_thread, NULL);

天气获取

天气数据由心知天气提供,心知天气通过标准的 Restful API 接口,提供标准化的数据访问,无论是 APP、智能硬件还是企业级系统都可以轻松接入心知的精细化天气数据。


在心知天气注册、登录,申请免费版即可满足使用要求,获取 API KEY。

心知天气官网:https://www.seniverse.com

通过创建本地客户端,向心知天气服务端发送请求包,即可获取天气数据。

实现天气数据获取、解析、UI 更新等功能流程如下所示:

int weather_init(void)
{
    /* 创建客户端 */
    client_fd = client_init_socket();
    /* 组合请求包 */
    sprintf(buffer, REQUEST_PKG, DAILY, API_KEY, WUHAN);
    /* 向心知天气服务端发送请求 */
    client_send_data(client_fd, buffer, strlen(buffer));
    /* 清空缓存准备接收天气数据 */
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    /* 接收天气数据 JSON 格式 */
    client_receive_data(client_fd, buffer, &json_size);
    /* 解析天气数据到 weather_daily 中 */
    cJSON_Parse_Weather_Daily(buffer, &weather_daily);
    /* 打印天气信息 */
    weather_show_data(&weather_daily);
    /* 更新天气显示 */
    weather_update_ui(&weather_daily);
    /* 关闭客户端 */
    client_close_socket(client_fd);
    return 0;
}


关于对 JSON 格式的天气数据解析,使用了一个开源的、C 语言编写的超轻量级 JSON 解析器 cJSON。

开源仓库地址:https://github.com/DaveGamble/cJSON

写在后面

文中源码为便于阅读进行了格式修改及源码简化,旨在说明功能实现逻辑及方式,建议下载仓库完整源码分析阅读。


ELF 1 开发板数据采集采用文件操作方式实现,关于客户端创建、数据打包、发送、接收、解析等功能实现与 IMX6U 相关功能实现类似,便不开源了,小伙伴们可以自行设计。

本项目并不难,项目内容更多倾向于 Linux 应用开发,欢迎小伙伴们复现!


开源仓库链接:https://github.com/alphazcc/mini-project

项目演示

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