“智慧教室”開源項(xiàng)目技術(shù)文檔（搞創(chuàng)作必看＠沧狻）

“智慧教室”項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集環(huán)境中的溫度煮岁、濕度及光照信息噪奄，并將這些數(shù)據(jù)可視化地呈現(xiàn)在Qt圖形界面上。用戶既可以選擇手動控制風(fēng)扇與窗簾的開關(guān)人乓，也可以設(shè)置系統(tǒng)根據(jù)所采集的環(huán)境參數(shù)自動調(diào)節(jié)勤篮，以達(dá)到舒適的室內(nèi)環(huán)境。接下來色罚，將和各位小伙伴深入探討這一項(xiàng)目的具體實(shí)現(xiàn)方式碰缔。

一偿洁、?功能特性

1逮诲、數(shù)據(jù)監(jiān)測與顯示：實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)溫度秸应、濕度和光照強(qiáng)度荆针，并直觀地顯示在Qt界面上。

2梗肝、手動/感應(yīng)控制：用戶可以通過切換界面按鈕選擇手動控制風(fēng)扇和窗簾的狀態(tài)榛瓮，或者根據(jù)實(shí)時監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)，自動的調(diào)節(jié)風(fēng)扇和窗簾的狀態(tài)巫击，以提供最佳的舒適度和能源利用效率禀晓。

3、節(jié)能優(yōu)化：自動調(diào)節(jié)功能可實(shí)時調(diào)整設(shè)備狀態(tài)坝锰，以減少能源消耗并提高設(shè)備壽命粹懒。

二、?環(huán)境說明

1顷级、開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)：Ubuntu18.04 64位版

2凫乖、交叉編譯工具鏈：arm-poky-linux-gnueabi-gcc 5.3.0

3、開發(fā)板使用Bootloader版本：u-boot-2016.03

4弓颈、開發(fā)板內(nèi)核版本：linux-4.1.15

5帽芽、開發(fā)板移植QT版本：qt5.6.2

三、?硬件連接

1翔冀、風(fēng)扇與板卡的連接

2嚣镜、步進(jìn)電機(jī)與板卡的連接

四、?內(nèi)核適配

ELF 1開發(fā)板已集成溫濕度傳感器與光線傳感器橘蜜，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度菊匿、濕度和光照強(qiáng)度的采集。為支持智慧教室系統(tǒng)的其它功能计福，需要對內(nèi)核源碼進(jìn)行以下適配步驟跌捆。

1、實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的功能

風(fēng)扇采用pwm的方式來控制象颖，需要在設(shè)備樹中進(jìn)行pwm7的復(fù)用佩厚。

（1）拷貝ELF1開發(fā)板資料包\02-Linux 源代碼\02-0 出廠內(nèi)核和uboot源碼\內(nèi)核源碼\linux-4.1.15-elf1.tar.bz2內(nèi)核源碼到開發(fā)環(huán)境/home/elf/work/目錄下解壓。

elf@ubuntu:~/work$ tar -xvf linux-4.1.15-elf1.tar.bz2

（2）修改頂層設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

（3）修改設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

添加pwm7設(shè)備節(jié)點(diǎn)

&pwm7 {

????????pinctrl-names = "default";

????????pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm7>;

????????status = "okay";

};

在iomux節(jié)點(diǎn)下面添加pwm7引腳復(fù)用

pinctrl_pwm7: pwm7grp {

???????fsl,pins = <

?????????????MX6UL_PAD_CSI_VSYNC__PWM7_OUT ????0x110b0

??????>;

};

取消其它用到csi功能的地方

至此pwm7已經(jīng)復(fù)用完成说订。

2抄瓦、實(shí)現(xiàn)控制窗簾開合的功能

該項(xiàng)目選用28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)窗簾的開合操作，28BYJ-48電機(jī)需要4個GPIO來控制陶冷，需要在設(shè)備樹中進(jìn)行GPIO的復(fù)用并在內(nèi)核中添加電機(jī)驅(qū)動钙姊。

（1）修改設(shè)備樹文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts。

elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts

添加設(shè)備節(jié)點(diǎn)

mymotor {

??????????????????compatible = "motor";

??????????????????pinctrl-names = "default";

??????????????????pinctrl-0 = <&mymotor>;

??????????????????status = "okay";

??????????????????motorA-gpios = <&gpio4 21 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

??????????????????motorB-gpios = <&gpio4 22 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

??????????????????motorC-gpios = <&gpio4 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

??????????????????motorD-gpios = <&gpio4 24 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

????????};

在iomux節(jié)點(diǎn)下面添加引腳復(fù)用

mymotor: mymotorgrp {

?????????fsl,pins = <

??????????????MX6UL_PAD_CSI_DATA00__GPIO4_IO21 ???????0x10b0

??????????????MX6UL_PAD_CSI_DATA01__GPIO4_IO22 ???????0x10b0

??????????????MX6UL_PAD_CSI_DATA02__GPIO4_IO23 ???????0x10b0

??????????????MX6UL_PAD_CSI_DATA03__GPIO4_IO24 ???????0x10b0

?????????>;

};

（2）添加電機(jī)驅(qū)動

拷貝motor.c到內(nèi)核源碼的drivers/gpio目錄下埂伦，修改drivers/gpio目錄下的Makefile文件煞额，添加如下內(nèi)容：

obj-y += motor.o

3、編譯并替換設(shè)備樹和內(nèi)核

（1）執(zhí)行環(huán)境變量

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

（2）編譯設(shè)備樹和內(nèi)核

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make imx6ull_elf1_defconfig

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make dtbs

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make zImage

（3）將arch/arm/boot/路徑下的zImage和arch/arm/boot/dts/路徑下的imx6ull-elf1-emmc.dtb放到U盤，通過U盤拷貝到開發(fā)板膊毁。

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/imx6ull-elf1-emmc.dtb /run/media/mmcblk1p1/

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/zImage /run/media/mmcblk1p1/

（4）保存并重啟開發(fā)板

root@ELF1:~# sync ???????????????????????????????????????????

root@ELF1:~# reboot

五胀莹、基于Qt界面的數(shù)據(jù)采集和控制

1、程序設(shè)計

主函數(shù)的實(shí)現(xiàn)main.cpp

int main(int argc, char* argv[])

{

????QApplication a(argc, argv);

????if(!ControllerHandler::instance()->startController())

????{

????????return 0;

????}

????a.setStyle("Fusion");

????QFont f = a.font();

????f.setPointSize(20);

????f.setPixelSize(16);

????a.setFont(f);

????MWainWindow w;

????w.setWindowFlags(Qt::FramelessWindowHint);

????if(a.primaryScreen())

????{

????????w.resize(a.primaryScreen()->size());

????}

????w.show();

????int ret = a.exec();

????return ret;

}

設(shè)置顯示的時間的樣式和位置

void MWainWindow::showtime()

{

????/* 實(shí)例化與設(shè)置顯示的位置大小*/

????lcdNumber = new QLCDNumber(this);

????QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen();

????// 獲取屏幕分辨率的大小

????QSize screenSize = screen->size();

????int screenWidth = screenSize.width();

????int screenHeight = screenSize.height();

????// 根據(jù)屏幕分辨率的大小執(zhí)行不同的操作

????if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) {

????????????lcdNumber->setGeometry( 850, 9, 100, 40);

????} else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) {

????????????lcdNumber->setGeometry( 650, 9, 100, 40);

????} else {

????????qDebug() << "Performing other operation";}

????/* 設(shè)置顯示的位數(shù) 8 位 */

????lcdNumber->setDigitCount(8);

????/* 設(shè)置樣式 */

????lcdNumber->setFrameStyle(QFrame::NoFrame);

????/* 設(shè)置 lcd 顯示為當(dāng)前系統(tǒng)時間 */

????QTime time = QTime::currentTime();

????/* 設(shè)置顯示的樣式 */

????lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss"));

????lcdNumber->setStyleSheet("color: black");

}

設(shè)置顯示的圖片的大小和位置

void MWainWindow::showphoto()

{ ???/* 設(shè)置大小與位置 */

????this->setGeometry(0, 0, 1024, 600);

????/* 使用資源里的文件時格式是 :+前綴+文件路徑 */

????QPixmap pixmap(":images/res.png");

????labelImage = new QLabel(this);

????QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen();

????// 獲取屏幕分辨率的大小

????QSize screenSize = screen->size();

????int screenWidth = screenSize.width();

????int screenHeight = screenSize.height();

????// 根據(jù)屏幕分辨率的大小執(zhí)行不同的操作

????if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) {

????????labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 524);

????} else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) {

????????labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 403);

????} else {

????????qDebug() << "Performing other operation";

????}

????/* 設(shè)置圖像 */

????labelImage->setPixmap(pixmap);

????/* 開啟允許縮放填充 */

????labelImage->setScaledContents(true);

}

獲取設(shè)備的狀態(tài)

void MWainWindow::readData()

{

????/* 當(dāng)定時器計時 1000 毫秒后婚温，刷新 lcd 顯示當(dāng)前系統(tǒng)時間 */

???QTime time = QTime::currentTime();

???/* 設(shè)置顯示的樣式 */

???lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss"));

????ControllerHandler* pInstance =ControllerHandler::instance();

????float value=-100;

????int curtainstate = targetCurtainState;

????pInstance->getValue(TEMPERATURE_SENSOR,value);

????ui->widget_temp->setData("溫度", QString::number(value) +"°");

????if(bOpen==1)

????{

????????if(value > 31) {

?????????ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' ');

????????} else {

?????????ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' ');

????????}

????}

????pInstance->getValue(HUMIDITY_SENSOR,value);

????ui->widget_hum->setData("濕度", QString::number(value) +"%");

????pInstance->getValue(LIGHT_SENSOR,value);

????ui->widget_light->setData("亮度", QString::number(value) +" lt");

????if(bOpen==1)

????{

????????if (value >= 0 && value < 100) {

??????????????if (curtainstate == 0) {

??????????????printf("Automatic curtain opening!!!\n");

??????????????//ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048);

??????????????targetCurtainState = 1;

??????????????}

????????} else if (value >= 100 && value < 500) {

??????????????if (curtainstate == 1) {

??????????????printf("Automatic curtain closing!!!\n");

??????????????//ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048);

??????????????targetCurtainState = 0;

??????????????}

??????????}

????}

????if(bOpen==0)

????{

??????if(bOpen2==1)

??????{

??????????????//printf("Fan open!!!\n");

??????????ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' ');

??????}

??????if(bOpen2==0)

??????{

??????????????//printf("Fan close!!!\n");

?????????ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' ');

??????}

????}

????if(bOpen == 0){

????if (isFirstCheck) {

????????lastbOpen3 = bOpen3;

????????isFirstCheck = false;

????} else if (bOpen3 != lastbOpen3) {

????????if(bOpen3 == 1){

????????????printf("Curtain open!!!\n");

????????????//ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048);

????????} else {

????????????printf("Curtain close!!!\n");

????????????//ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048);

????????}

????????lastbOpen3 = bOpen3;

??????}

???}

}

設(shè)置界面樣式

void MWainWindow::Style()

{

????QString qssFileName;

????qssFileName = ":/green.qss";

????QFile file(qssFileName);

????if(file.open(QFile::ReadOnly| QFile::Text)){

????????QString qss =file.readAll();

????????QApplication *app = dynamic_cast<QApplication*>(qApp);

????????if(!qss.isEmpty()){

????????????app->setStyleSheet(qss);

????????}

????????file.close();

????}

}

2描焰、應(yīng)用編譯

（1）拷貝smartclassroom.tar.bz2到開發(fā)環(huán)境/home/elf/work目錄下解壓

elf@ubuntu:~/work$ tar xvf smartclassroom.tar.bz2

（2）執(zhí)行環(huán)境變量

elf@ubuntu:~/work/adc$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

（3）編譯

elf@ubuntu:~/work$ cd smartclassroom/

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ qmake

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ make

（4）壓縮

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ cd ../smartclassroom_output/release/

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom_output/release$ tar -cjvf smartclassroom.tar.bz2 *

（5）拷貝smartclassroom.tar.bz2壓縮包到開發(fā)板/home/root路徑下解壓

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/smartclassroom.tar.bz2 ./

root@ELF1:~# tar xvf smartclassroom.tar.bz2

root@ELF1:~# chmod 777 *

root@ELF1:~# cp lib* /usr/lib

root@ELF1:~# sync

六、項(xiàng)目測試

1栅螟、確保開發(fā)板已正確連接風(fēng)扇荆秦、步進(jìn)電機(jī)和屏幕

2、執(zhí)行應(yīng)用

root@ELF1:~# export DISPLAY=:0.0

root@ELF1:~# ./app

應(yīng)用執(zhí)行成功后嵌巷，Qt界面顯示如下，此時可以通過切換按鈕選擇手動控制或者感應(yīng)控制風(fēng)扇開關(guān)以及窗簾開合室抽。

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者

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