【平头哥RVB2601创意应用开发】环境监测终端08-作品提交

sipower 发表于 2022-5-5 00:43

基于CH2601的分布式环境监测终端

作者：sipower

<ul>
<li style="text-align:justify">一、项目背景（100-200字）</li>
</ul>

随着工业发展，环境问题日益严重，除了常规的治理方法，对环境的实时监测也是管理环境的一种必要手段。本创意作品采用RVB2601开发板实现环境监测的物联网终端，在道路、小区、公园等公共场所多点布置该终端，可形成分布式监测网络，通过WiFi将检测结果上传云服务器，可以供环境部门进行大数据统计，为环境治理提供助力。

<ul>
<li style="text-align:justify">二、作品简介（100-200字）+作品照片</li>
</ul>

本作品采用RVB2601开发板自带的麦克风采集噪音数据，经过量化转化为实时噪音水平。通过串口外接了一个温湿度采集模块，可以实时读取温湿度数据。采集到的数据均可在OLED屏幕上显示，并且设计了一个横向动态指示条，可以直观显示噪音的实时数据。通过板载WiFi模块连接阿里云物联网，实现web端实时查看监测数据。特别的设计一个指示灯端口，可以通过云端控制其开关。在实际应用中，可以将本模块安装于现有路灯中，通过指示灯端口控制路灯开关，实现云端智能控制。



图1、作品照片

<ul>
<li style="text-align:justify">三、系统框图（图文结合）</li>
</ul>

该终端整个系统框图如下，基础功能包括：噪音采集，温湿度采集，OLED显示结果，WiFi上传和下载，云端管理，远程灯光开关。预留扩展功能包括：光照度检测，空气质量检测，卫星定位数据解析。



 

图2、系统框图

<ul>
<li style="text-align:justify">四、各部分功能说明和解析（图文结合）</li>
</ul>

本作品目前已经实现的功能主要包含：噪音采集，温湿度采集，OLED显示，云端连接，web界面监控。下面分别详细介绍。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">1、噪音采集</h4>

噪音采集使用RVB2601开发板自带的麦克风采集周围的声音，记录单位时间内的最大值，经过量化的数据用以表示环境噪音水平。

硬件原理方面，RVB2601 通过 I2S 和 I2C 总线连接 ES7210 ADC 芯片，实现硅麦的音频信号采样。采用I2C接口完成ES7210的配置，采用I2S接口读取ES7210的转换数据。



图3、噪音采集电路

软件驱动设计使用了CODEC编解码库，主要使用AD的输入通道。在官方例程ch2601_ft_demo基础上，截取其中录音部分代码。因为本次应用只需要声音幅值，对其代码大幅删减改造，将缓存缩小，只保留一个采样周期就行，每次采样完成，计算这个周期内的音频数据最大值，这个结果就作为要输出的实时音量数据。此数据还需要经过校准量化成最终的分贝值，比较遗憾的是没有借到分贝仪，没有实现最终的数据量化，只能简单除以一个系数，展示一下效果。从串口输出采集到的噪音值如下图。



图4、串口输出音量

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">2、温湿度采集</h4>

本次使用的RVB2601开发板不带温湿度传感器，要想获得这两个参数，需要外接检测模块。检察了一下手头的资源，发现以前评测《安信可UWB室内定位模组》攒下的模块可以通过串口输出温湿度数据，软件接口也比较简单，就选定了此模块作为数据源。



图5、UWB模块

从CH2601的GPIO复用关系表格中可以看到，几乎每一个IO口都用上了，仔细研究OLED程序发现驱动代码并没有使用SPI接口，而是直接用IO模拟的SPI总线，这就给了我机会，可以用其他IO口替换掉被占用的串口引脚。考虑到我这个作品基本不用RGB三色灯，决定把这个灯的其中两个IO口转给OLED，这样就能空出UART1的收发引脚了。



图6、改造后原理图

在软件设计方面，首先是更改OLED的驱动程序，重新设置引脚定义，代码更改后重新编译下载，程序直接就好使，没有遇到任何问题。然后是编写UART1驱动程序。中间遇到诸多问题，最终使用HAL库的中断收数超时机制实现了预期的目标。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">3、OLED显示</h4>

RVB2601开发板内置了一款分辨率为128*64的单色OLED显示屏，并且基于此平台移植完成了开源的LVGL GUI库。此前并没有使用过LVGL GUI库，这次现学现用，正好尝试一下。

首先设计界面草稿。我计划在屏幕上显示5行信息。第一行，标题，直接使用标签显示即可。第二行，温度，左边字段不需要更新，右边字段需要定时刷新，也全部使用标签显示。第三行和第四行分别是湿度和噪音水平，和温度显示采用一样方法。第五行计划做一个指示条，用来动态指示噪音的实时幅度，这样查看起来比较直观。



图7、界面草稿

实际设计的时候遇到各种问题。首先是如何显示中文，经查询得知要自己制作内置字库并添加，看了几个教程，很繁琐的样子，为了加快速度，决定跳过这个中文显示，改用英文也是一样。

下一个问题是默认使用的英文字体是“LV_FONT_MONTSERRAT_14”比较大，如果显示5行看着太挤了，通过更改配置项使用“LV_FONT_MONTSERRAT_12”字体相对好一点。我还试了改成更小的字体，有点惨不忍睹，都不能分辨了，有点像电影里的火星文。

做标题显示的时候，看到LVGL支持滚动显示，为了体现咱的学习成果，把原计划的两个单词的标题改成了一句话，让它在最上面滚动显示，展示更多信息。

在设置温度显示的时候，需要显示浮点数，我按照常规的方式写代码发现不能正常显示，然后查阅资料发现应该是为了提高效率，默认设置成了不支持浮点模式。本来想查手册改成支持浮点模式，后面看到有人采用了更妙的方法解决了。就是先将浮点数格式化成字符串，然后再以字符串显示就没问题了，我按照此方法操作，顺利解决此问题。

最后一个要实现的是噪音指示条。经过反复查阅手册，最终确定使用进度条“LV_BAR”控件设计。直接按照手册简单例程搞上去后，发现两端都是圆角，不是我喜欢了类型。然后一通大搜索，被我找到了解决方案，经过我反复修改和调试，终于把界面框架搭建出来。



图8、显示效果图

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">4、云端连接</h4>

RVB2601开发板内置了联盛德公司⾼性能&安全的 WiFi4 芯⽚ W800，W800 通过 SPI ⼝与 CH2601 连接。W800 已经默认烧录基于 AT 的 WiFi 透传固件，支持阿里云平台，开发者可基于 AT ⽹络指令，快速实现物联网的应⽤场景。

首先是阿里云物联网平台的准备工作。登陆阿里云IoT Studio平台，地址如下。

<a href="https://account.aliyun.com/login/login.htm?qrCodeFirst=false&oauth_callback=https%3A%2F%2Fstudio.iot.aliyun.com%2Fproject%2Fa123jX2VXQqAfhnk%2Fdevices%2Fa1iO8mTqhOz%2Fdev_001%2F1">https://account.aliyun.com/login/login.htm?qrCodeFirst=false&oauth_callback=https%3A%2F%2Fstudio.iot.aliyun.com%2Fproject%2Fa123jX2VXQqAfhnk%2Fdevices%2Fa1iO8mTqhOz%2Fdev_001%2F1</a>

在主页中点击“产品”一栏，进入产品列表，然后点击“创建产品”，录入自己想要的信息，点击最下面的确认，产品就创建完成。进入产品管理界面，添加产品属性，其中标识符是单片机和阿里云通讯的重要握手信息，最好设成简明好记的，编程时方便调试。我的产品主要是温度、湿度、噪声水平三个参数的采集，和一个指示灯的设置，共有四个属性。这些参数的数据类型和数据定义也要和单片机程序里面的一致。产品设置好后，添加设备。完成后在设备信息界面可以查看相关的证书密钥，如下图，这个回头用于单片机和阿里云连接用。



图9、设备信息

至此阿里云端的设置就完成了。可以通过不同的界面查看各种配置，多熟悉一下就能熟练使用，整个操作界面还是很友好的。

然后是单片机程序编写。我是在ch2601_webplayer_demo 示例⼯程基础上进行的更改。通过在w800_api.c ⽂件⾥添加连接云平台的控制函数，接收数据的回调函数可以实现物联网连接和数据收发。具体的可以参考附件中的代码，此处不再赘述。在此处特别说明一下，由于云端传回的信息是JSON格式，需要在工程中添加cJSON库进行解码。下图是连接阿里云成功，从云端看到数据更新了。



图10、云端连接成功

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">5、web界面监控</h4>

为了展示环境监测的效果，我在阿里云IoT Studio平台设计一个web应用，将温度、湿度、噪声水平用仪表盘和折线图展示。为指示灯设计一个按钮和状态指示器，可以在云端控制其开关。

具体开发过程如下。登陆阿里云IoT Studio平台，地址如下。

<a href="https://account.aliyun.com/login/login.htm?qrCodeFirst=false&oauth_callback=https%3A%2F%2Fstudio.iot.aliyun.com%2Fproject%2Fa123jX2VXQqAfhnk%2Fdevices%2Fa1iO8mTqhOz%2Fdev_001%2F1">https://account.aliyun.com/login/login.htm?qrCodeFirst=false&oauth_callback=https%3A%2F%2Fstudio.iot.aliyun.com%2Fproject%2Fa123jX2VXQqAfhnk%2Fdevices%2Fa1iO8mTqhOz%2Fdev_001%2F1</a>

在主页中点击“新建web应用”，在弹出对话框中填入需要的信息，点击最下面的确认按钮创建应用。应用创建完成后进入编辑界面，具体各部分功能如图所示，根据自己需要进行页面设计。



图11、页面设计

如果不太熟悉这个设计规则，官方也有详细的指导教程，见如下链接。

<a href="https://help.aliyun.com/document_detail/141613.html">https://help.aliyun.com/document_detail/141613.html</a>

根据需要添加组件，可以手工填入每个组件的坐标和大小，让排列更整齐。我为温度、湿度、噪声水平设置了仪表盘来显示实时数据，设置了折线图展示最近一个小时的数据变化。设置了一个按钮来控制指示灯开关，并用一个图标显示指示灯的状态。



图12、设置好的界面

接下来为每个组件配置数据源。以温度仪表盘为例，选中它，然后点击右边配置数据源，在弹出的对话框中依次选择目标产品，设备，属性，就能把组件和具体设备参数关联起来。在配置过程中，可以随时点击右上角的预览按钮，查看设计效果。配置完所有组件后，就可以选择发布了。我的这个应用页面效果如下图，各个参数均展示出来了。



图13、页面效果图

如果有多台监测终端，可以把这一页编成一组，然后把各组并列展示，就是分布式监测系统了。

<ul>
<li style="text-align:justify">五、作品源码</li>
</ul>

链接如下：

<a href="https://download.eeworld.com.cn/detail/sipower/623518">https://download.eeworld.com.cn/detail/sipower/623518</a>

<ul>
<li style="text-align: justify;">六、视频演示（视频简介+链接）</li>
</ul>

本次作品在设计过程中展示了多个不同成果的视频，分别如下链接。

1、炫彩呼吸灯的效果

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649070469990/f4ee2f8055053c901c341b0b137ae8ee.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649070469990/f4ee2f8055053c901c341b0b137ae8ee.mp4</a>

2、云端控制开发板的LED灯开关

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649159094646/6492d5b42765f70bb8422b9e510771c8.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649159094646/6492d5b42765f70bb8422b9e510771c8.mp4</a>

3、界面动态显示效果

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649592613590/6fc5b63d2371cd9ad821bc7efc3eb63d.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1649592613590/6fc5b63d2371cd9ad821bc7efc3eb63d.mp4</a>

4、音乐光条效果

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650183724917/398df15910dd3e353262460f73a36173.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650183724917/398df15910dd3e353262460f73a36173.mp4</a>

5、在LVGL中显示音量变化

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650183742370/83e0fe35d8b0d7b46ca455feaa5f3993.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650183742370/83e0fe35d8b0d7b46ca455feaa5f3993.mp4</a>

6、温湿度的数据采集并显示

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650647426254/1c18d9ea0e2063c1da4d5ff9fb17f08e.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650647426254/1c18d9ea0e2063c1da4d5ff9fb17f08e.mp4</a>

7、完成的作品展示

<a href="https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650900845446/8f34e6a49992ecda1979a2433c647019.mp4">https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/userFiles/3890563388320980992/1650900845446/8f34e6a49992ecda1979a2433c647019.mp4</a>

<ul>
<li style="text-align: justify;">七、项目总结（项目文字总结+帖子分享链接汇总）</li>
</ul>

这个作品大概用了一个月的业余时间设计完成。感谢平头哥提供的开发板和热心的技术支持，感谢EEWORLD提供展示的平台。通过本次作品设计，我学习了RISC-V的相关知识，感受到了国产芯片和开发平台的进步，相信总有一天，我们终将让国产芯片在世界各个地方发挥其不可替代的作用。

设计过程中，同时在平头哥和EEWorld发帖分享经验总结，链接汇总如下：

环境监测终端01-开箱及设计炫彩呼吸灯

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4031491954960900096">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4031491954960900096</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1198865-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1198865-1-1.html</a>

环境监测终端02-连接阿里云控制LED灯

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4031864498838708224">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4031864498838708224</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1198899-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1198899-1-1.html</a>

环境监测终端03-使用LVGL设计界面

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4033682146182443008">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4033682146182443008</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1199385-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1199385-1-1.html</a>

环境监测终端04-声音采集和动感光条显示

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4036161692982980608">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4036161692982980608</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1200134-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1200134-1-1.html</a>

环境监测终端05-温湿度采集和显示

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4038106809214054400">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4038106809214054400</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1200906-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1200906-1-1.html</a>

环境监测终端06-将数据同步到阿里云

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4038813387730259968">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4038813387730259968</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1201066-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1201066-1-1.html</a>

环境监测终端07-web应用设计

<a href="https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4039168982010368000">https://occ.t-head.cn/community/post/detail?id=4039168982010368000</a>

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1201211-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1201211-1-1.html</a>

 

<ul>
<li style="text-align: justify;">八、其他</li>
</ul>

在此处分享一些设计过程中的一些经验总结，希望对大家有帮助。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">1、代码容量不够问题</h4>

当我把lvgl库和wifi库同时加入工程后，编译会提示编译完的代码超范围，意味着用户代码空间不够了。我仔细研究了flash默认配置，发现总共512KB的容量，只给了用户程序分配了256KB，剩下还有好多留给升级缓存了。在我这个作品中，没有计划做OTA升级，因此完全可以把用户空间扩大。具体操作如下图。



图14、修改分区表

打开config.yaml分区表文件，将prim用户空间扩大，具体扩大到多少根据自己需要改，别超出flash有效范围就行。我这改到384KB。misc为升级缓存空间，起始地址也要注意修改成对应的新地址。改完注意保存。打开gcc_flash.ld文件，将flash长度修改成和config.yaml一样的，保存。这两个文件改完后，我们就有更多空间存代码了。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">2、CDK中不能查看函数定义问题</h4>

在CDK中，右键函数，选择“goto declaration”可以查看函数定义。若点击后无法跳转，一般情况下是没有自动对工程进行解析，可以手动进行：

点击菜单栏 Project -> parse all project，等待Project View中的进度条结束，再次通过“goto declaration”功能，然后即可正常进行函数的查看。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">3、获得平头哥官方提供的cJSON库的方式</h4>

连接物联网时，由于云端传回的信息是JSON格式，需要用到cJSON库进行解码。我推荐一个很容易获得平头哥官方提供的cJSON库的方式。在CDK欢迎页面，第一个实例是《WiFi智能灯控》例程，把它下载下来，不用编译，你会发现在“__workspace_pack__”这个文件夹下就有了cJSON库了。然后在库管理里面将cJSON库添加到工程中即可。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">4、在LVGL中显示浮点数</h4>

在设置温度显示的时候，需要显示浮点数，我按照常规的方式写代码发现不能正常显示，然后查阅资料发现应该是为了提高效率，平头哥移植的LVGL默认设置成了不支持浮点模式。本来想查手册改成支持浮点模式，后面看到有人采用了更妙的方法解决了。就是先将浮点数格式化成字符串，然后再以字符串显示就没问题了，我按照此方法操作，顺利解决此问题。

<h4 style="margin-top:19px; margin-bottom:19px; text-align:justify">5、注意在编辑上报字符串中”\”的数量。</h4>

在编辑cJSON字符串时，其中有一个消息是这样的：

snprintf(msg_buf,80,"{\\\"temp\\\":%.1f,\\\"humi\\\":%.1f,\\\"noise\\\":%d,\\\"led\\\":%d}",res_data.temp,res_data.humi,res_data.noise,res_data.led);

我开始没注意，少敲了一个，导致数据上传出错，查找了好长时间才发现。

Jacktang 发表于 2022-5-5 09:24

温度显示的时，先将浮点数格式化成字符串，然后再以字符串显示这个方法确实妙

lugl4313820 发表于 2022-5-5 10:12

楼主的经验值得大家学习，有空要好好学，认真学。

梦溪开物 发表于 2022-5-11 15:26

这是用的MQTT协议吗？

sipower 发表于 2022-5-12 11:58

梦溪开物发表于 2022-5-11 15:26
这是用的MQTT协议吗？

对。

由于w800固件把协议封装好了，其实不用管的，只需要使用at指令做具体操作就行。

zhengyad 发表于 2022-5-12 23:01

你好，我用你的源码，把WIFI连接和五元组信息改了，然后就只改了上传数据如下，别的都没改

  

按照《基于RVB2601连接⻜燕平台指导⼿册》教程，还是连接不上阿里云。

串口工具输出信息，已经连接成功

 程序中发送信息好像也成功了，但没收到信息

 

阿里云平台毫无反应

<img src="/data/attachment/forum/202205/12/225849n8sy9oz5rcm8omys.png.thumb.jpg" />  

  

 能帮忙分析一下吗，这个地方困太久了，是不是阿里云平台设置有问题啊，希望大佬指点指点

sipower 发表于 2022-5-13 09:56

zhengyad 发表于 2022-5-12 23:01
你好，我用你的源码，把WIFI连接和五元组信息改了，然后就只改了上传数据如下，别的都没改

 

...

你按照《基于RVB2601连接⻜燕平台指导⼿册》一步不差的操作，先保证在阿里云上能看到你设备连接成功，然后再考虑数据上报的功能。不要试图省掉其中的任何一个步骤。

zhengyad 发表于 2022-5-13 10:59

sipower 发表于 2022-5-13 09:56
你按照《基于RVB2601连接⻜燕平台指导⼿册》一步不差的操作，先保证在阿里云上能看到你设备 ...

之前不是用的飞燕平台，连接不上，用你发的飞燕平台手册，按照手册操作，还是不行。我的疑问也是为什么阿里云上毫无反应

sipower 发表于 2022-5-13 12:30

zhengyad 发表于 2022-5-13 10:59
之前不是用的飞燕平台，连接不上，用你发的飞燕平台手册，按照手册操作，还是不行。我的疑问也是为什么阿 ...

你看下你的阿里云账户有没有出现欠费，如果欠费也没响应。

zhengyad 发表于 2022-5-13 20:43

sipower 发表于 2022-5-13 12:30
你看下你的阿里云账户有没有出现欠费，如果欠费也没响应。

非常感谢，联系了平头哥技术支持，把程序发过去，在那边试了试，我这边的阿里云显示在线了，确定是开发板的问题了

zhengyad 发表于 2022-5-24 14:15

zhengyad 发表于 2022-5-13 20:43
非常感谢，联系了平头哥技术支持，把程序发过去，在那边试了试，我这边的阿里云显示在线了，确定是开发板 ...

最终发现是开发板不能用家里的WIFI，换个路由器也不行，用手机热点就可以了，但是家里手机和电视连接WIFI都是正常的，不知道这个开发板为什么不能通过这个WIFI连接阿里云。希望以后遇到类似问题的同学不要在这个地方浪费时间。

freebsder 发表于 2022-5-25 20:15

辛苦辛苦，做了蛮多的东西，完成度挺高。

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