1小时打造HaaS版小小蛮驴智能车

2024-02-19 09:42:10

1小时打造HaaS版小小蛮驴智能车

1. 案例简介

阿里在云栖大会上发布第一款机器人“小蛮驴”，瞬间激起千层浪。
无人车，智能物流，机器人等一些概念又火热了一把。
借“小蛮驴”的东风以及火热的HaaS，我们推出了更加亲民的“小小蛮驴”，丰富HaaS的场景打造，吸引更多的开发者和企业来加入HaaS的生态建设。

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2. 基础知识

2.1 HaaS100开发板

HaaS100 是一款物联网场景中的标准开发板，并配套嵌入到硬件中的软件驱动及功能模块，为用户提供物联网设备高效开发服务。

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HaaS100核心板有着丰富的外设接口，如下所示：

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详细的资料参考HaaS 100 硬件规格。

2.2 驱动电机

驱动电机芯片是小车最重要的模块之一，2A的强大输出电流为小车提供满满的动力。
在驱动模块接口的定义中包括：
IN1和IN2是控制小车的左电机，IN3和IN4是控制小车的右电机，ENA和ENB引脚为输出使能管脚，高电平有效，IN1、IN2、IN3和IN4可以通过PWM脉冲调速。
电机控制：
IN1高电平，IN2低电平，左电机正传；
IN1低电平，IN2高电平，左电机反传；
IN3高电平，IN4低电平，右电机正传；
IN3低电平，IN4高电平，右电机反传。

2.3 超声波测距模块

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超声波测距一般有4个管脚：
GND：接公共地
VCC：供5V电源
Trigger：触发控制，信号输入引脚
Echo：回响信号输出引脚
超声波测距原理是当发送的超声波遇到物体被发射回来，被接收端接收，然后通过发送信号到接收到回响的信号时间间隔可以测算出距离。

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测距过程如下：HaaS100给Trigger引脚至少10uS的脉冲触发信号，这时候超声波模块发射8个40KHz的方波，然后模块自动检测是否有信号返回。若检测到回响信号，会通过Echo引脚输出一个高电平脉冲，脉冲的宽度就是超声波从发射到返回的时间t。假设小车距离障碍物距离L，2L=vt，L=vt/2，其中v声音的传播速度340m/s。

2.4 红外避障模块

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红外避障原理就是当障碍物靠近的时候，红外接收到的发射光强度越来越大，所以增大了输出的模拟信号，模拟信号接入比较器，经过比较器处理，输出数字信号。读取数字信号电平，就可以判断前方是否有障碍物。

2.5 测速模块

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测速模块主要原理是由码盘结合光电传感器，传感器一端为发射光，另一端接收光，通过测量单位时间内脉冲个数得出小车的速度，本模块采用施密特触发器输出的信号非常稳定( 去抖)。

3. 物料清单

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智能车底板电路

  • 红外接收头子，实现红外遥控小车
  • 5V电源稳压芯片
  • 电机驱动芯片，电流可达2A，为小车提供强大的动力
  • 电源指示灯
  • 保护二极管

其他丰富接口

  • 电机接口
  • 超声波模块接口
  • 舵机模块接口
  • 测速模块接口
  • 红外避障模块接口
  • 电池座接口
  • HaaS连接接口
    | 物料 | 规格 | 购买链接 |
    | :—: | :—: | :—: |
    | HaaS100开发板 |
    | 阿里云天猫链接 |
    | 智能车套件 | 提供完整一套小车配件，结合HaaS100，可以实现云端钉控制 | 微雪微雪链接 |

4. 案例实现

本案例实现了小车模型中的电机控制部分，其他模块部分开发者可以自己研究摸索。

4.1 硬件连接

驱动电机接口 HaaS100 I/O模式
IN1 GPIO47 O
IN2 GPIO40 O
ENA GPIO24 O
IN3 GPIO26 O
IN4 GPIO46 O
ENB GPIO25 O

4.2 软件设计

4.2.1 云端创建产品

参考《一步步打造能手机远程管理的HaaS花卉养植系统》等系列文章，一步步在物联网平台创建产品、对应的物模型以及设备。也可以通过载入TSL文件，一键生成物模型。
创建了HaaS电动车的产品名称，然后定义了前进、后退、暂停、左转、右转等物模型属性。

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按照一步步操作，云端创建产品、物模型以及设备以后，我们可以获取对应的三元组信息。

4.2.2 设备端代码

1、 配置初始化
HaaS100设备端电动小车参考代码的路径在：/solution/auto_demo/data_model_basic_demo.c下。
从物联网云平台创建的产品时候，可以获取调试设备的三元组信息。如下所示：

//三元组信息初始化
int demo_main(int argc, char *argv[])
{
    int32_t     res = STATE_SUCCESS;
    void       *dm_handle = NULL;
    void       *mqtt_handle = NULL;
    char       *url = "iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com"; /* 阿里云平台上海站点的域名后缀 */
    char        host[100] = {0}; /* 用这个数组拼接设备连接的云平台站点全地址, 规则是 ${productKey}.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com */
    uint16_t    port = 443;      /* 无论设备是否使用TLS连接阿里云平台, 目的端口都是443 */
    aiot_sysdep_network_cred_t cred; /* 安全凭据结构体, 如果要用TLS, 这个结构体中配置CA证书等参数 */

    /* TODO: 替换为自己设备的三元组 */
    char *product_key       = "产品key";
    char *device_name       = "设备名";
    char *device_secret     = "设备密钥";
    
    ...
    
    /* 主循环进入休眠 */
    while (1) {
        aos_msleep(1000);
    }
}

2、对驱动电机芯片控制引脚配置
参考代码的路径在：/solution/auto_demo/auto_drv.c下

int auto_gpio_init(void)
{
    int ret = 0;

    temp_gpio.port = IN1_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);
    temp_gpio.port = IN2_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);
    temp_gpio.port = IN3_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);
    temp_gpio.port = IN4_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);

    temp_gpio.port = ENA_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);
    temp_gpio.port = ENB_PIN;
    temp_gpio.config = OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP;
    hal_gpio_init(&temp_gpio);

    //gpio open
    fd = open("/dev/gpio", 0);
    printf("open gpio %s, fd:%d\r\n", fd >= 0 ? "success" : "fail", fd);

    GPIO_Set(ENA_PORT,1);
    GPIO_Set(ENB_PORT,1);
    stop_ctl();

    aos_cli_register_command(&haas_cmd);
    return ret;
}

3、接收云端控制命令
接受处理云端的控制命令，包括后退、左转、右转、停止、前进等。
参考代码的路径在：/solution/auto_demo/data_model_basic_demo.c下

static void demo_dm_recv_handler(void *dm_handle, const aiot_dm_recv_t *recv, void *userdata)
{
    uint8_t i;
    printf("demo_dm_recv_handler, type = %d\r\n", recv->type);

    switch (recv->type) {
        /* 云端下发的属性设置 */
        case AIOT_DMRECV_PROPERTY_SET: {
            printf("msg_id = %ld, params = %.*s\r\n",
                   (unsigned long)recv->data.property_set.msg_id,
                   recv->data.property_set.params_len,
                   recv->data.property_set.params);
            
            char *auto_temp[5]={"back","left","right","stop","front"};
            cJSON *root = cJSON_Parse(recv->data.property_set.params);
            for(i = 0 ;i<5 ;i++){
                cJSON *value = cJSON_GetObjectItem(root,auto_temp[i]);
                if (value != NULL && cJSON_IsNumber(value)) {
                    printf("%s is find!\r\n",auto_temp[i]);  
                    break;      
                }
            }
            switch(i){
                case 0:
                    back_ctl(); //后退
                    printf("---back\r\n");
                break;

                case 1:
                    left_ctl(); //左转
                    printf("---left\r\n");
                break;

                case 2:
                    right_ctl(); //右转
                    printf("---right\r\n");
                break;

                case 3:
                    stop_ctl(); //停止
                    printf("---stop\r\n");
                break;

                case 4:
                    front_ctl(); //前进
                    printf("---front\r\n");
                break;

                default:
                    break;
            }
        }
        break;
            
            ....
                
        default:
            break;
    }
}

4.2.3 小程序开发

1、 云端钉一体小程序SDK获取

git clone -b dev_3.1.0_haas https://github.com/alibaba/AliOS-Things.git

SDK相关代码及操作readme在application/miniapp/目录下。
2、 SDK目录结构

.
├─ lib (存放依赖库的文件夹，用户无需关心)
│    ├─ @alicloud/pop-core     （[https://github.com/aliyun/openapi-core-nodejs-sdk](https://github.com/aliyun/openapi-core-nodejs-sdk)）
│    ├─ kitx
│    └─ iot-packet.js              （封装给用户的文件）
├─ pages                              （页面文件夹，用户在这里自定义页面，示例持续更新中）
│    └─ index                        （首页 选择进入不同示例） 
│             ├─ index.axml         
│             ├─ index.js           
│             ├─ index.acss 
│             └─ index.json 
│    └─ HaasCar                    （示例1 HaaS小小蛮驴）
│             ├─ HaasCar.axml    （页面布局文件）
│             ├─ HaasCar.js        （控制逻辑，用户在这里定义交互行为）
│             ├─ HaasCar.acss    （页面样式）
│             ├─ HaasCar.json      （页面配置，用于配置页面标题等）
│             └─ HaasCar.TSL.json （示例对应的TSL文件，用户可以在物联网平台上导入该文件生成物模型）
│    └─ HaasFlower              （示例2 HaaS养花，目录结构同 HaasCar）
├─ app.js                            （注册小程序，在这里进行全局参数配置，如 AccessKey）
├─ app.acss                         （小程序全局样式）
├─ app.json                         （小程序全局配置，可以在这里设置小程序打开的默认页面）
└─ others

3、 SDK使用
使用小程序开发工具打开miniapp这个工程。

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  • step1 在app.js填写 AccessKeyID 以及 AccessKeySecret ， 获取云端API调用权限
  • step2 填写目标设备 DeviceName 以及 ProductKey，这里是待控制的设备
// app.js
let accessKey = {
  accessKeyId: '<- accessKeyId ->', 	// 填入阿里云平台生成的 assessKeyId 以及 Secret
  accessKeySecret: '<- accessKeySecret ->',
}

// HaasCar.js
let device = {
  DeviceName: '<- DeviceName ->',   // 填入目标设备 DeviceName 以及 ProductKey
  ProductKey: '<- ProductKey ->'
}

代码中提到的几个关键参数：

  • AccessKeyID AccessKeySecret

云账号AccessKey是用户访问阿里云API的密钥。（https://usercenter.console.aliyun.com/#/manage/ak）
安全起见，我们可以采取创建RAM子账号的形式，来对权限进行分离。

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创建完成后，需要手动分配权限，点击右侧，添加权限。我这里直接选择了 **AdministratorAccess。 **添加完成后如下。

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  • DeviceName ProducKey

这两个参数在创建设备时生成。
4、 编译验证
点击小程序IDE右上角“真机调试”按钮，等待二维码生成后，使用钉钉APP扫码，即可发起小程序。

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4.3 编译，烧入，运行

编译命令

...进入到目录/solution/auto_demo
aos make

代码烧写命令

aos burn

串口输入配网指令

netmgr -t wifi -c {ssid} {password}
例如 
ssid:HaaS-test
password:88888888
netmgr -t wifi -c HaaS-test 88888888

运行打印信息

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5. 总结

这么丰富详细的操作步骤，开发者朋友是不是也用了1小时就打造出自己的小小蛮驴电动小车了呢_

我相信有上面这么详细的一步步说明，大家都自己独立完成了电动小车的打造，并且实现了云端钉控制。大家以此为出发点，挖掘越多有意思的智能硬件，通过借助HaaS这样丰富的生态，让很多不智能的设备也很容易的智能化起来。

开发者支持

HaaS官方：https://haas.iot.aliyun.com/
HaaS技术社区：https://blog.csdn.net/HaaSTech
开发者钉钉群和公众号见下图，开发者钉钉群每天都有技术支持同学值班。
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