前言

本文由OpenAtom OpenHarmony（以下簡稱“OpenHarmony”）開源開發(fā)者成長計(jì)劃活動的參與者李建濤提供，詳細(xì)闡述了由搭載OpenHarmony系統(tǒng)的拓維Niobe開發(fā)套件開發(fā)而來的智能陽臺項(xiàng)目的全過程，包括項(xiàng)目流程、硬件準(zhǔn)備、軟件分析，以及問題分析等，能夠?yàn)殚_發(fā)者后續(xù)開發(fā)類似項(xiàng)目時提供一些參考。

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與分析

1.1 項(xiàng)目描述 基于OpenHarmony的智能陽臺具體功能如下：

1. 能夠?qū)崟r監(jiān)測室外環(huán)境是否下雨；

2. 能夠?qū)尤A為IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺，從平臺上接入設(shè)備實(shí)時查看到當(dāng)前狀態(tài)（窗戶開關(guān)情況、室外是否下雨）；

3. 當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，本地啟動關(guān)窗馬達(dá)，并上報(bào)關(guān)窗信息；

4. 本設(shè)備能夠成功搭載OpenHarmony開發(fā)板的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測功能。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

基于OpenHarmony的智能陽臺系統(tǒng)架構(gòu)圖如下：

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)圖，可以看出基于OpenHarmony的智能陽臺主要是由三部分組成：

1. 數(shù)據(jù)采集：由雨滴傳感器采集室外的環(huán)境情況；

2. 信號傳送：開發(fā)板接收到傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并且發(fā)送判斷后的信號給電機(jī)驅(qū)動模塊；開發(fā)板通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到華為云平臺；華為云平臺也可以通過下發(fā)命令給開發(fā)板并將該命令的信號發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動模塊；

3. 執(zhí)行部件：電機(jī)控制模塊根據(jù)單片機(jī)的信號控制電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作（開窗或關(guān)窗的動作）。

1.3 系統(tǒng)流程圖

基于OpenHarmony的智能陽臺系統(tǒng)流程圖如下：

1.4 系統(tǒng)原理圖

基于OpenHarmony的智能陽臺系統(tǒng)原理圖如下：

二、硬件準(zhǔn)備

2.1 基于OpenHarmony的智能陽臺硬件準(zhǔn)備情況如下： （1）預(yù)裝windows系統(tǒng)的PC機(jī)

（2）拓維信息Niobe Wifi IoT開發(fā)板套件

（3）雨滴傳感器模塊一套

（4）電機(jī)及驅(qū)動電機(jī)模塊一套（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、舵機(jī)等都可以）

（5）USB Type-C線（用于連接Windows工作臺與Niobe Wifi IoT 開發(fā)板）

2.2 硬件一：OpenHarmony開發(fā)板

拓維Niobe開發(fā)板是一塊專門基于OpenHarmony 3.0 LTS版本設(shè)計(jì)的開發(fā)板，板載高度集成了2.4GHz WLAN SoC芯片Hi3861V100。

Hi3861V100 WiFi基帶支持正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，并向下兼容直接序列擴(kuò)頻（DSSS）和補(bǔ)碼鍵控（CCK）技術(shù)，支持IEEE 802.11 b/g/n協(xié)議的各種數(shù)據(jù)速率。

Hi3861V100芯片集成高性能32bit微處理器、硬件安全引擎以及豐富的外設(shè)接口，外設(shè)接口包括SPI、UART、I2C、PWM、GPIO和多路ADC。

Hi3861V100芯片適應(yīng)于智能家電等物聯(lián)網(wǎng)智能終端領(lǐng)域。

拓維信息-OpenHarmony開發(fā)板（Talkweb Niobe）的相關(guān)資料可以在拓維信息的Gitee倉庫中查看。

2.3 硬件二：雨滴傳感器模塊

本項(xiàng)目選用雨滴傳感器，目的是監(jiān)測天氣狀況并轉(zhuǎn)成AO電壓輸出。

（1）材質(zhì)：雨滴傳感器采用FR-04雙面材料，并用鍍鎳處理表面，具有抗氧化，導(dǎo)電性等性能。

（2）輸出形式：模擬量AO電壓輸出。

（3）AO模擬輸出，連接單片機(jī)的AD口檢測滴在上面的雨量大小（雨量越大輸出電壓越小）。

2.4 硬件三：電機(jī)模塊

2.4.1 本項(xiàng)目選用直流電機(jī)目的是模擬窗戶開關(guān)的情景(可根據(jù)自己的需要選擇步進(jìn)電機(jī)或者舵機(jī)也是可以的)。

電機(jī)正轉(zhuǎn)一定角度表示開窗，反轉(zhuǎn)一定角度表示關(guān)窗。

注：直流電機(jī)的工作電壓為5V左右。

2.4.2 本項(xiàng)目選用了直流電機(jī)，故要另外選用L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊，目的是驅(qū)動直流電機(jī)的運(yùn)作。

（1）本模塊使用L298N作為主驅(qū)動芯片，具有驅(qū)動能力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

（2）L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊，支持雙軸控制，其電路原理就是兩個H橋電路。

（3）該模塊可以直接驅(qū)動兩路3-30V直流電機(jī)，并提供5V輸出接口，可以方便地控制直流電機(jī)速度和方向

（4）該模塊和控制端口的接口：控制直流電機(jī)時IN1、IN2和ENA為一組，IN1和IN2是邏輯信號，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；OUT1和OUT2它們控制電機(jī)A，接在A+和A-。

三、軟件分析

3.1 開發(fā)環(huán)境的搭建 萬事開頭難，要完成基于OpenHarmony智能陽臺的項(xiàng)目開發(fā)，首先第一件事就是開發(fā)環(huán)境的搭建。搭建好開發(fā)環(huán)境是學(xué)習(xí)OpenHarmony開發(fā)板以及后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)的基礎(chǔ)，其中包括安裝虛擬機(jī)，配置Docker編譯環(huán)境，下載開發(fā)板源碼等步驟，每一步都非常重要，且需要確保零錯誤。對于一個有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者來說，從開發(fā)環(huán)境的搭建到編譯成功可能會花一兩天時間，而對于像我這樣剛接觸OpenHarmony開發(fā)板的小白來說花費(fèi)的時間會更多，且非常困難。

對此我經(jīng)過幾天的查閱資料和觀看一些導(dǎo)師的課程，一步一步地進(jìn)行開發(fā)環(huán)境的搭建以及燒錄過程。對此也編寫了一篇《基于OpenHarmony開發(fā)板的環(huán)境搭建及燒錄過程（拓維Niobe開發(fā)板）》的文章，具體文章已發(fā)布于Gitee上。

鏈接如下

https://gitee.com/lijiantao201906100052/OpenHarmony/blob/master/README.md

3.2 關(guān)鍵代碼分析

本項(xiàng)目的代碼可以在Gitee倉庫里下載https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_smart_home/tree/master/dev/team_x/smart_balcony

代碼目錄如下：

3.2.1 電機(jī)配置部分

電機(jī)配置分為電機(jī)的初始化和設(shè)置電機(jī)的開關(guān)狀態(tài)兩個部分，相應(yīng)代碼位置都在motor.c文件里。

（1）電機(jī)的初始化

使用開發(fā)板上的GPIO7、GPIO8管腳控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使用PWM輸出電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。

代碼如下：

GPIO7和GPIO8的配置一樣。但GPIO7使用PWM0，而GPIO8使用PWM1。

IoTGpioInit(IoT_GPIO_IO_GPIO_7);//GPIO初始化IoTIoSetFunc(IoT_GPIO_IO_GPIO_7,IoT_IO_FUNC_GPIO_7_PWM0_OUT);//GPIO使能IoTGpioSetDir(IoT_GPIO_IO_GPIO_7, IoT_GPIO_DIR_OUT);//設(shè)置GPIO方向---IoT_GPIO_DIR_OUT---輸出IoTGpioSetOutputVal(IoT_GPIO_IO_GPIO_7, IoT_GPIO_VALUE0);//設(shè)置GPIO輸出電平---低電平IoTPwmInit(IoT_PWM_PORT_PWM0);//初始化PWM設(shè)備

（2）設(shè)置電機(jī)的開關(guān)狀態(tài)

啟動PWM信號輸出：使用PWM給定輸出頻率和相應(yīng)的占空比指定給端口。

代碼如下：

開窗情景為：MotorStatusSet(ON); 電機(jī)正轉(zhuǎn)。

關(guān)窗情景為：MotorStatusSet(OFF); 電機(jī)反轉(zhuǎn)。

void MotorStatusSet(Motor_Status_ENUM status){    if (status == ON)//正轉(zhuǎn)    {        IoTPwmStart(IoT_PWM_PORT_PWM1, 30, 15000);            usleep(400000);        IoTPwmStop(IoT_PWM_PORT_PWM1);    }    if (status == OFF)//反轉(zhuǎn)    {        IoTPwmStart(IoT_PWM_PORT_PWM0, 30, 15000);        usleep(400000);        IoTPwmStop(IoT_PWM_PORT_PWM0);    }}

3.2.2 雨滴傳感器配置部分

雨滴傳感器配置分為雨滴傳感器的初始化和使用ADC采集雨滴傳感器數(shù)據(jù)兩個部分，雨滴傳感器的初始化代碼位置在motor.c文件里，使用ADC采集雨滴傳感器數(shù)據(jù)代碼位置在balcony.c文件里。

（1）雨滴傳感器初始化

使用開發(fā)板上的GPIO4管腳控制雨滴傳感器（有雨輸出低電平，雨量越大電壓越低）

代碼如下：

IoTGpioInit(IoT_GPIO_IO_GPIO_4);//GPIO初始化IoTIoSetFunc(IoT_GPIO_IO_GPIO_4,IoT_IO_FUNC_GPIO_4_GPIO);//GPIO使能IoTGpioSetDir(IoT_GPIO_IO_GPIO_4,IoT_GPIO_DIR_IN);//設(shè)置GPIO方向---IoT_GPIO_DIR_IN---輸入

（2）使用ADC采集雨滴傳感器數(shù)據(jù)

代碼如下：

//GPIO4的ADC轉(zhuǎn)換通道號為ADC1ret = IoTAdcRead(IoT_ADC_CHANNEL_1,&val,IoT_ADC_EQU_MODEL_8, IoT_ADC_CUR_BAIS_DEFAULT, 256);//將電壓數(shù)值轉(zhuǎn)化為百位數(shù)，以便數(shù)據(jù)分析與觀察val = IoTAdcConvertToVoltage(val);val = 3.4 - val;voltage=(float)((float)val)/3.5*100;

3.2.3 連接華為IoT平臺部分

連接華為IoT平臺后，設(shè)備端可向華為IoT平臺上傳設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)等信息。同時華為IoT平臺也可以下發(fā)命令給設(shè)備端，設(shè)備端收到命令后進(jìn)行響應(yīng)。

我們把設(shè)備端與華為IoT平臺連接分為獲取華為IoT平臺IP地址、華為IoT平臺的搭建、編寫上傳數(shù)據(jù)相關(guān)代碼以及編寫下發(fā)命令相關(guān)代碼四個部分。

（1）獲取華為IoT平臺IP地址

設(shè)備端與云端通訊采用的相關(guān)協(xié)議為MQTT協(xié)議。

首先在華為IoT平臺選擇MQTT協(xié)議的接入地址，并復(fù)制接入地址在PC終端上ping一下該接入地址。得到一個地址為121.36.42.100的IP地址，該地址為華為IoT平臺的IP地址。

在oc_mqtt.h文件里我們可以查看到相應(yīng)代碼配置。

（2）華為IoT平臺的搭建

華為IoT平臺的搭建首先創(chuàng)建產(chǎn)品并且注冊對應(yīng)的設(shè)備，華為IoT平臺就會分配給設(shè)備一個設(shè)備ID，設(shè)備端可通過設(shè)備ID和相應(yīng)的密鑰來確保安全可信地連接到華為IoT平臺。

注冊對應(yīng)的設(shè)備步驟如下：

① 所有設(shè)備 --> 注冊設(shè)備

② 選擇所屬產(chǎn)品、填寫標(biāo)識符和設(shè)備名稱，分配設(shè)備ID平臺會自動分配可以不用修改

③ 點(diǎn)擊確認(rèn)后會有兩條設(shè)備信息，一條為設(shè)備ID另外一條為設(shè)備密鑰，點(diǎn)擊保存并關(guān)閉會提示你下載一個txt文件，txt文件里面就包含這兩條信息。

④ 進(jìn)去設(shè)備對接信息網(wǎng)站填寫設(shè)備ID、設(shè)備密鑰：https://IoT-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

生成相應(yīng)信息：ClientID、Username、Password。（每設(shè)備生成的信息都是不一樣的）

代碼如下：

在balcony.c文件里可以查看到以下配置：

注冊設(shè)備后，我們可以在華為IoT平臺產(chǎn)品中的模型定義里創(chuàng)建一個產(chǎn)品，并添加服務(wù)、屬性、命令等內(nèi)容。

服務(wù)信息：（服務(wù)ID、服務(wù)類型）

屬性信息：（屬性名稱、數(shù)據(jù)類型）

命令信息：（命令名稱、參數(shù)名稱、數(shù)據(jù)類型、長度、枚舉）

注：代碼中的服務(wù)ID、屬性名稱、命令名稱等與華為IoT平臺一一對應(yīng)。

引用開源代碼oc_mqtt.c和oc_mqtt_profile_package.c函數(shù)編寫代碼。

Wi-Fi連接配置：引用開源代碼wifi_connect.c函數(shù)編寫代碼，連接Wi-Fi需要用到本地的Wi-Fi賬號密碼，在balcony.c文件里修改Wi-Fi信息。

（3）上傳數(shù)據(jù)的配置

代碼如下：

static void deal_report_msg(report_t *report){//定義Service級別數(shù)據(jù)，該處對應(yīng)云平臺配置的Balcony服務(wù)下的數(shù)據(jù)oc_mqtt_profile_service_t service;//定義屬性級別數(shù)據(jù)，該處對應(yīng)云平臺配置的屬性voltage信息oc_mqtt_profile_kv_t voltage;//定義屬性級別數(shù)據(jù)，該處對應(yīng)云平臺配置的屬性Window_flag信息oc_mqtt_profile_kv_t Window_flag;//定義屬性級別數(shù)據(jù)，該處對應(yīng)云平臺配置的屬性Rain_flag信息oc_mqtt_profile_kv_t Rain_flag;//定義屬性級別數(shù)據(jù)，該處對應(yīng)云平臺配置的屬性motor信息oc_mqtt_profile_kv_t motor;
service.event_time = NULL;//對應(yīng)云平臺配置的服務(wù)ID service.service_id = "Balcony";//在Balcony服務(wù)下添加屬性信息service.service_property = &voltage;//該產(chǎn)品上報(bào)數(shù)據(jù)中僅存在Balcony一種服務(wù)，所以next指針為空service.nxt = NULL;
//對應(yīng)云平臺配置的屬性名稱voltage.key = "voltage";//voltage的取值由設(shè)備實(shí)際狀態(tài)voltage決定voltage.value = &report->voltage;//對應(yīng)云平臺配置的數(shù)據(jù)類型voltage.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_FLOAT;//繼續(xù)添加Balcony服務(wù)下的另一屬性voltage.nxt = &Window_flag;
Window_flag.key = "Window_flag";Window_flag.value = g_app_cb.Window_flag ? "ON" : "OFF";Window_flag.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_STRING;Window_flag.nxt = &Rain_flag;
Rain_flag.key = "Rain_flag";Rain_flag.value = g_app_cb.Rain_flag ? "ON" : "OFF";Rain_flag.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_STRING;Rain_flag.nxt = &motor;
motor.key = "Motor_Status";//Motor_Status的ON,OFF取值由設(shè)備實(shí)際motor.value = g_app_cb.motor ? "ON" : "OFF";motor.type = EN_OC_MQTT_PROFILE_VALUE_STRING;//Balcony服務(wù)下沒有其它屬性了，next置為null。motor.nxt = NULL;
//打包數(shù)據(jù)oc_mqtt_profile_propertyreport(USERNAME, &service);return;}

（4）下發(fā)命令控制電機(jī)的配置

代碼如下：

if(0==strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_cmdname), "Balcony_Control_Motor")){    obj_para = cJSON_GetObjectItem(obj_paras, "Motor");    if (NULL == obj_para)    {        goto EXIT_OBJPARA;    }    //操作電動馬達(dá)    if (0 == strcmp(cJSON_GetStringValue(obj_para), "ON"))    {        g_app_cb.motor = 1;        MotorStatusSet(ON);//開窗        g_app_cb.Window_flag = 1;        Window_flag = 1;    }    else    {        g_app_cb.motor = 0;        MotorStatusSet(OFF);//關(guān)窗        g_app_cb.Window_flag = 0;        Window_flag = 0;    }}

四、問題總結(jié)及解決過程

4.1 問題一：硬件連接 在硬件連接的過程，電機(jī)驅(qū)動模塊的GND沒有和開發(fā)板的GND相連，導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)，輸出端電壓為0V。

查閱了資料發(fā)現(xiàn)L298N供電的12V如果是用另外電源供電的話，那么需要將單片機(jī)的GND和驅(qū)動模塊的GND連接起來，這樣單片機(jī)上過來的邏輯信號才有個參考點(diǎn)，板載12V穩(wěn)壓芯片的輸入引腳和電機(jī)供電驅(qū)動接線端子導(dǎo)通的。

4.2 問題二：燒錄問題

在燒錄的時候，如果外接的傳感器（雨滴傳感器）的VCC接口接在開發(fā)板的5V上可能會導(dǎo)致燒錄的時候復(fù)位不成功。

所以我們在燒錄的時候需要將傳感器接在開發(fā)板的5V及GND先斷開，等待燒錄成功后就可連接起來。

4.3 問題三：連接華為云IoT平臺

在連接華為IoT平臺的過程中，我們需要注意的問題是代碼中的服務(wù)ID、屬性名稱、命令名稱等信息與華為IoT平臺一一對應(yīng)，否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳不成功或者命令下發(fā)不成功。

五、項(xiàng)目作品演示

1. 能在華為IoT平臺上下發(fā)命令控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。 2. 可在雨滴傳感器上滴上水珠，達(dá)到預(yù)定的閾值時，電機(jī)轉(zhuǎn)動模擬關(guān)窗。

3. 能夠在華為IoT平臺上查看相關(guān)傳感器測得的數(shù)值以及窗戶（是否開窗）、環(huán)境（是否下雨）狀態(tài)的情況。

Wi-Fi連接成功串口顯示：

華為IoT平臺在線調(diào)試--可看到數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送的情況：

華為IoT平臺查看到最新的上報(bào)數(shù)據(jù)：

以下分別對四個情景進(jìn)行分析與說明：

情景一：無雨天氣并且使用華為IoT平臺下發(fā)命令開窗

當(dāng)華為IoT平臺下發(fā)命令Balcony_Control_Motor --> ON。窗戶馬達(dá)則會轉(zhuǎn)動，將窗戶打開并且將數(shù)據(jù)信息上傳回華為IoT平臺。

華為IoT平臺數(shù)據(jù)信息同步更新：

硬件圖如下：

情景二：無雨天氣并且使用華為IoT平臺下發(fā)命令關(guān)窗

當(dāng)華為IoT平臺下發(fā)命令Balcony_Control_Motor --> OFF。窗戶馬達(dá)則會轉(zhuǎn)動將窗戶關(guān)閉并且將數(shù)據(jù)信息上傳回華為IoT平臺。

華為IoT平臺數(shù)據(jù)信息同步更新：

硬件圖如下：

情景三：窗戶開著，檢測到下雨天氣，則會關(guān)窗并且上報(bào)數(shù)據(jù)

當(dāng)窗戶開著的情況，天氣從晴朗天氣變成下雨天氣，當(dāng)雨滴檢測板檢測到雨滴，并且超過設(shè)定的閾值的時候，窗戶馬達(dá)將轉(zhuǎn)動將窗戶關(guān)閉并且將數(shù)據(jù)信息上傳回華為IoT平臺。

華為IoT平臺數(shù)據(jù)信息同步更新：

硬件圖如下：

情景四：下完雨后，雨滴檢測板沒有雨滴

當(dāng)天氣從下雨天氣變成晴朗天氣，雨滴檢測板沒有檢測到雨滴（此處為了方便實(shí)驗(yàn)，使用了紙巾擦除雨滴檢測板上的水），并且將數(shù)據(jù)信息上傳回華為IoT平臺。

華為IoT平臺數(shù)據(jù)信息同步更新：

硬件圖如下：

六、心得體會

參加本次OpenHarmony開源開發(fā)者成長計(jì)劃活動，讓我收獲良多，不僅了解到OpenHarmony的生態(tài)系統(tǒng)，也在開發(fā)項(xiàng)目的過程中深入接觸到OpenHarmony的開發(fā)板。在開發(fā)項(xiàng)目的過程中曾經(jīng)出現(xiàn)大大小小的問題，例如環(huán)境搭建、硬件連接、WiFi連接配網(wǎng)和連接華為云平臺等，但有問題并不可怕，只要下定決心去解決就總會找到相應(yīng)的方法。

我在這個實(shí)踐過程中積累了不少經(jīng)驗(yàn)，這讓我對OpenHarmony開發(fā)產(chǎn)生了更濃厚的興趣，讓我更想往下不斷學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)一些更有深度和更有趣的OpenHarmony知識。