【RTOS】基于RT-Thread的“数码小精灵“设计

登录 · 发表于 2020-6-29 16:57

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。

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。

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。

图2设备注册列表

三、硬件框架

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。

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：

复制

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：

复制

#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：

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#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：

复制

  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。

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//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；

2. 运行应用程序，LCD显示欢迎界面：

3. 此时按中键进行天气和疫情数据更新显示：

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：

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；

LCD和云端显示数据

历史照片数据显示

视频展示网址：https://www.bilibili.com/video/BV1Z54y1i72J/

七、代码地址

https://gitee.com/hb_zhaojuntao/DigitalElves.git

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

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