【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);