OpenHarmony開源開發(fā)者成長(zhǎng)計(jì)劃“萬能遙控器”項(xiàng)目開發(fā)者。

效果展示

如圖是開發(fā)板GPIO輸出到紅外發(fā)射器的波形和空調(diào)遙控器輸出波形的對(duì)比，可以看到波形的變化規(guī)律基本一致。

圖1 波形圖對(duì)比 ?

圖 2 設(shè)備展示

作品構(gòu)思

紅外遙控以其簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)勢(shì)，一直以來都是家電控制中重要的組成部分。將紅外遙控融入到智能家居的網(wǎng)絡(luò)中，不僅能拓寬智能家居的范圍，同時(shí)，用戶不需要更換新型設(shè)備，也能在原有的設(shè)備上體驗(yàn)到物聯(lián)網(wǎng)帶來的生活便利。

OpenHarmony是由開放原子開源基金會(huì)孵化及運(yùn)營(yíng)的開源項(xiàng)目，目標(biāo)是面向全場(chǎng)景、全連接、全智能時(shí)代、基于開源的方式，搭建一個(gè)智能終端設(shè)備操作系統(tǒng)的框架和平臺(tái)，促進(jìn)萬物互聯(lián)產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。其創(chuàng)新性的分布式軟總線，能夠有效解決底層通信協(xié)議的差異，使得分布式應(yīng)用開發(fā)更加方便。

于是我們決定利用OpenHarmony在物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)紅外遙控設(shè)備融入在家電網(wǎng)絡(luò)，使兩者的融合使用能達(dá)到1+1>2的效果。

實(shí)踐過程

小熊派Micro

在硬件平臺(tái)方面，我們選擇新出的小熊派Micro開發(fā)板，小熊派開發(fā)板搭載了STM32MP157芯片，搭配了4.3寸LCD電容式觸摸屏，并有WIFI電路及標(biāo)準(zhǔn)的E53接口。

在軟件生態(tài)上，該開發(fā)板已完成OpenHarmony 3.0小型系統(tǒng)的移植，并提供了豐富的教程，同時(shí)，ST公司還開放了芯片手冊(cè)，SDK包等開發(fā)工具，非常適合學(xué)生們了解學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。ST（意法半導(dǎo)體）是知名的半導(dǎo)體公司，其芯片在覆蓋工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)的STM32系列芯片在工業(yè)控制、教育等領(lǐng)域占有重要的地位。

在拿到開發(fā)板后，我們首先跟著小熊派的教程搭建軟件開發(fā)環(huán)境，下載編譯OpenHarmony源碼，然后燒錄固件到開發(fā)板，終于把心心念念的OpenHarmony系統(tǒng)給運(yùn)行起來了：

圖3 OpenHarmony桌面

接著我們跟著教程，分別學(xué)習(xí)了OpenHarmony的應(yīng)用開發(fā)和驅(qū)動(dòng)開發(fā)。當(dāng)屏幕出現(xiàn)hello world的字樣時(shí)，我就知道我們的開發(fā)已經(jīng)成功了一半。

最后的教程是開發(fā)一個(gè)控制LED的應(yīng)用，通過這個(gè)例程，我們學(xué)會(huì)了如何從底層軟件、中間層、到應(yīng)用層的全棧開發(fā)范式，對(duì)OpenHarmony操作系統(tǒng)的架構(gòu)有了實(shí)際的認(rèn)識(shí)。這為我們后面開發(fā)紅外遙控應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖4 LED應(yīng)用

紅外遙控原理

在初步認(rèn)識(shí)了小熊派和OpenHarmony后，要開發(fā)紅外遙控功能，就需要了解紅外遙控的原理。我們通過網(wǎng)上搜集資料來了解紅外協(xié)議的組成的理論知識(shí)。這里我們嘗試簡(jiǎn)單說明一下紅外遙控的原理：

如下圖所示，以空調(diào)遙控為例。遙控器發(fā)送給空調(diào)的信息其實(shí)就是一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)組，例如：1001 1010……，數(shù)組特定位上01的組合依據(jù)協(xié)議內(nèi)容有特定的含義，例如bit4和bit5為10時(shí)，表示空調(diào)風(fēng)速為一級(jí)風(fēng)速。

那么這個(gè)數(shù)組應(yīng)該如何從遙控器到達(dá)空調(diào)呢？紅外發(fā)射器可以向四周發(fā)射紅外線，由于自然光中也存在紅外光，所以發(fā)射器必須對(duì)紅外線編碼，加上38KHZ的載波。這樣，接收器就只要識(shí)別38KHZ的紅外光，就能確定其是由遙控器發(fā)射的，從而濾除了自然光的干擾。

下圖中，發(fā)射器發(fā)射載波信號(hào)時(shí)，接收器會(huì)識(shí)別并輸出低電平信號(hào)，相反，則輸出高電平信號(hào)。通過控制方波的高電平時(shí)長(zhǎng)，來表示邏輯0或1.將0和1組合起來，就構(gòu)成了紅外協(xié)議里的數(shù)組。

圖5 紅外遙控原理

實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的標(biāo)準(zhǔn)。我們決定利用身邊的支持紅外遙控設(shè)備，來研究其實(shí)際的協(xié)議內(nèi)容。手機(jī)的萬能遙控器就是一個(gè)完美的發(fā)射設(shè)備，于是我們使用一個(gè)紅外接收電路，一個(gè)邏輯分析儀，來分析遙控器發(fā)出的紅外信號(hào)：

圖6 邏輯分析儀和接收電路

有了以上工具，我們就可以在電腦端查看紅外信號(hào)波形：

圖7 紅外波形圖

經(jīng)過以上的實(shí)踐，我們的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相符合，方案的可行性得到證實(shí)，那么就可以開始軟件的開發(fā)了。

PWM驅(qū)動(dòng)

我們將紅外發(fā)射電路接入小熊派開發(fā)板，并將其信號(hào)引腳連接到GPIOA_5。接下來就是要在這個(gè)引腳上產(chǎn)生特定的脈沖序列。

由前文可知，我們需要在GPIOA_5上產(chǎn)生一個(gè)38KHZ的載波信號(hào)。這一點(diǎn)可以利用STM32的TIM2實(shí)現(xiàn)，將TIM2的Channel1設(shè)置為PWM輸出模式，設(shè)置周期為26us和占空比為50%就能實(shí)現(xiàn)。

難點(diǎn)在于，在OpenHarmony中開發(fā)驅(qū)動(dòng)不像我們?cè)趕tm32f1上開發(fā)驅(qū)動(dòng)一樣，直接使用庫(kù)函數(shù)就可以。在大型的操作系統(tǒng)中，都會(huì)有一套驅(qū)動(dòng)開發(fā)的框架，規(guī)定了某一特定的驅(qū)動(dòng)的編程規(guī)范。我們要開發(fā)PWM的驅(qū)動(dòng)，就要遵循OpenHarmony的HDF PWM驅(qū)動(dòng)開發(fā)框架的規(guī)定。

在之前的學(xué)習(xí)中，我們已了解了HDF驅(qū)動(dòng)框架的開發(fā)流程。對(duì)于PWM驅(qū)動(dòng)，我們參考了OpenHarmony官網(wǎng)的PWM開發(fā)文檔以及ST的驅(qū)動(dòng)HAL庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了符合HDF框架的PWM驅(qū)動(dòng)。如圖是PWM輸出38KHZ的方波：

圖8 38KHZ載波

IR驅(qū)動(dòng)

有了載波，接下來就需要能控制載波的產(chǎn)生、關(guān)閉，以及持續(xù)時(shí)間（決定了邏輯值）。載波的開關(guān)在PWM驅(qū)動(dòng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。那么問題就在于如何控制載波的持續(xù)時(shí)間。

在紅外遙控中，電平的時(shí)間最低一般是600us，要實(shí)現(xiàn)微妙級(jí)別的計(jì)時(shí)，熟悉STM32的小伙伴很容易就會(huì)想到使用TIM定時(shí)器。是的，在這里我們使用TIM3來實(shí)現(xiàn)對(duì)載波定時(shí)控制的功能。

為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)IR驅(qū)動(dòng)，他是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HDF驅(qū)動(dòng)模塊，其實(shí)現(xiàn)的功能有：

?對(duì)應(yīng)用層提供驅(qū)動(dòng)服務(wù)：接收應(yīng)用層下發(fā)的數(shù)組。

?控制PWM的開關(guān)時(shí)間：根據(jù)數(shù)組元素值，控制載波的時(shí)間。

我們假設(shè)應(yīng)用層下發(fā)的數(shù)組是這樣的格式：其元素的值表示的是電平時(shí)間，例如[500,600]的組合表示邏輯0，[500,1600]表示邏輯1.

[500,600,500,600,500,1600,...]

IR驅(qū)動(dòng)獲得該數(shù)組后，將數(shù)組值設(shè)為定時(shí)值，并開啟定時(shí)器中斷，在中斷中開/關(guān)PWM、更新下一次定時(shí)時(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)載波時(shí)間的控制。

紅外碼庫(kù)的移植

經(jīng)過以上兩個(gè)驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，我們能確保底層的實(shí)現(xiàn)是正常的，接下來就是應(yīng)用的開發(fā)了。

首先要思考的就是如何得到我們想要的紅外信號(hào)。每一種設(shè)備，其紅外協(xié)議的物理層雖然相同，但在編碼的含義上卻有很大差異。要實(shí)現(xiàn)萬能遙控的功能，不可能把所有的協(xié)議都寫入代碼，需要一個(gè)碼庫(kù)來支持。幸運(yùn)的是，我們找到了這樣一個(gè)開源的碼庫(kù)，irext。

irext分為兩個(gè)部分：碼庫(kù)文件和解碼算法。在程序中，使用解碼算法，對(duì)特定的碼庫(kù)文件進(jìn)行解碼，就能得到所需的信號(hào)數(shù)組。這個(gè)數(shù)組就可以直接傳遞給IR驅(qū)動(dòng)進(jìn)行發(fā)送。解碼后得到的數(shù)組如下所示：

?

[8967,4499,598,598,598,598,598,598,598,598,598,……]

?

我們?cè)贠penHarmony的JS Engine中添加了一個(gè)JS 接口：AC_Control，在這個(gè)接口里，我們接收上層JS應(yīng)用的命令，使用irext的解碼算法和碼庫(kù)文件，將命令轉(zhuǎn)換為信號(hào)數(shù)組，然后將這個(gè)數(shù)組發(fā)送給IR驅(qū)動(dòng)，從而觸發(fā)紅外信號(hào)的產(chǎn)生。

應(yīng)用程序開發(fā)

1、界面設(shè)計(jì)

在開始北向應(yīng)用程序開發(fā)之前，我們要先把整個(gè)頁(yè)面的UI布局以及樣式先起一個(gè)大概的草稿，因?yàn)檫@樣在寫界面的時(shí)候效率會(huì)翻倍。根據(jù)南向的驅(qū)動(dòng)想好功能及交互，設(shè)計(jì)好UI布局后，下一步就是尋找或者制作符合產(chǎn)品風(fēng)格的圖標(biāo)。這兩步做完后，我們就可以正式開始碼代碼了。

最終呈現(xiàn)出如下圖效果：

圖9 APP 界面

2、交互邏輯設(shè)計(jì)

在了解了南向的具體驅(qū)動(dòng)功能之后，我們?cè)俑鶕?jù)界面樣式設(shè)計(jì)交互邏輯，比如監(jiān)聽用戶點(diǎn)擊溫度升高，接著調(diào)用注冊(cè)號(hào)的JS驅(qū)動(dòng)接口，將調(diào)節(jié)溫度命令發(fā)送給南向接口。其他比如開關(guān)，制冷等交互邏輯都是類似的處理邏輯。

理清楚交互邏輯之后，然后就將南向驅(qū)動(dòng)自定義的JS接口在@system.app.d.ts中進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)完之后在js頁(yè)面導(dǎo)入該文件，然后我們就可以開始編寫業(yè)務(wù)邏輯了，其中有很多重復(fù)的接口邏輯，可以進(jìn)行封裝，使代碼簡(jiǎn)潔明了，可讀性也比較強(qiáng)。

圖10 APP操作演示

項(xiàng)目收獲

通過本項(xiàng)目初期的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我們由淺入深地學(xué)習(xí)了OpenHarmony的應(yīng)用以及HDF驅(qū)動(dòng)開發(fā)，特別是對(duì)OpenHarmony的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，包括內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)框架、系統(tǒng)服務(wù)以及應(yīng)用程序框架有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。也讓我們更深刻地理解了OpenHarmony的分層設(shè)計(jì)、一次開發(fā)多端部署、分布式系統(tǒng)這些概念，使我們對(duì)OpenHarmony的未來發(fā)展充滿興趣與期望。

未來展望

目前我們只實(shí)現(xiàn)了紅外遙控的應(yīng)用，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，接下來我們還需要考慮如何與其他OpenHarmony設(shè)備組網(wǎng)的問題。

當(dāng)前小熊派團(tuán)隊(duì)正在移植OpenHarmony軟總線，所以我們未能實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)的功能。未來軟總線能實(shí)現(xiàn)的話，就可以其他OpenHarmony設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，到時(shí)候OpenHarmony的萬物互聯(lián)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將得到充分的體現(xiàn)，OpenHarmony正在發(fā)展中，我們需要耐心以及積極地參與。

除了軟總線，我們還有Plan B，例如可以選擇MQTT等傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備與手機(jī)之間的通信?！　?/p>