基于STM32MP157D-DK1的智慧家居控制器
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本帖最后由 DDZZ669 于 2024-1-7 23:09 编辑
基于STM32MP157D-DK1的智慧家居控制器
作者：码农爱学习(DDZZ669)
一、作品简介
本项目为基于STM32MP157D-DK1的智慧家居控制器，用到的板卡为ST的STM32MP157D-DK1开发板，其芯片为STM32MP157，具有2个A7内核和1个M4内核。作品的实物照片如下：
图 1 作品照片
智慧家居控制器的界面拟采用Qt设置，外接HDMI显示器作为交互屏幕，再外接温湿度传感器（或通过无线节点接收温湿度数据）、摄像头等外设，实现如网络天气展示、室内温湿度展示、家中电器控制、安防监控、音乐视频播放娱乐等功能。
二、系统框图
本项目的系统结构如下：
图 2 系统结构图
主控为STM32MP157，内含两个A7核和一个M1核。A7核运行Linux系统，实现Qt界面程序的运行，摄像头数据的采集等，与无线节点进行TCP通信灯；M4核运行裸机系统或RTOS系统，可用于外接传感器以及外接家中电器的控制开关；A7核与M4核采用OpenAMP通信框架实现异核通信。
此外，STM32MP15D-DK1板块通过插入网线可连接互联网，实现互联网信息（网络天气、网络时间等）的获取；通过家中的路由器，又可与其它无线节点进行通信，例如与温湿度节点通信，可获取温湿度数据，与灯、风扇灯无线节点通信，可控制其开关。
三、各部分功能说明
本项目的功能，主要通过屏幕上的操作界面来呈现，目前可展示的功能包括：
- 网络天气信息的展示（展示当前城市当天的天气、未来7天的天气等）
- 家中温湿度的展示（当前温度湿度、历史数据曲线图）
- 家中电器的控制（灯的控制、风扇的控制）
- RGB氛围灯的颜色调节控制
- 摄像头监控（USB摄像头）
- 音乐播放（播放本地音乐、歌词展示灯）
- 视频播放（播放本地视频）
- 时间显示（时钟形式）
图 3 主操作界面
3.1城市天气显示
STM32MP157D-DK1插入网线，可以连接互联网来实现对网络天气信息的获取。
通过http协议获取指定城市的天气数据，包括今天的天气类型，最高最低温度，以及最近7天的天气等。原始数据是json格式的，需要从json数据中解析出天气、温度等信息，然后将这些信息显示到屏幕中。
最终的Qt天气界面如下，点击主界面的天气图标即可进入到如下的天气界面。
上半部分为今天的天气，下半部分为近7天的天气（通过左右滑动可查看后面的天气），通过左上角的返回按钮可回到主界面。
图 4 天气信息界面
3.2室内温湿度显示
除了显示不同城市的天气数据，家庭环境中的温湿度也值得我们关注，考虑有两种方案实现温湿度数据的采集：
方案一：M4核通过IIC接口外接DHT11温湿度传感器采集数据，再通过OpenAMP通信机制将数据发给A7核，最终在Qt界面展示温湿度数据。
方案二：通过无线节点（如ESP8266）外接DHT11温湿度传感器，将数据通过无线TCP直接发送给A7核，最终在Qt界面展示温湿度数据。
由于开发时间紧张，OpenAMP通信机制还在学习中，而方案二的无线方式也更新灵活，本项目目前采用方案二的无线通信方式。
温湿度数据展示的Qt界面如下，STM32MP157D在连接到ESP8266无线节点获取到实时的温湿度数据后，可以显示实时的温度和湿度，如下：
图 5 温湿度信息界面
另外，温湿度的历史数据，可以通过曲线图展示变化趋势，这是温度曲线：
图 6 实时温度曲线图
这是湿度曲线（人为触摸温湿度传感器制造变化数据）：
图 7 实时湿度曲线图
3.3家居电器控制
家居电器的控制界面设计如下，目前设计了灯的控制和风扇的控制：
图 8 家中电器控制界面
家中电器的控制，与刚才介绍的温度度传感器类似，也可以考虑两种方案：
方案一：家中电器的控制开关与STM32MP157的M核所控制的引脚相连，A核上运行的Qt操作指令通过异核通信将执行发给M核来控制电器开关。
方案二：家中电器与无线节点（如ESP8266）相连接，Qt操作指令通过无线通信将指令发给无线节点来控制电器开关。
除了简单的开关控制，家中可能还会有RGB氛围灯需要控制，这里也设置了颜色调节操作界面，如下：
图 9 RGB氛围灯颜色调节界面
3.4视频监控
智能家居系统中，视频监控的功能也是必不可少的，本项目通过外接USB摄像头，实现视频监控功能，可以实时查看摄像头的画面。
设计的Qt显示界面和实际的演示效果如下：
图 10 视频监控界面
3.5音乐&视频娱乐
设计了音乐播放器和视频播放器，用于智慧家居中的娱乐功能。音乐播放器的界面如下，具有基础的音乐播放、上一首下一首切换、歌词展示等。
图 11 音乐播放器界面
右下角可展开音乐列表子界面：
图 12 音乐列表
下面是设计的视频播放器的界面：
图 13 视频播放器界面
3.6时钟
设计了一个钟表形状的时钟，通过获取Linux系统实际，可展示当前的时间：
图 14 时钟界面
四、作品源码
源码已上传EEWord下载中心，资源名称：
链接：https://download.eeworld.com.cn/detail/DDZZ669/630690
源码结构
主体代码采用Qt编程，运行在STM32MP157的A7核的Linux系统中，源码位于01-stm32mp157_qt目录中。
该Qt程序内含多个功能，通过子文件夹分类存放：
- App/QtUi/Skin/MyApp.pro：主体框架部分
- Weather：网络天气功能代码
- DHT11：温湿度功能代码
- LEDFan：电器控制功能代码
- RGBLed：RGB氛围灯代码
- USBCamera：USB摄像头代码
- MusicPlayer：音乐播放器代码
- VideoPlayer：视频播放器代码
- Clock：时钟代码
ESP8266作为无线节点，外接DHT11温湿度传感器采集数据，通过TCP发送给STM32MP157。
ESP8266采用Arduino编程，源码位于02-dth11tcp目录中。
五、作品功能演示视频
演示视频：基于STM32MP157D-DK1的智慧家居控制器
视频链接1：https://training.eeworld.com.cn/video/38948
视频链接2：https://www.bilibili.com/video/BV1V94y1u7EK
六、项目总结
本项目为基于STM32MP157D-DK1的智慧家居控制器，通过外接HDMI显示器作为操作屏幕，通过编写Qt程序实现智能家居的整体界面，外接摄像头、传感器、与无线节点通信等，实现具体的数据获取与各种控制功能、信息服务功能等。
在整个项目开发中，学习了STM32MP157这款芯片的使用。STM32MP157D-DK1具有ARM A7和Cortex M4双核架构，A7的开发过程中，首先学习了固件烧录，为了进行Qt开发，重新编译了具有Qt功能的系统源码和SDK，从而继续实现Qt程序的开发。M4核的开发过程中，学习了STM32CubeIDE的使用与基础的点灯程序编写，关于A7核与M4核的通信还在学习中。
在开发学习中，将一些开发经验通过文章的形式分享，链接如下：
【DigiKey创意大赛】STM32MP157D-DK1开箱
【DigiKey创意大赛】STM32MP157D固件烧录
【DigiKey创意大赛】STM32MP157D构建Qt镜像
【DigiKey创意大赛】STM32MP157D Qt程序编译运行
【DigiKey创意大赛】STM32MP157D M核程序开发
七、其他
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