基于RT-Thread“数码小精灵”设计与实现

作者：赵俊涛

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。

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 1 RT-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

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：“↑”：音量加、“↓”：音量减 、“←”：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。

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：

1staticintiot_station_connect(char*ssid,char*passwd){ 2rt_err_tresult=RT_EOK; 3structrt_wlan_infoinfo; 4structrt_wlan_device*wlan; 5rt_tick_ttick=0; 6wlan=(structrt_wlan_device*)rt_device_find(WIFI_DEVICE_STA 7_NAME); 8if(!wlan) 9{ 10rt_kprintf("nowlan:%sdevice ",WIFI_DEVICE_STA_NAME); 11return-1;} 12result=rt_wlan_init(wlan,WIFI_STATION); 13rt_wlan_register_event_handler(wlan,WIFI_EVT_STA_CONNECTED,i 14ot_wlan_sta_connected_event); 15rt_wlan_register_event_handler(wlan,WIFI_EVT_STA_DISCONNECTED 16,iot_wlan_sta_disconnected_event); 17rt_wlan_info_init(&info,WIFI_STATION,SECURITY_WPA2_AES_PSK, 18ssid); 19result=rt_wlan_connect(wlan,&info,passwd); 20rt_wlan_info_deinit(&info); 21returnresult; 22}

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：

1{ 2time_tcur_time=ntp_sync_to_rtc(); 3if(cur_time) 4{ 5rt_kprintf("GetlocaltimefromNTPserver:%s",ctime((constt 6ime_t*)&cur_time)); 7rt_kprintf("Thesystemtimeisupdated.Timezoneis%d. ",NTP 8_TIMEZONE); 9}} 10staticrt_thread_ttid1=RT_NULL; 11staticvoidntcthread1_entry(void*parameter){ 12while((1)) 13{ 14time_tcur_time=ntp_sync_to_rtc(); 15if(cur_time) 16{ 17rt_kprintf("GetlocaltimefromNTPserver:%s",ctime((consttim 18e_t*)&cur_time)); 19rt_kprintf("Thesystemtimeisupdated.Timezoneis%d. ",NTP_T 20IMEZONE); 21break;} 22else 23{ 24rt_thread_mdelay(1000); 25}}} 26voidNTCThreadInit(void){ 27if(tid1!=RT_NULL) 28{ 29rt_kprintf("ntcthreadstillrun "); 30return;} 31rt_kprintf("NTCthreadinit "); 32tid1=rt_thread_create("NTC", 33ntcthread1_entry,RT_NULL, 34THREAD_STACK_SIZE, 35THREAD_PRIORITY,THREAD_TIMESLICE); 36if(tid1!=RT_NULL) 37rt_thread_startup(tid1); 38}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：

1#defineGET_URI"http://www.weather.com.cn/data/sk/%s.html"// 2获取天气的API 3#defineGET_FY2020_URI"http://www.dzyong.top:3005/yiqing/total"//疫情 4数据API 5voidget_weather(intargc,char**argv){ 6rt_uint8_t*buffer=RT_NULL; 7intresp_status; 8structwebclient_session*session=RT_NULL; 9char*weather_url=RT_NULL; 10intcontent_length=-1,bytes_read=0; 11intcontent_pos=0; 12char*city_name=rt_calloc(1,255); 13/*为weather_url分配空间*/ 14weather_url=rt_calloc(1,GET_URL_LEN_MAX); 15if(weather_url==RT_NULL) 16{ 17rt_kprintf("Nomemoryforweather_url! "); 18goto__exit; 19} 20if(argc==1){ 21strcpy(city_name,AREA_ID); 22} 23elseif(argc==2){ 24strcpy(city_name,argv[1]); 25} 26/*拼接GET网址*/ 27rt_snprintf(weather_url,GET_URL_LEN_MAX,GET_URI,city_name); 28/*创建会话并且设置响应的大小*/ 29session=webclient_session_create(GET_HEADER_BUFSZ); 30if(session==RT_NULL) 31{ 32rt_kprintf("Nomemoryforgetheader! "); 33goto__exit; 34} 35/*发送GET请求使用默认的头部*/ 36if((resp_status=webclient_get(session,weather_url))!=200){ 37rt_kprintf("webclientGETrequestfailed,response(%d)error. ",resp_ 38status); 39goto__exit; 40} 41/*分配用于存放接收数据的缓冲*/ 42buffer=rt_calloc(1,GET_RESP_BUFSZ); 43if(buffer==RT_NULL) 44{ 45rt_kprintf("Nomemoryfordatareceivebuffer! "); 46goto__exit; 47} 48content_length=webclient_content_length_get(session); 49if(content_length< 0) { 50/* 返回的数据是分块传输的. */ 51do 52{ 53bytes_read = webclient_read(session, buffer, GET_RESP_BUFSZ); 54if (bytes_read <= 0) { 55break; } }while (1); } 56else 57{ 58do 59{ 60bytes_read = webclient_read(session, buffer, 61content_length - content_pos >GET_RESP 62_BUFSZ? 63GET_RESP_BUFSZ:content_length-conte 64nt_pos); 65if(bytes_read<= 0) { 66break; } 67content_pos += bytes_read; 68}while (content_pos < content_length); 69} 70/* 天气数据解析 */ 71weather_data_parse(buffer); 72__exit: 73

/*释放网址空间*/

74if(weather_url!=RT_NULL) 75rt_free(weather_url); 76/*关闭会话*/ 77if(session!=RT_NULL) 78webclient_close(session); 79/*释放缓冲区空间*/ 80if(buffer!=RT_NULL) 81rt_free(buffer); 82if(city_name!=RT_NULL) 83rt_free(city_name); 84} 85/*天气数据解析*/ 86voidweather_data_parse(rt_uint8_t*data){ 87uint8_ttemp[100]; 88cJSON*root=RT_NULL,*object=RT_NULL,*item=RT_NULL; 89root=cJSON_Parse((constchar*)data); 90if(!root) 91{ 92rt_kprintf("NomemoryforcJSONroot! "); 93return;} 94object=cJSON_GetObjectItem(root,"weatherinfo"); 95item=cJSON_GetObjectItem(object,"city"); 96rt_kprintf(" city:%s",item->valuestring); 97lcd_clear(BLACK); 98item=cJSON_GetObjectItem(object,"temp"); 99rt_kprintf(" temp:%s",item->valuestring); 100rt_sprintf(temp,"温度:%s",item->valuestring); 101lcd_disp_str_en_ch(0,20,temp,BLACK,WHITE); 102item=cJSON_GetObjectItem(object,"WD"); 103rt_kprintf(" wd:%s",item->valuestring); 104item=cJSON_GetObjectItem(object,"WS"); 105rt_kprintf(" ws:%s",item->valuestring); 106item=cJSON_GetObjectItem(object,"SD"); 107rt_kprintf(" sd:%s",item->valuestring); 108rt_sprintf(temp,"湿度:%s",item->valuestring); 109lcd_disp_str_en_ch(0,40,temp,BLACK,WHITE); 110item=cJSON_GetObjectItem(object,"time"); 111rt_kprintf(" time:%s ",item->valuestring); 112item=cJSON_GetObjectItem(object,"AP"); 113rt_kprintf(" ap:%s",item->valuestring); 114rt_sprintf(temp,"气压:%s",item->valuestring); 115lcd_disp_str_en_ch(0,60,temp,BLACK,WHITE); 116item=cJSON_GetObjectItem(object,"WSE"); 117rt_kprintf(" wse:%s",item->valuestring); 118rt_sprintf(temp,"风力:%s",item->valuestring); 119lcd_disp_str_en_ch(0,80,temp,BLACK,WHITE); 120if(root!=RT_NULL) 121cJSON_Delete(root); 122} 123/*疫情数据解析*/

124voidfy2020_data_parse(rt_uint8_t*data){ 125uint8_ttemp[100]; 126cJSON*root=RT_NULL,*object=RT_NULL,*item=RT_NULL; 127root=cJSON_Parse((constchar*)data); 128if(!root) 129{ 130rt_kprintf("NomemoryforcJSONroot! "); 131return;} 1324.音乐播放模块 133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 134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： 135cJSON*dataArray=cJSON_GetObjectItem(root,"data");//取数组 136intarraySize=cJSON_GetArraySize(dataArray);//取数组大小 137cJSON*dataList=dataArray->child; 138while(dataList!=RT_NULL) 139{ 140rt_kprintf(" diagnosed:%d ",cJSON_GetObjectItem(dataList,"diagn 141osed")->valueint); 142rt_kprintf(" death:%d ",cJSON_GetObjectItem(dataList,"death")-> 143valueint); 144rt_kprintf(" cured:%d ",cJSON_GetObjectItem(dataList,"cured")-> 145valueint); 146rt_kprintf(" date:%s ",cJSON_GetObjectItem(dataList,"date")->va 147luestring); 148//LCD屏打印信息 149rt_sprintf(temp,"累计确 150诊:%d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"diagnosed")->valueint); 151lcd_disp_str_en_ch(0,120,temp,BLACK,WHITE); 152rt_sprintf(temp,"累计死 153亡:%d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"death")->valueint); 154lcd_disp_str_en_ch(0,140,temp,BLACK,WHITE); 155rt_sprintf(temp,"累计治 156愈:%d",cJSON_GetObjectItem(dataList,"cured")->valueint); 157lcd_disp_str_en_ch(0,160,temp,BLACK,WHITE); 158rt_sprintf(temp,"更新时 159间:%s",cJSON_GetObjectItem(dataList,"date")->valuestring); 160lcd_disp_str_en_ch(0,180,temp,BLACK,WHITE); 161dataList=dataList->next; 162}

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：

1LCDShowMusic(); 2rt_sprintf(music,"/sd/music/%d.mp3",count); 3rt_kprintf("keyleftispress... "); 4rt_kprintf("////////////////////////////player_play "); 5player_stop(); 6player_set_uri(music); 7player_play(); 8player_status=1; 9count++; 10if(count>=8) 11count=0; 12rt_kprintf("////////////////////////////player_playend ");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。

1voidtake_photo(void)//手动拍照 2{ 3//创建摄像头接收一帧图片的事件 4session.event=rt_event_create("vt_event",RT_IPC_FLAG_FIFO); 5camera_start();//开启摄像头传输照片 6tvideo_capture(1); 7rt_event_recv(session.event,SEND_FRAME_EVENT,RT_EVENT_FLAG_OR|RT_EVE 8NT_FLAG_CLEAR,RT_WAITING_FOREVER,RT_NULL); 9intfd,res; 10time_tcur_time; 11structtm*cur_tm; 12chartime_now[50];//保存文件到sd卡指定路径 13/*outputcurrenttime*/ 14cur_time=time(RT_NULL); 15cur_tm=localtime(&cur_time); 16rt_sprintf(time_now,"%04d-%02d-%02d-%02d-%02d-%02d",cur_tm->tm_year+19 1700,cur_tm->tm_mon+1,cur_tm->tm_mday,cur_tm->tm_hour,cur_tm->tm_min,cur 18_tm->tm_sec); 19rt_sprintf(file_name,"/sd/images/%s.jpg",time_now); 20rt_kprintf("name=%s ",file_name); 21fd=open(file_name,O_WRONLY|O_CREAT); 22if(fd>=0){ 23write(fd,session.buf,session.total_len); 24close(fd); 25rt_kprintf("save%sok!!! ",file_name); 26res=Decode_Jpg(file_name); 27rt_kprintf("res=%d ",res); 28} 29else 30{ 31rt_kprintf("savepicfailed!!! "); 32} 33//拍照数据上传 34webclient_post_pic(session.buf,session.total_len); 35tvideo_capture(0); 36} 37MSH_CMD_EXPORT(take_photo,take_photo);

六、演示效果

原文标题：【RT-Thread 开源作品秀】基于 RT-Thread 的“数码小精灵”设计与实现

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责任编辑：haq