【玄铁杯第三届RISC-V应用创新大赛】基于LicheePi 4A智能家居系统

Bruceou

【玄铁杯第三届RISC-V应用创新大赛】基于LicheePi 4A智能家居系统 [复制链接]

<i class="pstatus"> 本帖最后由 Bruceou 于 2023-12-5 09:46 编辑 </i>

# 基于LicheePi 4A智能家居系统

作者：BruceOu

# 1 项目背景

智能家居控制系统，是以智能家居系统为平台，家居电器及家电设备为主要控制对象，利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制系统、音频技术等将家居生活有关的设施进行高效集成，提升家居智能、安全、便利、舒适，为我们的生活带来很的方便性。
随着物联网技术的飞速发展，随之而诞生的智能家居成为了物联网技术中的佼佼者。智能家居是随着人们生活水平的提高而逐渐发展起来的朝阳产业。它的出现给人们的生活带来极大的便利；同时，智能家居的出现也带动了一大批经济产业。对于传统的智能家居而言，功能相对单一，且不能将各种家电设备之间进行有效互联；再者传统的智能家居一般采用有线的方式进行组网，组网不便，维修不易。

# 2 作品简介
本文设计了一个基于ZigBee的智能家居控制系统，该系统巧妙地使用了ZigBee的一大优势--自组网功能，完全避免了传统的组网方式。ZigBee技术具有组网简单、方便，且组网容量大等优点。本智能控制系统将ZigBee技术和家庭智能网关技术有效结合，以LicheePi 4A为智能网关的处理器，在LicheePi 4A嵌入一个Linux系统，该系统是一个高度集成的网关系统，从而对家庭设备进行本地和远程操作，真正实现了家电设备的智能化。

# 3 系统框图
本项目尝试通过构建一体化、实时控制的智能家居，可用于普通居民家庭、大中小型商场以及工业领域等。
下图展示了家居智能设备与终端系统互联情况。LicheePi 4A作为控制端，与家具智能设备直接连接，并接有传感设备。同时，LicheePi 4A作为端点与云端相连，为云端提供家具智能设备的运行情况并接收云端控制命令。远程终端设备可通过云端实时查询和控制家居智能设备。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759787" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759787&handlekey=savephoto_759787">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

本文所提出的智能家居系统解决方案整体框架如图所示。通过技术论证和架构分析后，决定将系统划分为四个子系统：ZigBee无线传感器监控子系统，语音交互子系统，网关子系统，云端监控子系统。ZigBee无线传感器监控子系统通过各个传感器节点采集数据，将采集的数据通过无线网络系统传递给路由节点，再通过路由节点将收集的各个终端节点的数据进行二次传递给协调器，由协调器与智能网关进行数据交换，以完成数据的传递。用户就能在远程进行查家中的各种环境信息，实时掌握家中的最新动态。语音识别子系统可实现人机交互，实现家电设备的智能化控制。网关子系统有两大作用，一是连接以太网；二是搭载摄像头采集视频数据，实施远程监控的功能。智能网关为整个智能家居系统的核心所在，协调各个子系统正常运转。

# 4 详细设计
在系统提供在线查看安全监测数据的功能，通过多传感器采集数据，搭建无线局域网，实时同步各个传感器信息，实现全方位的安全监测和报警功能；同时搭建了Web服务器，供用户远程查看监控信息。

## 4.1 ZigBee无线传感监控子系统
ZigBee协议为智能家居环境监测提供了无线自组局域网解决方案。协调器节点可以实时获取到各个终端节点的环境信息，实时传递给用户便于用户查看，路由节点用于终端节点的二次传递，起到信息传递的作用；终端节点用于通过各个传感器收集环境信息，判断采集信息是否达到预警、报警阀值，是否执行相应动作，将用户指定的信息数据通过路由器传递给终端节点，最后在传递给用户，方便用户了解环境信息。

### 4.1.1 ZigBee工作流程图

ZigBee的工作流程图如下图所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759788" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759788&handlekey=savephoto_759788">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，而且有一个专门的Timer2 来负责定时。从CC2530工作开始，Timer2 周而复始地计时，有采集、发送、接收、显示等任务要执行时就执行。当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。
整个Z-Stack 的主要工作流程，如图所示，大致分为以下6步：
    关闭所有中断；
    芯片外部(板载外设)初始化；
    芯片内部初始化；
    初始化操作系统；
    打开所有中断；
    执行操作系统。

### 4.1.2 ZigBee建立网络、加入网络流程分析
本设计主要是用ZigBee组建网络系统，建立网络、加入网络为本设计的一个重点，下面分别介绍协调器建立网络、路由器加入网络、终端节点加入网络的组网过程。

协调器的建立网络过程如下图所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759798" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759798&handlekey=savephoto_759798">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

从上图可以发现，网络的建立是从ZDO来实现的，网络建立后，从应用层收到ZDO_ATATE_CHANGE消息，对该消息包含当前节点网络状态。
路由器节点加入网络过程如下图所示。路由器加入网络的过程是由ZDO实现的，当路由器加入网络以后，在应用程会收到当前节点的网络状态。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759799" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759799&handlekey=savephoto_759799">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

终端节点加入网络如下图所示。由下图可知，终端节点加入网络的过程也是由ZDO实现的，在应用层收到该节点的信息后，即可读出当前的网络状态。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759800" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759800&handlekey=savephoto_759800">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 4.1.3 ZigBee环境监测流程
环境监测的流程图如下所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759801" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759801&handlekey=savephoto_759801">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

ZigBee各个节点进行初始化化后进行组网，各个终端节点不断采集环境信息，在一切准备妥当之后，协调器就会定时向网关环境信息。
ZigBee子系统与网关通过ser2net实现交互，将ZigBee子系统的协调器的串口数据传给网关，网关通过TCP协议与外界交互。
智能网关上电后，进行系统初始化，网络连接等，等待协调器发送环境信息，当接收到数据后，通过无线网络将数据发送至云端。
云端得到相应的数据后，绘制每个终端的温湿度曲线，也可实时查看当前的环境信息。
当然移动端也可获取环境信息，同时也可控制家电设备。
另外，为了保证数据传输的可靠性，设计了简单的数据传输协议保证数据的可靠交互。

## 4.2 语音交互子系统
智能语音由FR8016H、天猫精灵和阿里云组成，用户与天猫精灵进行语音交互，从而轻松控制家电设备。当然还可以根据环境信息来反向控制家电设备，例如，当室内温度达到一定阈值时，配合天猫精灵，语音提醒是否打开空调等操作。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759802" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759802&handlekey=savephoto_759802">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

语音交互流程如下图所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759804" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759804&handlekey=savephoto_759804">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

FR8016HA终端上电之后完成板级初始化，等待天猫精灵连接。当设备接入到阿里云物联网平台后，就可通过语音进行信息交互，比如开关灯，环境信息获取。
天猫精灵通过扫描周围的智能设备，并通过人机交互添加设备，就可进行家电控制。
这部分主要使用了mesh技术，在使用设备之前需要在阿里云物联网云平台添加相应的产品获得设备的三元组信息添加到终端设备中。

## 4.3 网关/监控子系统
网关/监控子系统有摄像头、智能网关和移动终端组成。
智能网关上电之后完成板级初始化，连接号WiFi，初始化摄像头。
当有用户请求视频信息时，智能网关立即获取摄像头数据传给用户。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759805" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759805&handlekey=savephoto_759805">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

该系统解决方案整体框架如图所示。通过技术论证和架构分析后，决定将系统划分为四个子系统：ZigBee无线传感器监控子系统，语音交互子系统，总控子系统，网关子系统，云端监控子系统。ZigBee无线传感器监控子系统通过各个传感器节点采集数据，将采集的数据通过无线网络系统传递给路由节点，再通过路由节点将收集的各个终端节点的数据进行二次传递给协调器，由协调器与总控系统进行数据交换，以完成数据的传递。总控系统通过无线网络将数据上传至网络，用户就能在远程进行查家中的各种环境信息，实时掌握家中的最新动态。语音识别子系统可实现人机交互，实现家电设备的智能化控制。网关子系统有两大作用，一是连接以太网；二是搭载摄像头采集视频数据，实施远程监控的功能。云端监控子系统主要用于统计分析家中环境信息，通过可视化的界面了解家中最新动态。总控子系统为整个智能家居系统的核心所在，协调各个子系统正常运转。

# 5 具体部署

## 5.1 ZigBee无线传感监控子系统
### 5.1.1 IAR编译
打开工程\ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0\Projects\zstack\Utilities\SerialApp\CC2530DB\下的SerialApp.eww。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759806" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759806&handlekey=savephoto_759806">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

编译完后单击下载按钮。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759807" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759807&handlekey=savephoto_759807">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 5.1.2 固件烧写
使用SmartRF Flash Programmer烧写Hex固件到ZigBee节点，如下图所示

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759808" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759808&handlekey=savephoto_759808">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

将Coordinator.hex和EndDevice 1-4.hex分别下载到协调器和终端。

注意：如果没有那么多板子的话，只要下载 Cocodinator.hex和 EndDevice1.hex就可以了。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759809" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759809&handlekey=savephoto_759809">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 5.1.3 上位机调试
一定要给协调器先上电，因为使用的USB转串口，程序自动识别串口。笔者提供免安装和安装版本，在这里使用免安装版本，双击ZigBee.exe。笔者这里这是为自动刷新数据。笔者使用了一个终端，可看到如下图所示的信息。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759810" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759810&handlekey=savephoto_759810">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 5.1.4 手机控制
如果想手机也控制则需要有无线路由器，手机打开 wifi 并连接好后，先点网络设置，输入电脑 IP 地址后点连接，手机显示连接成功后，会自动刷新数据。如下图所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759811" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759811&handlekey=savephoto_759811">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## 5.2 语音交互子系统
本章将使用天猫精灵来控制FR8016HA上的LED，主要用到了mesh技术。
### 5.2.1 阿里开发平台操作

天猫精灵开发平台地址：https://www.aligenie.com/controlcenter
文档地址：https://www.aligenie.com/doc/357554/gtgprq

#### 5.2.1.1 身份认证
进入控制台，首次进入，会提示是否认证，这里点击【立即认证】即可。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759812" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759812&handlekey=savephoto_759812">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

即可进入开发者页面。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759813" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759813&handlekey=savephoto_759813">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

这里选择【个人账号】。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759814" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759814&handlekey=savephoto_759814">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

根据实际情况填写信息。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759815" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759815&handlekey=savephoto_759815">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

根据提示进行实人验证。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759816" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759816&handlekey=savephoto_759816">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

认证成功就可来开发了。

#### 5.2.1.2 开发
直连开发地址：https://living.aliyun.com/
值得注意的是，现在阿里云改版了，直连这块内容是在天猫精灵开发部分，现在直接合并到IOT了。
1.添加新项目
创建新项目，选择天猫精灵生态项目

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759817" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759817&handlekey=savephoto_759817">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

2.创建新产品
创建项目后，接下来就是创建新产品。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759818" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759818&handlekey=savephoto_759818">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

接下来就是创建产品。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759819" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759819&handlekey=savephoto_759819">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759820" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759820&handlekey=savephoto_759820">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

3.添加产品功能
接下来给产品赋予强大的灵魂，即丰富其功能。此处，我们添加常见的开关、色温和亮度调节等功能。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759821" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759821&handlekey=savephoto_759821">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

这里我就不添加其他功能了，有基础功能就可以了，有需要请自行添加。

4.人机交互设置

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759822" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759822&handlekey=savephoto_759822">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

A.产品展示

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759823" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759823&handlekey=savephoto_759823">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

B.配网引导

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759824" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759824&handlekey=savephoto_759824">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759825" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759825&handlekey=savephoto_759825">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

值得注意的是，人机交互设置根据你自己的需求设置。
5.设备调试

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759829" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759829&handlekey=savephoto_759829">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

这个可以随便选择，但是接下来的内容很重要，针对每一个三元组就是每一个设备身份的ID，我们在新增设备后，需要妥善保存，后面会用到。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759830" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759830&handlekey=savephoto_759830">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759831" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759831&handlekey=savephoto_759831">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### 5.2.2 Mesh开发
这里使用SDK的实例进行开发即可。
#### 5.2.2.1 LED Mesh开发
代码如下：
```c
void app_mesh_led_init(void)
{
  if(app_mesh_ali_info_check_valid())
  {
  app_mesh_ali_info_load_key(ali_mesh_key_secret);
  app_mesh_ali_info_load_bdaddr(ali_mesh_key_bdaddr);
  app_mesh_ali_info_load_pid(ali_mesh_key_pid);
  }
  mesh_set_cb_func(mesh_callback_func);
  
  mesh_init(MESH_FEATURE_RELAY, MESH_INFO_STORE_ADDR);

for(uint8_t i=0; i<sizeof(light_models)/sizeof(light_models[0]); i++)
  {
  mesh_add_model(&light_models<i>);
  }
  
  app_mesh_store_info_timer_init();
  os_timer_init(&app_mesh_50Hz_check_timer, app_mesh_50Hz_check_timer_handler, NULL);
  os_timer_init(&publish_msg_resend_t,app_mesh_publish_msg_resend,NULL);
#ifdef ALI_MESH_TIMER
  sys_timer_init();
#endif
#if ALI_MESH_VERSION == 1
  app_key_binding_count = 0;
  app_key_binding_id = 0;
  subscription_count = 0;
  publish_count = 0;
#endif// ALI_MESH_VERSION == 1
}

```
代码还是很简单的，首先是导入三元组，如果在flash中没有找到三元组就会使用默认的三元组。
```c
if(app_mesh_ali_info_check_valid())
{
 app_mesh_ali_info_load_key(ali_mesh_key_secret); 
 app_mesh_ali_info_load_bdaddr(ali_mesh_key_bdaddr);
 app_mesh_ali_info_load_pid(ali_mesh_key_pid);
}
```

接下来就是mesh底层的event是事件，其中包括led的硬件初始化，led初始化函数如下：
```c
void app_led_init(void)
{
  /* set LED output to low level */
  gpio_portd_write(gpio_portd_read() & 0x1f);
  
  system_set_port_mux(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_4, PORTD4_FUNC_D4);
  system_set_port_mux(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_5, PORTD5_FUNC_D5);
  system_set_port_mux(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_6, PORTD6_FUNC_D6);
  gpio_set_dir(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_4, GPIO_DIR_OUT);
  gpio_set_dir(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_5, GPIO_DIR_OUT);
  gpio_set_dir(GPIO_PORT_D, GPIO_BIT_6, GPIO_DIR_OUT);
  system_set_port_pull(GPIO_PD4|GPIO_PD5|GPIO_PD6, true);

/* set lightness control PA2 */
  #if 0
  system_set_port_mux(GPIO_PORT_A, GPIO_BIT_2, PORTA2_FUNC_PWM2);
  pwm_init(PWM_CHANNEL_2, 8000, 90);
  pwm_start(PWM_CHANNEL_2);
  #endif
  /* confirm this pin is controlled by CPU */
  pmu_set_pin_to_CPU(GPIO_PORT_D, (1<<GPIO_BIT_4)|(1<<GPIO_BIT_5)|(1<<GPIO_BIT_6));

memset(&app_led_state, 0, sizeof(app_led_state));

if(app_mesh_user_data_load((uint8_t *)&app_led_state, sizeof(app_led_state)) == false)
  {
  for(uint8_t i = 0;i < APP_LED_COUNT;i++)
  {
    app_led_state.on_off_state<i> = 1;
    app_led_state.level<i> = 0xFFFF;
  }
  app_led_state.ctl_lightness = 0xFFFF;
  app_led_state.ctl_temperature = TEMP_WARM;
  // red
  app_led_state.hsl_hue = 0x8000;
  app_led_state.hsl_saturation = 0x0000;
  app_led_state.hsl_lightness = 0xFFFF;
  app_led_state.remote_dev_src = 0;
  app_led_state.appkey_id = 0;
  }

/* use stored information or default value to update LED state */
  app_led_set_state();
  //app_led_set_state(1);
  app_mesh_store_user_data_timer_init();

app_led_inited = true;
}

```
接下来就是mesh的正式初始化。
mesh_init(MESH_FEATURE_RELAY, MESH_INFO_STORE_ADDR);
后面就是添加modle。
```c
for(uint8_t i=0; i<sizeof(light_models)/sizeof(light_models[0]); i++)
{
  mesh_add_model(&light_models<i>);
}
```

接下来就是存储的初始化。
```c
app_mesh_store_info_timer_init();
```

后面就是打开定时时间，不断收发数据和50Hz检测。
```c
os_timer_init(&app_mesh_50Hz_check_timer, app_mesh_50Hz_check_timer_handler, NULL);
os_timer_init(&publish_msg_resend_t,app_mesh_publish_msg_resend,NULL);

```
mesh的流程就差不多了，最后注意的是ota升级，当SDK升级后，可通过版本控制来提示用户升级固件。
```c
ali_ota_server_create();

```
#### 5.2.2.2 调试三元组
这里新建议一个Excel文件，以[.xls]为后缀。文件内容如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759834" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759834&handlekey=savephoto_759834">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

对应云端的信息如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759835" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759835&handlekey=savephoto_759835">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## 5.3 网关/监控子系统
网关子系统可以使用Debian或者Openwrt系统，其中有几个关键组件，下面一一讲解。
### 5.3.1 OpenWrt系统编译
#### 5.3.1.1 更新主机软件源
先更新源：
$sudo apt-get update

1)安装git工具
$sudo apt-get install git

2)安装依赖的库文件
$ sudo apt install -y ack binutils bison build-essential ccache cmake device-tree-compiler flex gawk gettext git gperf intltool libelf-dev libglib2.0-dev libgmp3-dev libltdl-dev libncurses5-dev libssl-dev     libreadline-dev libtool wget nano patch pkgconf python3 python3-pyelftools xxd zlib1g-dev subversion swig texinfo unzip rsync

#### 5.3.1.2 下载OpenWrt源码
编译OpenWrt首先需要下载源码，OpenWrt的源码是通过git下载。
$ git clone https://github.com/ruyisdk/openwrt.git

输入命令等待下载即可。

下载完OpenWrt的源码后，为了使OpenWrt支持更多的软件，需要更新和安装其它源上面的软件。
$ cd openwrt-th1520/riscv-openwrt
$ ./scripts/feeds update -a
$ ./scripts/feeds install -a
$ cd ..
然后就是应用文件配置。
$cp lpi4a.config riscv-openwrt/.config
$cd riscv-openwrt && make defconfig

一切就绪，接下来就可以开始编译了。

#### 5.3.1.3 配置OpenWrt源码
在编译OpenWrt系统之前，我们首先要对它进行配置，让它能够支持我们的LicheePi 4开发板。OpenWrt系统也是一个Linux系统，因此它的配置方法和Linux的完全一样，也是通过make menuconfig来进行配置。
$make menuconfig

我们就可以通过方向键来选择配置选项，通过空格键来选择配置状态。当执行完上命令后，便会弹出如图。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759837" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759837&handlekey=savephoto_759837">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

为了让OpenWrt系统能成功的在我们的开发板上运行起来，我们需要做如下配置。
1).选择CPU型号
Target System-> T-Head TH1520
2).选择CPU子型号
Sub target->Sipeed Lichee Pi 4A riscv64
3).选择具体路由器型号
Target profile-> Sipeed LicheePi4A
然后保存退出，这样就配置完成了。

当然这只是一个最简单的配置，我们首先是要在开发板把OpenWrt系统跑起来。

#### 5.3.1.4 编译
最后开始漫长的编译，编译时间由电脑配置决定，由于编译时，需要的软件是从网络上面下载，所以这里要求电脑必须能够上网。
$ make download V=s -j$(nproc) && make V=s -j$(nproc)
在编译前，可是用以下命令将源码先下载：
$make download
第一次编译大概需要4、5个小时，以后再次编译，则分分钟搞定。编译出来的镜像位于bin/targets/目录下面。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759838" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759838&handlekey=savephoto_759838">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

这样最简单OpenWrt就可以启动了，其他的功能在此基础上累加就饿可以了。

### 5.3.2 基于ser2net的数据传输
ser2net（Serial to Network Proxy）给用户提供了一种网络与串口相互连接的软件，它可以将串口数据通过网络传输到远程设备上。
ser2net是一种基于TCP协议的串口服务器，它通过将串口数据转换成网络数据包，实现了串口数据的远程传输。ser2net的工作原理可以分为以下几个步骤：
1.配置串口参数：首先需要对sr2net进行配置，包括串口的波特率、数据位、停止位等参数，以及网络相关的配置，如IP地址、端口号等。
2.建立TCP连接：ser2net在启动后会监听指定的端口，当有客户端请求建立TCP连接时，ser2net会接受连接请求，并与客户端建立起TCP连接。
3.串口数据转发：一旦TCP连接建立成功，ser2net会开始监听串口上的数据。当有数据到达时，ser2net会将数据通过TCP连接发送给客户端。同时，ser2nt会监听客户端发送的数据，并将其转发到串口上。
4.数据处理：ser2nt还支持对数据进行处理和转换。例如，可以对接收到的数据进行校验、解析或加工，然后再将其发送给客户端。
#### 5.3.2.1 添加 ser2net 应用程序
首先进入 OpenWrt 系统源码，然后运行 make menuconfig 命令进行配置。
$make menuconfig
在弹出的配置菜单中，配置如下。
Network -->
    <*>ser2net

然后选中 ser2net 这个选项，如图所示。

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759839" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759839&handlekey=savephoto_759839">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

最后退出保存，再编译。
$make V=99

#### 5.3.2.2 配置 Wi-Fi 串口
既然是 Wi-Fi 串口， 那么我们就可以理解为它由两部分组成，一部分是网络编程器的 TCP服务器，用于接收客户端通过 Wi-Fi 传来的数据；另一部分就是串口，用于将 TCP 服务器接收到的数据通过串口发送出去。
既然是 TCP 服务器，那么我们需要设置它的 IP 地址和端口号。既然是串口，那么我们需要设置它的波特率等参数。那么，这些参数，我们怎么来设置呢？通过修改 ser2net.conf 这个配置文件来实现，位于开发板上的/etc 目录下。
将上面编译出来的固件，重新烧写到开发板上面，然后上电启动，进入/etc 目录。
$cd /etc
$vi ser2net.conf
只需要在 ser2net.conf这个配置中的最后面添加一行以下内容即可。
8002:raw:0:/dev/ttyS0:115200
最后保存退出，然后重启开发板，即可。

果是Debian、Ubuntu系统，可使用以下命令。
$apt-get install ser2net
接下来就需要修改配置文件。
$vim ser2net.conf
8008:raw:600:/dev/ttyS1:115200 NONE 1STOPBIT 8DATABITS XONXOFF LOCAL -RTSCT
ser2net工具安装完后，可执行文件放在：/sbin/ser2net，新建配置文件ser2net.conf
启动ser2net.。
$/sbin/ser2net -C ser2net.conf
当然也可直接使用命令。
$/sbin/ser2net -C "8008:raw:600:/dev/ttyS1:115200 NONE 1STOPBIT 8DATABITS XONXOFF LOCAL -RTSCTS"
然后查看ser2net运行状态。
$ ps -elf | grep ser2net

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759840" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759840&handlekey=savephoto_759840">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

ZigBee的数据就通过ser2net进行数据传输的。
如果是OpenWrt直接将ser2net配置进入系统即可。

### 5.3.3 基于mipg-streamer视频监控
#### 5.3.3.1 配置 OpenWrt 支持 usb 摄像头
要支持摄像头，就必须配置上摄像头的驱动，因为是免驱的 USB 摄像头，因此我们必须配置上 UVC 驱动，具体如图所示。首先，我们选中内核模块进行配置。

Kernel modules--->
    Video Support--->
    <*> kmod-video-core
<*> kmod-video-uvc
-*- kmod-video-videobuf2

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759841" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759841&handlekey=savephoto_759841">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

编译。

$make V=99

将固件烧写到板子中，插入USB摄像头，接口查看是否有video0这个设备节点了。

#### 5.3.3.2 配置 OpenWrt 支持 mipg-streamer 软件
mipg-streamer 就是一款用于视频数据采集、视频数据格式转换、视频数据传输的软件，服务器。因此为了让 openwrt 系统支持该软件，我们需要将它配置进去。
Multimedia--->
    <*> mjpg-streamer

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759842" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759842&handlekey=savephoto_759842">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

就这样我们就让 openwrt 系统支持无线监控，按前面的方法配置好后，保存退出，然后 make V=99，最后将编译出来的固件烧写到我们的开发板上面。然后启动系统。启动完成，插入我们的摄像头，就会看到/dev/video0 这个设备节点。usb 摄像头接入开发板后提示如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759844" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759844&handlekey=savephoto_759844">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759845" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759845&handlekey=savephoto_759845">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

如果插上提示不对，请先做上一章，再重新生成固件即可。然后运行 mipg-streamer 软件：
mjpg_streamer -i "input_uvc.so -d /dev/video0" -o "output_http.so"
其中： -i 表示指定输入，这里输入为：input_uvc.so 即 uvc(usb video)，-d 是设备位置，我们摄像头的设备位置在：/dev/video0，-y 用于区分一般摄像头和支持 MJPEG 的摄像头，-o 指定输出，这里输出到 output_ http.so 即 http(可以理解为输出到网页上)，-w指定 web 服务器为 www。运行命令后，可以得到如下图的信息：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_759846" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=759846&handlekey=savephoto_759846">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

好的，电脑上必须用火狐浏览器才能看到时视频哦，我们打开网页输入：
http://192.168.2.1:8080/?action=stream
其中 192.168.2.1 是开发板的 ip 地址，8080 是 http tcp 的端口，action表示某个动作，这里表示： stream。通过这个输入我们就可以从网页完成视频的监控了！

# 6 演示视频

[视频地址](https://v.youku.com/v_show/id_XNjIwODE2OTg5Ng==.html)

# 7 项目源码

[项目地址](https://gitee.com/ouxiaolong/lichee-pi-4-a)

# 8 博文
[基于LicheePi 4A 编译OpenWrt](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1262699-1-1.html)
[LicheePi 4A 开发板测评](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1261994-1-1.html)
[LicheePi 4A系统烧写](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1261977-1-1.html)

# 9 总结
由于此项目中涉及到的知识非常的多,如：
    Linux开发，包括系统移植，驱动开发等
    电脑端C#程序，包括串口、界面开发等；
    搭建安卓开发环境，学习安卓界面开发，安卓的socket通讯；
    ZigBee组网实验，多终端通讯，对于简单项目在我们上面修改一下就可做成自己的产品；
    项目中使用的通讯协议是基本Modbus协议修改而来的，结构相同只是命令码不同，更标准、更完善。不学习别人使用1个字节的命令码，那是写测试程序不实用。所有交互过程全部使用一套协议，更易用、更强大、更人性化。
遇到问题多在网上搜索答案，提高自己的解决问题的能力，这个非常关键。对以后工作非常有用，至于项目中反涉及的代码，自己多看几遍，多跟踪搞懂他的含义。代码太多没法一一注释，刚开始学软件开发必须先能看懂别人的代码才行，再模仿写程序，这样进步非常快。