大家好,我是一位刚刚接触RT-Thread的小白(┭┮﹏┭┮21入坑,中间有很长时间摸鱼),本次毕业设计的题目是智慧班车管理系统的设计与实现,其理论基础是基于我在专科和老师申请的一个实用新型专利——一种智慧班车信息管理系统【这是我专科的专利,本科的毕设哈,本人现已考研到新疆大学计算机技术专业】
下面是对于本个项目实现效果的演示:
滨院毕业设计项目实现效果
下面从开发者的角度对本项目进行总结:(因为不是写paper所以比较随意哈~)
项目采用的IoT架构,底层是STM32L475VET6潘多拉开发板+RT-Thread,对于RT-Thread的资源使用情况在论文中也有提到,这里直接截个图:
内核层的信号量、邮箱、消息队列等机制是用于线程同步以及线程通信的,中断一开始是用于检测PIN设备的IRQ,但是后来去掉了,原因是不好用,确实是用中断的时候自己懒得调试了,程序运行会出现很多问题,所以直接开了个线程,这个后面会讲到。
设备与驱动层中I/O设备模型是最基本的设备Model,所以不再赘述。UART设备是值得一提的哈。因为这个项目需要用到三个串口,即串口1用于Finsh组件调试,串口2用于NB-IoT通信,串口3用于GPS数据的URC解析,但是官方给的BSP中没有添加串口3设备,所以需要自己添加UART设备。
在RT-Thread文档中心已经给出了详细的添加步骤,所在路径如下:
这里也贴上了具体链接:外设驱动添加指南
首先,需要本地安装Cubemx,然后打开裁剪过的BSP目录中的board文件夹
【关于BSP的裁剪工作可以通过ENV工具,使用scons–dist完成】
然后找到该文件夹
并打开其中的Cube工程:
打开完成后如果Cube版本与官方制作BSP使用的Cube版本不同时会弹出如下提示框:
这里可以选择Migrate迁移选项,这样就会在线获取对应版本的Cube,另外,这里提供一个“文明上网”的Blog:使用Edge打开~
找到UART3选项,设置为异步模式
同时,需要注意的是USART3默认使用的端口,潘多拉开发板并没有引出,所以需要到引出的PB10和PB11单独设置端口的模式:
设置完成后不要直接生成,检查一下不要生成单独的c和h文件,即下面的选项不要勾选:
然后点击生成代码:
最后,需要打开board文件夹中的Kconfig文件,添加UART3选项:【建议使用Notepad打开,这样打开的文件格式对称,便于复制】
添加完成后,打开ENV工具输入menuconfig命令,依次进入Hardware Drivers Config—>On-chip Peripheral Drivers—>Enable UART就可以看到新添加的UART3选项:
选中后重新生成工程,打开后记得重新编译。这样,UART3设备驱动已经添加成功。
回顾一下本项目需要完成的功能,这里直接贴出了论文截图:(懒了~)
综上,项目使用到的软件包包括AHT10软件包(适配Sensor框架)、lwgps软件包(硬件使用的是整点原子官方的GPS模块ATK-1218-BD:官网链接)。另外需要说明的是: MQ2使用的是DO输出,所以用于采集空气质量的MQ2和采集班车人数的红外对射模块使用的RT-Thread提供的PIN设备框架,直接使用API获取管脚电平即可,缩短开发周期。
AHT10软件包的使用
将AHT10软件包添加后,只需要关心应用层的逻辑即可。
我的应用层线程初始化都是在main线程中完成的,有关于AHT10数据采集线程的初始化如下:
线程入口函数如下:
static void aht10_thread_entry()
{
rt_device_t dev_temp = RT_NULL;
rt_device_t dev_humi = RT_NULL;
struct tmp_msg msg;
struct rt_sensor_data sensor_data;
rt_size_t res_temp,res_humi;
rt_err_t res;
res = rt_sem_take(send_AHT_sem, RT_WAITING_FOREVER);
if(res != RT_EOK)
{
rt_kprintf("getGps_thread take a nb semaphore, failed.\n");
return;
}
dev_temp = rt_device_find("temp_aht");
dev_humi = rt_device_find("humi_aht");
if (dev_temp == RT_NULL)
{
rt_kprintf("Can't find device:dev_temp\n");
return;
}
if (rt_device_open(dev_temp, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
{
rt_kprintf("open device dev_temp failed!\n");
return;
}
if (dev_humi == RT_NULL)
{
rt_kprintf("Can't find dev_humi device\n");
return;
}
if (rt_device_open(dev_humi, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
{
rt_kprintf("open device dev_humi failed!\n");
return;
}
while(1)
{
res_temp = rt_device_read(dev_temp, 0, &sensor_data, 1);
if (res_temp != 1)
{
rt_kprintf("read temp data failed!");
rt_device_close(dev_temp);
return;
}
else
{
// rt_kprintf("temp:%3dC\n",abs(sensor_data.data.temp)/10);
msg.temp_value=(abs(sensor_data.data.temp)/10);
}
rt_thread_mdelay(10);
res_humi = rt_device_read(dev_humi, 0, &sensor_data, 1);
if (res_humi != 1)
{
rt_kprintf("read humi data failed!\n");
rt_device_close(dev_humi);
return;
}
else
{
// rt_kprintf("hum:%2d%, timestamp:%5d\n",abs(sensor_data.data.humi)/10);
msg.humi_value=abs(sensor_data.data.humi)/10;
}
rt_mq_send(tmp_msg_mq, &msg,sizeof(msg));
// rt_kprintf("======aht10-Thread Send a mq,msg.tem:%d,msg.hum:%d======\r\n",msg.temp_value,msg.humi_value);
rt_thread_mdelay(300);
}
}
在上述代码中首先是获取NB初始化完成后release的信号量;获取成功后,再获取注册到Sensor框架中的温湿度传感器(注意:这里的温湿度传感器是分开的,可以通过list_device在Finshi终端查看);然后是打开设备并读取温湿度信息;最后将采集到的数据以邮箱机制发送到NB发送线程。这是整个AHT10软件包的添加和数据的读取工作(需要注意:AHT10是通过I2C进行通信的,所以需要开启I2C设备框架)
lwgps软件包的使用
lwgps软件包是一个轻量级的gps的URC解析包,支持NEMA格式。在使用软件包的时候也遇到过不少的坑哈,但是庆幸的是都已经解决了,这里需要感谢一位RT-Thread社区朋友提供的驱动文件,链接在这:有关lwgps软件包使用问题的社区链接地址
可以直接使用该作者提供的驱动框架。特别需要注意的是:这里有一个小坑,可能很多人会忽略,软件包已经使用了INIT_APP_EXPORT(lwgps2rtt_init);
添加了lwgps的初始化,因此不需要在应用层调用,如果调用会出现我之前出现的报错信息:
完成软件包添加后可利用Finsh组件输入lwgps_example
命令,查看官方给出的example,它的位置是在lwgps软件包的example.c中:
在应用层使用lwgps软件包
类似于AHT10线程创建一样简单,直接使用create动态创建GPS数据采集线程:
线程入口函数如下:
static void getGps_thread_entry()
{
lwgps_t gps_info;
struct gps_msg gpsmsg;
float lati , longi;
rt_err_t res;
// res = rt_sem_take(send_Gps_sem, RT_WAITING_FOREVER);
// if(res != RT_EOK)
// {
// rt_kprintf("getGps_thread take a nb semaphore, failed.\n");
// return;
// }
while(1)
{
lwgps2rtt_get_gps_info(&gps_info);
gpsmsg.lati_value=(gps_info.latitude);
gpsmsg.longi_value=(gps_info.longitude);
gpsmsg.hour=(gps_info.hours);
// rt_kprintf("GPS-Data:hour-->%d\r\n",gpsmsg.hour);
rt_mq_send(gps_msg_mq,&gpsmsg,sizeof(gpsmsg));
rt_thread_delay(500);
}
}
关于MQ2的数据读取,并没有使用到ADC设备,因为我想缩短开发周期赶论文┭┮﹏┭┮。我选用的是MQ2的DO输出模式,通过调整电位器设置阈值,实现原理比较简单哈,不再赘述。同时,它的软件读取工作也比较简单。但是由于项目实时性要求,上行数据流是采用JSON封装的,方便小程序端解析,所以需要持续发送采集数据,因此无论是检测到可燃气体还是没有检测到都要发送消息队列。
详细代码如下:
static void test_thread_entry()
{
char TR_ARRAY[]="true";
char FA_ARRAY[]="false";
struct mq_msg mq2_msg;
while(1)
{
// rt_kprintf("test\r\n");
if(rt_pin_read(MQ2_PIN_NUM)==PIN_LOW)
{
memcpy(mq2_msg.msg,TR_ARRAY,sizeof(TR_ARRAY));
rt_mq_send(mq2_msg_mq,&mq2_msg,sizeof(mq2_msg));
rt_pin_write(BEEP_PIN_NUM, PIN_HIGH);
rt_thread_mdelay(500);
rt_pin_write(BEEP_PIN_NUM, PIN_LOW);
}
else{
memcpy(mq2_msg.msg,FA_ARRAY,sizeof(FA_ARRAY));
rt_mq_send(mq2_msg_mq,&mq2_msg,sizeof(mq2_msg));
}
rt_thread_mdelay(200);
}
}
红外模块采用的“消抖”操作,因为有可能车门位置经过的人会一直停留,所以按照按键消抖处理的,详细的流程不再说明,直接上代码了:
/* 红外检测线程入口函数*/
static void hw_thread_entry(void *parameter)
{
static rt_uint8_t hw_up = 1; /* 无人标志 */
/* 初始化红外对射模块 */
rt_pin_mode(PIN_NUM_ADD, PIN_MODE_INPUT);
rt_pin_mode(PIN_NUM_SUB, PIN_MODE_INPUT);
rt_pin_mode(LED0_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
tmp_msg_mb = rt_mb_create("temp_mb0", MB_LEN, RT_IPC_FLAG_FIFO);
while (1)
{
/* 检测无人标志 */
if (hw_up && ((rt_pin_read(PIN_NUM_ADD) == PIN_LOW) ||
(rt_pin_read(PIN_NUM_SUB) == PIN_LOW)))
{
rt_thread_mdelay(50); /* 延时消抖*/
hw_up = 0;
if (rt_pin_read(PIN_NUM_SUB) == PIN_LOW)
{
rt_kprintf("Having person-SUB!\n");
rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_HIGH);
if(people_num<=0)
{
rt_kprintf("The number of people is empty\n");
continue;
}
else{
people_num--;
rt_kprintf("The num of people is %d\r\n",people_num);
//rt_mb_send(tmp_msg_mb,people_num);
// rt_mb_send(tmp_msg_mb,people_num);
}
}
else if (rt_pin_read(PIN_NUM_ADD) == PIN_LOW)
{
rt_kprintf("Having person-ADD!\n");
rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);//点亮
if(people_num>=30)
{
rt_kprintf("The number of people is full!\n");
continue;
}
else{
people_num++;
rt_kprintf("The num of people is %d\r\n",people_num);
// rt_mb_send(tmp_msg_mb,people_num);
}
}
}
else if((rt_pin_read(PIN_NUM_ADD) == PIN_HIGH) &&
(rt_pin_read(PIN_NUM_SUB) == PIN_HIGH))
{
hw_up = 1; /*无人标志 */
// rt_mb_send(tmp_msg_mb,people_num);
}
rt_mb_send(tmp_msg_mb,people_num);
rt_thread_mdelay(100);
}
}
首先需要在项目中添加AT组件,同时添加M5311软件包,添加完成后,在应用层main线程中开启NB初始化以及NB订阅和发送线程(采用MQTT协议)
初始化线程入口函数如下:
//NB初始化线程:新建MQTT机制+连接MQTT服务器
static void NB_mqtt_thread_entery()
{
nb_client = at_client_get("uart2");
nb_resp = at_create_resp(1024, 0, rt_tick_from_millisecond(300));
if(at_obj_exec_cmd(nb_client,nb_resp,arv)!=RT_EOK)
{
LOG_E("The MQTT haven't inited success\r\n");
}
else{
LOG_E("MQTT HAVE INITED SUCCESS\r\n");
if(at_obj_exec_cmd(nb_client,nb_resp,"AT+MQTTOPEN=1,1,0,0,0,'',''")!=RT_EOK)
{
LOG_E("The MQTT haven't inited success\r\n");
}
else{//真正完成了新建MQTT机制和连接服务器
LOG_E("The MQTT haven inited success\r\n");
rt_pin_write(BEEP_PIN_NUM, PIN_HIGH);
rt_thread_mdelay(500);
rt_pin_write(BEEP_PIN_NUM, PIN_LOW);
rt_sem_release(nb_sem);//释放信号量
rt_sem_release(send_Gps_sem);
rt_sem_release(send_AHT_sem);
}
}
rt_thread_mdelay(1000);
}
订阅和发送线程入口函数如下:
static void NB_mqtt_send_thread_entery()
{
struct tmp_msg msg;
struct gps_msg GPS;
struct mq_msg mq2msg;
static rt_err_t result;
int pep_num=0;
result = rt_sem_take(nb_sem, RT_WAITING_FOREVER);
if(result != RT_EOK)
{
rt_kprintf("NB_mqtt_send_thread take a nb semaphore, failed.\n");
return;
}else{
for(;;)
{
if(at_obj_exec_cmd(nb_client,nb_resp,"AT+MQTTSUB=\"pyr\",1")==RT_EOK)//订阅主题
{
rt_kprintf("The NB-IoT have subscribed the pyr topic\r\n");
break;
}
}
while(1)
{
if((rt_mq_recv(gps_msg_mq,&GPS,sizeof(GPS),RT_WAITING_FOREVER)==RT_EOK)&&
(rt_mq_recv(tmp_msg_mq, &msg, sizeof(msg), RT_WAITING_FOREVER)==RT_EOK)&&
(rt_mq_recv(mq2_msg_mq, &mq2msg, sizeof(mq2msg), RT_WAITING_FOREVER)==RT_EOK)&&
(rt_mb_recv(tmp_msg_mb,(int*)&pep_num,RT_WAITING_FOREVER)==RT_EOK))
{
rt_kprintf("---------->NB Send Thread Receive the data-hour:%d,tmp:%d,mq2:%s,pep_num:%d\r\n",GPS.hour,msg.temp_value,mq2msg.msg,pep_num);
if(at_obj_exec_cmd(nb_client,nb_resp,"AT+MQTTPUB=\"pyr\",1,1,0,0,\"{\"temp\":%d,\"hum\":%d,\"lati\":%f,\"longi\":%f,\"mq2\":%s,\"pep_num\":%d}\"",msg.temp_value,msg.humi_value,GPS.lati_value,GPS.longi_value,mq2msg.msg,pep_num)!=RT_EOK)
{
LOG_E("Send the MEssage of the MQTT failed\r\n");
}
// if(at_obj_exec_cmd(nb_client,nb_resp,"AT+MQTTPUB=\"pyr\",1,1,0,0,\"{\"latitude\":37.3862770000,\"longitude\":117.9898270000,\"temp\":23,\"humi\":60,\"person\":15,\"smoke\":false}\"")!=RT_EOK)
// {
// LOG_E("Send the MEssage of the MQTT failed\r\n");
// }
}
rt_thread_mdelay(500);
// rt_thread_mdelay(1000); 有延时,所以采用0.5S-Debug测出来的
}
}
}
项目的应用软件使用的是微信小程序,涉及到的内容包括:小程序适配MQTT客户端连接服务器以及订阅和发布消息、小程序云开发模式Serverless、小程序使用Map组件、小程序使用腾讯云SMS服务(个人版)、小程序实现左滑删除样式等内容… …另外,MQTT服务器使用的是EMQ搭建的免费版MQTT服务器。
这是使用的MQTT地址,目前仍然可以使用:EMQ服务器IP地址 ,支持端口号18083、8083、8084、18084访问,同时提供匿名访问
微信小程序的具体实现比较简单,这里不再赘述,详细的内容参见代码即可
另外,本项目涉及的所有代码全部开源,请自行获取:Gitee库地址
欢迎大佬们批评指正~