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[uCOS/RTOS] 【RTOS】基于RT-Thread的“数码小精灵“设计

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hbzjt2011|  楼主 | 2020-6-29 16:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 hbzjt2011 于 2020-6-29 17:16 编辑

【RT-Thread作品秀】基于RT-Thread的“数码小精灵“设计

作者:hbzjt2011
一、概述
随着近年来智能化设备的不断增长,平板电脑、智能数字音视频播放器、移动数码相机等各类数码产品,正越来越受到城乡居民欢迎。特别是“云生活”让人们对数码产品有了更多需求,加上互联网技术、5G技术、智能化新产品、新型分期消费模式等的出现,让数码产品消费热潮涌动。
本设计为基于RT-Thread的“数码小精灵”设计,硬件采用了以BK7252为主控芯片的麻雀一号开发板开发。BK7252 , 是一款高性能 WiFi 模块,采用高集成的无线射频芯片,内部集成 2.4GHz Wi-Fi 1T1R先进技术,支持摄像头图像输出,拥有最佳的功耗性能、射频性能、稳定性、通用性和可靠性,适用于各种应用和不同产品需求。模块内部拥有 512KB 内嵌 RAM 和4Mbyte Flash 空间,CPU 主频高达 180Mhz。

本设计在此基础上主要实现了以下功能,包括天气和疫情数据更新显示、MP3音乐播放器以及数码拍照相机的功能。其中MP3播放器具有音量调节,播放/停止控制和歌曲切换的功能;数码相机将拍照图片进行LCD屏显示,同时具有SD卡存储和OneNet云平台存储功能。该产品可以充当家庭数码助理的角色,因此取名“数码小精灵”。同时本作品完成的过程中参考了部分网络资料和网友的思路,在此一并表示感谢。
653405ef9aa5e4f439.png



作品整体图
二、RT-Thread使用情况概述
本设计基于麻雀一号开发板SDK进行开发,其RT-Thread为3.1.0版本。
352545ef9aa6b6e596.png
图1RT-Thread版本
在RT-Thread系统上的设备注册列表,其中主要使用了rtc,sd0,w0,sound,uart1等设备。使用到的RT-Thread组件包括了FinSH控制台,虚拟文件系统,POSIX接口。在软件包上面涉及到网络工具及NetUtils,WebClient,cJSON,EasyFlash,rt_ota,TJpgDec,Player等。
388785ef9aa7485c11.png
图2设备注册列表
三、硬件框架
458835ef9aa7ec3285.png
系统硬件框图
麻雀一号开发板外设资源丰富,但资源相当丰富,集成 WiFi、BLE、摄像头、音频扬声器、MIC 录音、TF 卡座、五向按键、还有一个 1.44 寸的 LCD 屏,使用常见的 TypeC 接口作为供电和调试串口,预留支持锂电池供电接口。
本设计的人机交互部分主要利用了开发板的五向按键和LCD显示屏,其中按键用于功能选择,数据刷新以及音乐播放控制功能。
普通模式下:
←:音乐播放
⭕:天气和疫情数据刷新
→:相机拍照
音乐播放模式下:
↑:音量+
↓:音量-
←:下一曲
⭕:停止播放
设备联网采用WIFI连接,上电自动连接网络。数据显示LCD进行显示,同时设备接有SD进行相机拍照的存储。此外照片同时可以通过WIFI上传至OneNet云平台,进行远端网页或者手机等智能终端进行查看。
四、软件框架说明
系统软件流程框图如下图所示,设备上电后启动RT-Thread操作系统,同时进行相关硬件设备的初始化操作,如LCD显示屏,音频扬声器,以及挂在SD卡到文件系统等操作,之后进行设备的网络连接。网络连接后输入应用程序启动命令进行程序启动,LCD显示欢迎界面,接下来用户可以通过五向按键进行功能选择,主要是天气疫情数据更新显示、MP3播放器功能以及数码相机的功能。相机拍照后会进行本地SD卡数据存储以及OneNet云端存储。
648055ef9aaadb32bb.png
软件整体流程框图
五、软件模块说明
1.      设备联网
设备联网主要使用到了RT-Thread组件中的wlan驱动程序实现,上电初始化完成后在主程序中查询wlan无线设备,并根据用户配置的SSID和PASSWORD进行WIFI网络的连接。该部分的具体代码实现如下所示:
static int iot_station_connect(char *ssid, char *passwd)
{
    rt_err_t result = RT_EOK;
    struct rt_wlan_info info;
    struct rt_wlan_device *wlan;
    rt_tick_t tick = 0;

    wlan = (struct rt_wlan_device *)rt_device_find(WIFI_DEVICE_STA_NAME);
    if (!wlan)
    {
        rt_kprintf("no wlan:%s device\n", WIFI_DEVICE_STA_NAME);
        return -1;
    }

    result = rt_wlan_init(wlan, WIFI_STATION);
    rt_wlan_register_event_handler(wlan, WIFI_EVT_STA_CONNECTED, iot_wlan_sta_connected_event);
    rt_wlan_register_event_handler(wlan, WIFI_EVT_STA_DISCONNECTED, iot_wlan_sta_disconnected_event);

    rt_wlan_info_init(&info, WIFI_STATION, SECURITY_WPA2_AES_PSK, ssid);
    result = rt_wlan_connect(wlan, &info, passwd);
    rt_wlan_info_deinit(&info);

    return result;
}

2.      NTP网络时间同步
网络时间同步主要思路就是通过调用网络工具包中的ntp同步函数来实现,通过创建独立时间同步线程,达到定时同步网络时间的目的。该部分使用时需要启用RT-Thread中的RTC功能。相关代码如下:

#define THREAD_PRIORITY         25
#define THREAD_STACK_SIZE       2048
#define THREAD_TIMESLICE        5

/* 指向信号量的指针 */
static rt_thread_t tid1 = RT_NULL;
/* 线程 1 的入口函数 */
static void ntcthread1_entry(void * parameter)
{
  while ((1))
  {
    time_t cur_time = ntp_sync_to_rtc();

    if (cur_time)
    {
      rt_kprintf("Get local time from NTP server: %s", ctime((const time_t *) &cur_time));
      rt_kprintf("The system time is updated. Timezone is %d.\n", NTP_TIMEZONE);
      break; //删除线程
    }
    else
    {
      rt_thread_mdelay(1000);
    }
  }
}

void NTCThreadInit(void)
{
  if (tid1 != RT_NULL)
  {
    rt_kprintf("ntc thread still run\n");
    return;
  }
  rt_kprintf("NTC thread init\n");

  /* 创建线程 1,名称是 thread1,入口是 thread1_entry*/
  tid1 = rt_thread_create("NTC",
                          ntcthread1_entry, RT_NULL,
                          THREAD_STACK_SIZE,
                          THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);

  /* 如果获得线程控制块,启动这个线程 */
  if (tid1 != RT_NULL)
    rt_thread_startup(tid1);
}

3.      天气疫情数据更新
该部分主要是利用了webclient工具包的功能,通过调用天气和疫情数据API接口获取相关Json数据,并利用CJson工具包进行返回Json数据的解析。最后通过LCD进行数据显示。相关代码如下:

#define GET_HEADER_BUFSZ        1024        //头部大小
#define GET_RESP_BUFSZ          1024        //响应缓冲区大小
#define GET_URL_LEN_MAX         256         //网址最大长度
#define GET_URI                 "http://www.weather.com.cn/data/sk/%s.html" //获取天气的 API
#define AREA_ID                 "101090701" //河北沧州地区 ID

/* 天气数据解析 */
void weather_data_parse(rt_uint8_t *data)
{
    uint8_t temp[100];
    cJSON *root = RT_NULL, *object = RT_NULL, *item = RT_NULL;

    root = cJSON_Parse((const char *)data);
    if (!root)
    {
        rt_kprintf("No memory for cJSON root!\n");
        return;
    }
    object = cJSON_GetObjectItem(root, "weatherinfo");

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "city");
    rt_kprintf("\ncity    :%s ", item->valuestring);
    lcd_clear(BLACK);
    // rt_sprintf(temp,"城市:  %s",item->valuestring);
    // lcd_disp_str_en_ch(0,0,temp,BLACK,WHITE);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "temp");
    rt_kprintf("\ntemp    :%s ", item->valuestring);
    rt_sprintf(temp,"温度:  %s",item->valuestring);
    lcd_disp_str_en_ch(0,20,temp,BLACK,WHITE);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "WD");
    rt_kprintf("\nwd      :%s ", item->valuestring);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "WS");
    rt_kprintf("\nws      :%s ", item->valuestring);
    // rt_sprintf(temp,"风力:  %s",item->valuestring);
    // lcd_disp_str_en_ch(0,40,temp,BLACK,WHITE);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "SD");
    rt_kprintf("\nsd      :%s ", item->valuestring);
    rt_sprintf(temp,"湿度:  %s",item->valuestring);
    lcd_disp_str_en_ch(0,40,temp,BLACK,WHITE);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "time");
    rt_kprintf("\ntime    :%s \n", item->valuestring);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "AP");
    rt_kprintf("\nap      :%s ", item->valuestring);
    rt_sprintf(temp,"气压:  %s",item->valuestring);
    lcd_disp_str_en_ch(0,60,temp,BLACK,WHITE);

    item = cJSON_GetObjectItem(object, "WSE");
    rt_kprintf("\nwse      :%s ", item->valuestring);
    rt_sprintf(temp,"风力:  %s",item->valuestring);
    lcd_disp_str_en_ch(0,80,temp,BLACK,WHITE);

    if (root != RT_NULL)
        cJSON_Delete(root);
}
void get_weather(int argc, char **argv)
{
    rt_uint8_t *buffer = RT_NULL;
    int resp_status;
    struct webclient_session *session = RT_NULL;
    char *weather_url = RT_NULL;
    int content_length = -1, bytes_read = 0;
    int content_pos = 0;
    char *city_name = rt_calloc(1,255);

    /* 为 weather_url 分配空间 */
    weather_url = rt_calloc(1, GET_URL_LEN_MAX);
    if (weather_url == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory for weather_url!\n");
        goto __exit;
    }

    if(argc == 1)
    {
        strcpy(city_name, AREA_ID);
    }
    else if (argc == 2)
    {
        strcpy(city_name, argv[1]);
    }

    /* 拼接 GET 网址 */
    rt_snprintf(weather_url, GET_URL_LEN_MAX, GET_URI, city_name);

    /* 创建会话并且设置响应的大小 */
    session = webclient_session_create(GET_HEADER_BUFSZ);
    if (session == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory for get header!\n");
        goto __exit;
    }

    /* 发送 GET 请求使用默认的头部 */
    if ((resp_status = webclient_get(session, weather_url)) != 200)
    {
        rt_kprintf("webclient GET request failed, response(%d) error.\n", resp_status);
        goto __exit;
    }

    /* 分配用于存放接收数据的缓冲 */
    buffer = rt_calloc(1, GET_RESP_BUFSZ);
    if (buffer == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory for data receive buffer!\n");
        goto __exit;
    }

    content_length = webclient_content_length_get(session);
    if (content_length < 0)
    {
        /* 返回的数据是分块传输的. */
        do
        {
            bytes_read = webclient_read(session, buffer, GET_RESP_BUFSZ);
            if (bytes_read <= 0)
            {
                break;
            }
        }while (1);
    }
    else
    {
        do
        {
            bytes_read = webclient_read(session, buffer,
                                        content_length - content_pos > GET_RESP_BUFSZ ?
                                        GET_RESP_BUFSZ : content_length - content_pos);
            if (bytes_read <= 0)
            {
                break;
            }
            content_pos += bytes_read;
        }while (content_pos < content_length);
    }

    /* 天气数据解析 */
    weather_data_parse(buffer);

__exit:
    /* 释放网址空间 */
    if (weather_url != RT_NULL)
        rt_free(weather_url);
    /* 关闭会话 */
    if (session != RT_NULL)
        webclient_close(session);
    /* 释放缓冲区空间 */
    if (buffer != RT_NULL)
        rt_free(buffer);
    if(city_name != RT_NULL)
        rt_free(city_name);
}

#ifdef FINSH_USING_MSH
#include <finsh.h>
MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(get_weather, wt, wt [CityName]  webclient GET request test);
#endif /* FINSH_USING_MSH */


#define GET_FY2020
#ifdef GET_FY2020
#define GET_FY2020_HEADER_BUFSZ        (1024)        //头部大小
#define GET_FY2020_RESP_BUFSZ          (1024)       //响应缓冲区大小
#define GET_FY2020_URI         "http://www.dzyong.top:3005/yiqing/total" //疫情数据 API



/* 疫情数据解析 */
void fy2020_data_parse(rt_uint8_t *data)
{
    uint8_t temp[100];
    cJSON *root = RT_NULL, *object = RT_NULL, *item = RT_NULL;

    root = cJSON_Parse((const char *)data);
    if (!root)
    {
        rt_kprintf("No memory for cJSON root!\n");
        return;
    }

    cJSON *dataArray = cJSON_GetObjectItem(root,"data");  //取数组
    int arraySize = cJSON_GetArraySize(dataArray);        //取数组大小
    cJSON *dataList = dataArray->child;
    while(dataList != RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("\ndiagnosed    :%d \n", cJSON_GetObjectItem(dataList,"diagnosed")->valueint);
        rt_kprintf("\ndeath    :%d \n", cJSON_GetObjectItem(dataList,"death")->valueint);
        rt_kprintf("\ncured    :%d \n", cJSON_GetObjectItem(dataList,"cured")->valueint);
        rt_kprintf("\ndate    :%s \n", cJSON_GetObjectItem(dataList,"date")->valuestring);
        //LCD屏打印信息
        rt_sprintf(temp,"累计确诊:  %d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"diagnosed")->valueint);
        lcd_disp_str_en_ch(0,120,temp,BLACK,WHITE);
        rt_sprintf(temp,"累计死亡:  %d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"death")->valueint);
        lcd_disp_str_en_ch(0,140,temp,BLACK,WHITE);
        rt_sprintf(temp,"累计治愈:  %d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"cured")->valueint);
        lcd_disp_str_en_ch(0,160,temp,BLACK,WHITE);
        rt_sprintf(temp,"更新时间:  %s",cJSON_GetObjectItem(dataList,"date")->valuestring);
        lcd_disp_str_en_ch(0,180,temp,BLACK,WHITE);
        dataList = dataList->next;
    }

}
void get_fy2020_data(void)
{
    rt_uint8_t *buffer = RT_NULL;
    int resp_status;
    struct webclient_session *session = RT_NULL;
    int content_length = -1, bytes_read = 0;
    int content_pos = 0;
    int index;

    /* 创建会话并且设置响应的大小 */
    session = webclient_session_create(GET_FY2020_HEADER_BUFSZ);
    if (session == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory for get header!\n");
        goto __exit;
    }

    /* 发送 GET 请求使用默认的头部 */
    if ((resp_status = webclient_get(session, GET_FY2020_URI)) != 200)
    {
        rt_kprintf("webclient GET request failed, response(%d) error.\n", resp_status);
        goto __exit;
    }

    /* 分配用于存放接收数据的缓冲 */
    buffer = rt_calloc(1, GET_FY2020_RESP_BUFSZ);
    if (buffer == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("No memory for data receive buffer!\n");
        goto __exit;
    }

    content_length = webclient_content_length_get(session);
    if (content_length < 0)
    {
         rt_kprintf("webclient GET request type is chunked.\n");
        /* 返回的数据是分块传输的. */
        do
        {
            bytes_read = webclient_read(session, buffer, GET_FY2020_RESP_BUFSZ);
            if (bytes_read <= 0)
            {
                break;
            }
            for (index = 0; index < bytes_read; index++)
            {
                rt_kprintf("%c", buffer[index]);
            }
        }while (1);
    }
    else
    {
        do
        {
            bytes_read = webclient_read(session, buffer,
                                        content_length - content_pos > GET_FY2020_RESP_BUFSZ ?
                                        GET_FY2020_RESP_BUFSZ : content_length - content_pos);
            if (bytes_read <= 0)
            {
                break;
            }
            content_pos += bytes_read;
        }while (content_pos < content_length);
    }

    for (index = 0; index < bytes_read; index++)
    {
        rt_kprintf("%c", buffer[index]);
    }
    /* 肺炎数据解析 */
    fy2020_data_parse(buffer);

__exit:
    /* 关闭会话 */
    if (session != RT_NULL)
        webclient_close(session);
    /* 释放缓冲区空间 */
    if (buffer != RT_NULL)
        rt_free(buffer);
}

#ifdef FINSH_USING_MSH
#include <finsh.h>
MSH_CMD_EXPORT(get_fy2020_data,get_fy2020_data);
#endif /* FINSH_USING_MSH */



4.     音乐播放模块
该部分的功能主要通过使用player软件包的接口函数实现,包括音乐播放,停止,歌曲切换以及音量控制等功能。该部分的部分代码如下图所示:
  LCDShowMusic();
                rt_sprintf(music,"/sd/music/%d.mp3",count);
                rt_kprintf(" key left is press ...\r\n");
                rt_kprintf("//////////////////////////// player_play \n");
                player_stop();
                player_set_uri(music);
                player_play();
                player_status = 1;
                count++;
                if(count >= 8)
                    count = 0;
                rt_kprintf("//////////////////////////// player_play end \n");


5.     相机功能实现
该部分主要通过IPC事件获取相机采集图像数据,并将采集到的图像数据经过TJpgDec软件包进行解码后在LCD进行显示,同时会将相机数据通过写文件的形式存储到SD卡,通过HTTP协议推送到OneNet云平台。
//手动拍照
void take_photo(void)
{
    //创建摄像头接收一帧图片的事件
    session.event = rt_event_create("vt_event", RT_IPC_FLAG_FIFO);

   
    camera_start(); //开启摄像头传输照片


    tvideo_capture(1);
    rt_event_recv(session.event, SEND_FRAME_EVENT, RT_EVENT_FLAG_OR | RT_EVENT_FLAG_CLEAR, RT_WAITING_FOREVER, RT_NULL);

    //实时显示图片到 LCD 屏上
    //添加保存照片到本地文件的功能
    //保存文件到 sd 卡指定路径
    int fd, res;
    time_t cur_time;
    struct tm *cur_tm;
    char time_now[50];

    /* output current time */
    cur_time = time(RT_NULL);

    cur_tm = localtime(&cur_time);
    //rt_memset(time_now, 0, sizeof(time_now));
    rt_sprintf(time_now, "%04d-%02d-%02d-%02d-%02d-%02d",cur_tm->tm_year + 1900, cur_tm->tm_mon + 1, cur_tm->tm_mday, cur_tm->tm_hour, cur_tm->tm_min, cur_tm->tm_sec);

    rt_sprintf(file_name, "/sd/images/%s.jpg", time_now);
    //rt_sprintf(file_name, "/sd/images/%s.jpg", time_now);
    //保存文件到 sd 卡指定路径
    rt_kprintf("name = %s \n", file_name);
    fd = open(file_name, O_WRONLY | O_CREAT);
    if (fd >= 0)
    {
        write(fd, session.buf, session.total_len);
        close(fd);
        rt_kprintf("save %s ok!!!\n", file_name);
        res = Decode_Jpg(file_name);
        rt_kprintf("res = %d\n", res);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("save pic failed!!!\n");
    }

    //拍照数据上传
    webclient_post_pic(session.buf, session.total_len);  
    tvideo_capture(0);
   

}
MSH_CMD_EXPORT(take_photo,take_photo);



六、演示效果
1.     设备上电等待设备初始化完毕,完成网络连接;
144415ef9ac227edff.png

2.     运行应用程序,LCD显示欢迎界面:
339785ef9ac2be04d5.png

3.     此时按中键进行天气和疫情数据更新显示:
91575ef9ac3ea1e6c.png

4.     按左键进行音乐播放,同时可以进行歌曲切换和音量调整等操作:
221695ef9ac5bc792e.png


5.     相机拍照功能,按右键进行相机拍照,拍照会进行本低存储和云端存储;

509635ef9ac6730536.png
133205ef9ac730c94f.png
LCD和云端显示数据
582185ef9ac88513f4.png
943005ef9ac90c3531.png
665395ef9ac97ed091.png
820595ef9ac9df2d4d.png
历史照片数据显示
七、代码地址
基于RT-Thread的“数码小精灵“设计.pdf (1.63 MB, 下载次数: 15)

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