基于 IMX6ULL 的环境监测自主调控系统

前言

项目完整代码：基于 IMX6ULL 的环境监测自主调控系统完整代码

该项目的源代码适用于韦东山老师提供的出厂镜像，使用韦东山老师的 IMX6ULL 开发板可以直接运行代码复刻，其它开发板需要自行移植。

一、项目介绍

作者在去年实习期间做了与 Linux 相关的项目，在这里我用韦东山老师的 IMX6ULL 开发板把用到的关键技术展现出来，主要用到 Linux 驱动，QT界面设计，JsonRPC 前后台分离。

该项目主要使用 JsonRPC 把程序拆分为前台QT和后台APP，实现远程数据采集，设备控制和设备自动化运行等功能。
我们需要实现：

1. 后台 APP 传感器及控制设备的驱动编写和设备树修改。
2. 前台 QT GUI 界面设计，实时接收后台APP传感器数据和控制后台APP传感器。
3. 实现前台 QT GUI 界面和后台APP进程间通信，JsonRPC 远程调用。

项目实物示例如下，控制灯开关：

人体红外检测人数，超声波判断距离：

遥控控制空调：

E2PROM记录存放东西：

温湿度绘制成图表：

室外环境监测：

项目演示视频：

二、前台QT界面

前台界面主要实现了一个主界面和六个跳转界面，对于界面的跳转我们可以用两种方法，第一种是在槽函数中先关闭当前界面，再new出来新的页面展示，第二种方法是先new出来界面，再隐藏当前界面，展示新的界面，用信号作为跳转，考虑到第一种需要不断开辟新空间浪费资源，所以我们采用第二种方法。

1. 界面设计

主界面设计：

LED，DAC控制灯界面：

空调控制界面：

E2PROM存储界面：

行人监测界面：

温湿度图表界面：

室外环境监测界面：

2. 代码示例

核心界面跳转代码：

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    this->led_page = new Ledpage;

    connect(this->led_page, &Ledpage::back, [=]() {
        this->led_page->hide();
        this->show();
    });

    this->irda_page = new Irdapage;

    connect(this->irda_page, &Irdapage::back, [=]() {
        this->irda_page->hide();
        this->show();
    });

    this->e2prom_page = new E2prompage;

    connect(this->e2prom_page, &E2prompage::back, [=]() {
        this->e2prom_page->hide();
        this->show();
    });

    this->sr_page = new Srpage;

    connect(this->sr_page, &Srpage::back, [=]() {
        this->sr_page->hide();
        this->show();
    });

    this->dht11_page = new Dht11page;

    connect(this->dht11_page, &Dht11page::back, [=]() {
        this->dht11_page->hide();
        this->show();
    });

    this->ap3216c_page = new Ap3216cpage;

    connect(this->ap3216c_page, &Ap3216cpage::back, [=]() {
        this->ap3216c_page->hide();
        this->show();
    });
}

void MainWindow::on_led_open_clicked()
{
    this->close();
    this->led_page->show();
}

void MainWindow::on_irda_open_clicked()
{
    this->close();
    this->irda_page->show();
}

void MainWindow::on_e2prom_open_clicked()
{
    this->close();
    this->e2prom_page->show();
}

void MainWindow::on_sr_open_clicked()
{
    this->close();
    this->sr_page->show();
}

void MainWindow::on_dht11_open_clicked()
{
    this->close();
    this->dht11_page->show();
}

void MainWindow::on_ap3216c_open_clicked()
{
    this->close();
    this->ap3216c_page->show();
}

三、后台硬件驱动

该项目主要用到 LED，DHT11，AP3216C，SR501，SR04，IRDA，E2PROM，DAC 模块，我们需要分别实现它们的驱动程序，规定好底层编程和硬件接口，以便应用层可以直接调用。

我们通常都是在Linux的终端上打开一个可执行文件，然后可执行文件就会执行程序。那么这个可执行文件做了什么呢？

可执行文件先是在应用层读取程序，其中会有很多库函数，库函数是属于内核之中。而内核又会往下调用驱动层程序。最终驱动层控制具体硬件。

所以我们需要编写两个程序，一个是驱动层的，一个是应用层的，最后驱动层需要注册进入内核，应用层才能够使用。

框架流程图：​​
​

该项目中QT代码编写相当于应用层，所以我们还需要编写后台硬件驱动。

编写驱动主要为以下七个步骤：

1. 确定主设备号，也可以让内核分配
2. 定义自己的 file_operations 结构体
3. 实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数，填入 file operations 结构体
4. 把 file_operations 结构体告诉内核: register_chrdev
5. 谁来注册驱动程序啊? 得有一个入口函数:安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数
6. 有入口函数就应该有出口函数: 卸载驱动程序时，出口函数调用unregister_chrdev
7. 其他完善:提供设备信息，自动创建设备节点: class_create,device_create

具体每个模块的驱动实现可以看我之前的文章：

• 1. hello驱动
• 2. LED驱动
• 3. SR501（人体红外模块）驱动
• 4. SR04（超声波）驱动
• 5. DHT11（温湿度传感器）驱动
• 6. IRDA（红外遥控模块）驱动
• 7. I2C驱动
• 8. SPI驱动

将每个模块的驱动都装载到开发板后，编译运行QT程序，就可以通过上位机界面控制下位机传感器了。

四、JsonRPC 实现前后台分离

1. 为什么要拆分？

对于比较复杂的程序，前台界面显示、后台程序由不同的团队进行开发，双方定义好交互的接口即可。这样，前台、后台程序可以分别独立开发，降低相互之间的依赖。

例如：

1. 当更改硬件，比如更换LED引脚时，前台程序无需改变，只需要修改后台程序。
2. 想调整界面时，只需要修改前台程序，无需修改后台程序。

2. 如何拆分？

前台程序、后台程序分别属于不同的“进程”，它们之间的交互需要通过“进程间通信”来实现，比如：网络通信、管道、共享内存等等。

在这里我将演示使用基于网络通信的“JsonRPC远程调用”来实现前后台程序的交互：

RPC 是远程过程调用（Remote Procedure Call）的意思，而 json 是比较流行的传递信息的格式。

详细讲解可看：

• 使用JsonRPC实现前后台独立开发与通信

全部源码我都放在资料包里面了，链接：

• 基于 IMX6ULL 的环境监测自主调控系统完整代码

包括QT界面设计，各个模块驱动和设备树，前后台分离代码。

编译QT程序：

编译JsonRPC程序：

开发板上电，装载驱动，运行可执行文件，示例如下：

五、总结

该项目是作者去年在公司实习的时候结合自身所学知识做的，教学博客篇幅有限，作者基本将所有用到的知识点都列了出来，在以往写的文章里面。项目代码整体框架兼容性很高，方便大家扩展，你们可以根据自己的逻辑思维在作者的代码上自行添加功能。

项目改进之处：
原本作者想要加上v4l2摄像头和STM32单片机，v4l2摄像头可以在IMX6ULL开发板屏幕上显示，一些简单的传感器驱动可以通过单片机实现，利用MQTT协议进行发布和订阅，从而实现IMX6ULL与STM32单片机通信，减少占用IMX6ULL开发板上限有的资源，由于作者本人时间有限，目前没有空可以实现，后续空闲之后会完善上述提到的功能，希望博客对你有所帮助，谢谢大家阅读！