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ElfBoard嵌入式Linux开发板学习社区»论坛 › 开源项目 › 开源项目 › 开源项目|智能消防车项目
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本帖最后由 水精灵 于 2025-2-6 11:04 编辑

智慧城市的建设推动了城市各个领域的智能化发展，消防领域也不例外。智慧消防作为智慧城市的重要组成部分，其建设和发展与智慧城市的建设紧密相连。
在此背景下，ElfBoard团队完成了一个创新性的开源项目——利用ELF 1开发板打造的智慧消防车。该项目展现了物联网、数据处理等前沿技术在消防领域的应用潜力，下面就和各位小伙伴展示一下这个开源项目是怎样实现的。

一、项目简介
智能消防小车通过阿里云平台实现远程控制，使得用户可以远程控制小车到达指定地点进行灭火，或者通过火焰传感器检测到火焰时自动响应灭火操作。
二、功能特性
1.数据监测与显示：实时监测小车运行状态，并直观地显示在Web界面上。
2.Web可视化界面：用户可以通过Web界面远程控制小车的移动。
3.远程控制：通过阿里云物联网平台向小车发送指令，实现远程操作和控制。
4.自动灭火：根据火焰传感器检测到的火焰情况，自动触发小车的灭火操作。
三、环境说明
1.开发环境操作系统：Ubuntu18.04 64位版
2.交叉编译工具链：arm-poky-linux-gnueabi-gcc 5.3.0
3.开发板使用Bootloader版本：u-boot-2016.03
4.开发板内核版本：linux-4.1.15
5.开发板移植QT版本：qt5.6.2
四、硬件连接
1、小车驱动装置
小车驱动装置主要由TB6612FNG双电机驱动板、TT马达、车轮等组成。
1）TB6612FNG双电机驱动板：
1.png
2、灭火装置
灭火装置主要由火焰传感器、继电器、水泵等组成。
1）火焰传感器：
2.png
2）继电器：
3.png
3）水泵：
4.png
3、整体连接示意图
5.png
五、内核适配
为支持智能消防小车系统的各项功能，需要对内核源码进行适配。
1、实现正常驱动小车的功能
小车驱动装置主要由TB6612FNG双电机驱动板，驱动板中pwm引脚接受板卡输出的pwm信号，‌通过调整pwm信号的占空比‌来控制输出电压，‌进而控制电机的转速，从而‌控制小车速度，AIN0/AIN1：‌连接板卡的IO端口，‌用于控制电机的转动方向。‌通过控制这两个引脚的电平状态，‌可以实现电机的正转、‌反转或停止。
下面来介绍如何使用elf1板卡进行pwm复用以及gpio复用。‌
1）复用pwm
1）拷贝ELF1开发板资料包\02-Linux 源代码\02-0 出厂内核和uboot源码\内核源码\linux-4.1.15-elf1.tar.bz2内核源码到开发环境/home/elf/work/目录下解压。
elf@ubuntu:~/work$ tar -xvf linux-4.1.15-elf1.tar.bz2
2）修改顶层设备树文件arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi。
elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi
6.png
3）修改设备树文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts。
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts
添加设备节点。
  1. &pwm5 {


  4.         pinctrl-names = "default";
  5.         pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm5>;
  6.         status = "okay";
  7. };


  10. &pwm6 {


  13.         pinctrl-names = "default";
  14.         pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm6>;
  15.         status = "okay";
  16. };


  19. &pwm7 {


  22.         pinctrl-names = "default";
  23.         pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm7>;
  24.         status = "okay";
  25. };


  28. &pwm8 {


  31.         pinctrl-names = "default";
  32.         pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm8>;
  33.         status = "okay";
  34. };
复制代码
7.png
在iomux节点下面添加引脚复用。
  1. pinctrl_pwm5: pwm5grp {
  2.        fsl,pins = <
  3.              MX6UL_PAD_ENET1_TX_DATA1__PWM5_OUT     0x110b0
  4.       >;
  5. };


  8. pinctrl_pwm6: pwm6grp {
  9.        fsl,pins = <
  10.              MX6UL_PAD_ENET1_TX_EN__PWM6_OUT     0x110b0
  11.       >;
  12. };


  15. pinctrl_pwm7: pwm7grp {
  16.        fsl,pins = <
  17.              MX6UL_PAD_CSI_VSYNC__PWM7_OUT     0x110b0
  18.       >;
  19. };


  22. pinctrl_pwm8: pwm8grp {
  23.        fsl,pins = <
  24.              MX6UL_PAD_CSI_HSYNC__PWM8_OUT     0x110b0
  25.       >;
  26. };
复制代码
8.png
取消其它用到csi、enet1功能的地方。
9.png
10.png
11.png
至此pwm已经复用完成。
2）复用gpio
1）修改设备树文件arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts。
elf@ubuntu:~/work$ cd linux-4.1.15-elf1/
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ vi arch/arm/boot/dts/imx6ull-elf1-emmc.dts
在iomux节点下面添加引脚复用。
  1. MX6UL_PAD_CSI_DATA00__GPIO4_IO21        0x17059
  2. MX6UL_PAD_CSI_DATA01__GPIO4_IO22        0x17059
  3. MX6UL_PAD_CSI_DATA02__GPIO4_IO23        0x17059
  4. MX6UL_PAD_CSI_DATA03__GPIO4_IO24        0x17059
  5. MX6UL_PAD_CSI_DATA04__GPIO4_IO25        0x17059
  6. MX6UL_PAD_CSI_DATA05__GPIO4_IO26        0x17059
  7. MX6UL_PAD_CSI_DATA06__GPIO4_IO27        0x17059
  8. MX6UL_PAD_CSI_DATA07__GPIO4_IO28        0x17059
  9. MX6UL_PAD_UART2_TX_DATA__GPIO1_IO20     0x17059
  10. MX6UL_PAD_UART2_RX_DATA__GPIO1_IO21     0x17059
  11. MX6UL_PAD_CSI_MCLK__GPIO4_IO17          0x17059
  12. MX6UL_PAD_CSI_PIXCLK__GPIO4_IO18        0x17059
复制代码
12.png
取消其它用到csi、uart2功能的地方。
13.png
14.png
15.png
至此gpio已经复用完成。
3）编译并替换设备树
1）执行环境变量。
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi
2）编译设备树和内核。
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make imx6ull_elf1_defconfig
elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make dtbs
3）将arch/arm/boot/dts/路径下的imx6ull-elf1-emmc.dtb放到U盘，通过U盘拷贝到开发板。
root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/imx6ull-elf1-emmc.dtb /run/media/mmcblk1p1/
4）保存并重启开发板。
root@ELF1:~# sync                                            
root@ELF1:~# reboot                                          
六、基于云平台的远程数据监测和设备控制
1、配置阿里云物联网平台
1）注册并登录阿里云账号。
2）开通物联网平台服务。
3）开通公共实例。
4）创建产品。
5）添加设备。
6）发布产品。
2、配置IoT Stdio
1）领取IoT Stdio体验版免费试用机会。
2）新建项目。
3）关联物联网平台产品、设备。
4）新建Web应用。
5）配置Web显示界面。
6）发布应用。
3、程序设计
16.png
主函数的实现main.cpp。
  1. int main(int argc, char *argv[])
  2. {
  3.     pthread_t gpio_tid, mqtt_tid;
  4.     // 信号处理
  5.     signal(SIGTERM, SignHandler);
  6.     signal(SIGINT, SignHandler);


  9.     // 初始化控制参数
  10.     if (-1 == init_controller_data())
  11.         goto to_end;


  14.     // 初始化MQTT并建立连接
  15.     init_mqtt();
  16.     // 将设备数据同步到MQTT服务器
  17.     demo_mqtt_send_handler(SET_STRAIGHT_TO_SEND);
  18.     demo_mqtt_send_handler(SET_LEFT_TO_SEND);
  19.     demo_mqtt_send_handler(SET_RIGHT_TO_SEND);
  20.     demo_mqtt_send_handler(SET_BACK_TO_SEND);
  21.     demo_mqtt_send_handler(SET_STOP_TO_SEND);
  22.     demo_mqtt_send_handler(SET_WATER_TO_SEND);


  25.     set_controller(Upperleft, 5.0);
  26.     set_controller(Lowerleft, 5.0);
  27.     set_controller(Upperright, 5.0);
  28.     set_controller(Lowerright, 5.0);
  29.     set_controller(left, 1.0);
  30.     set_controller(right, 1.0);
  31.     set_controller(c8, 1.0);


  34.     demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERLEFT_TO_SEND);
  35.     demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERLEFT_TO_SEND);
  36.     demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERRIGHT_TO_SEND);
  37.     demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERRIGHT_TO_SEND);
  38.     // 创建GPIO线程
  39.     if (pthread_create(&gpio_tid, NULL, gpio_thread, NULL) != 0) {
  40.         perror("pthread_create for gpio_thread");
  41.         goto to_end;
  42.     }


  45.     // 创建MQTT线程
  46.     if (pthread_create(&mqtt_tid, NULL, mqtt_thread, NULL) != 0) {
  47.         perror("pthread_create for mqtt_thread");
  48.         goto to_end;
  49.     }


  52.     pthread_join(gpio_tid, NULL);
  53.     pthread_join(mqtt_tid, NULL);
  54. to_end:
  55. // 遇到异常，退出进程前，回收资源
  56.     release_mqtt();
  57.     release_controller_devices();
  58.     sleep(1);
  59.     exit(1);


  62. }
  63. 初始化控制器参数。
  64. int init_controller_data(void)
  65. {
  66.     controller.left.value = 0;
  67.     controller.right.value = 0;
  68.     controller.Upperleft.value = 0;
  69.     controller.Upperright.value = 0;
  70.     controller.Lowerleft.value = 0;
  71.     controller.Lowerright.value = 0;
  72.     controller.go_straight.value = 0;
  73.     controller.turn_left.value = 0;
  74.     controller.turn_right.value = 0;
  75.     controller.go_back.value = 0;
  76.     controller.go_stop.value = 0;
  77.     controller.spray_water.value = 0;


  80.     controller.left.flag = 0;
  81.     controller.right.flag = 0;
  82.     controller.Upperleft.flag = 0;
  83.     controller.Upperright.flag = 0;
  84.     controller.Lowerleft.flag = 0;
  85.     controller.Lowerright.flag = 0;
  86.     controller.go_straight.flag = 0;
  87.     controller.turn_left.flag = 0;
  88.     controller.turn_right.flag = 0;
  89.     controller.go_back.flag = 0;
  90.     controller.go_stop.flag = 0;
  91.     controller.spray_water.flag = 0;


  94.     return 0;
  95. }
复制代码
初始化MQTT。
  1. /* init_mqtt, 初始化，跟mqtt服务器建立链接，设置订阅，创建通道管理线程，创建接收处理线程 */
  2. int init_mqtt(void)
  3. {
  4.     int32_t res = STATE_SUCCESS;
  5.     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 */
  6.     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 */
  7.     char sub_topic[100] = {0};


  10.     /* 配置SDK的底层依赖 */
  11.     aiot_sysdep_set_portfile(&g_aiot_sysdep_portfile);
  12.     /* 配置SDK的日志输出 */
  13.     aiot_state_set_logcb(demo_state_logcb);


  16.     /* 创建SDK的安全凭据, 用于建立TLS连接 */
  17.     memset(&cred, 0, sizeof(aiot_sysdep_network_cred_t));
  18.     cred.option = AIOT_SYSDEP_NETWORK_CRED_SVRCERT_CA; /* 使用RSA证书校验MQTT服务端 */
  19.     cred.max_tls_fragment = 16384;                     /* 最大的分片长度为16K, 其它可选值还有4K, 2K, 1K, 0.5K */
  20.     cred.sni_enabled = 1;                              /* TLS建连时, 支持Server Name Indicator */
  21.     cred.x509_server_cert = ali_ca_cert;               /* 用来验证MQTT服务端的RSA根证书 */
  22.     cred.x509_server_cert_len = strlen(ali_ca_cert);   /* 用来验证MQTT服务端的RSA根证书长度 */


  25.     /* 创建1个MQTT客户端实例并内部初始化默认参数 */
  26.     mqtt_handle = aiot_mqtt_init();
  27.     if (mqtt_handle == NULL)
  28.     {
  29.         printf("aiot_mqtt_init failed\n");
  30.         return -1;
  31.     }


  34.     /* TODO: 如果以下代码不被注释, 则例程会用TCP而不是TLS连接云平台 */


  37.     {
  38.         memset(&cred, 0, sizeof(aiot_sysdep_network_cred_t));
  39.         cred.option = AIOT_SYSDEP_NETWORK_CRED_NONE;
  40.     }
  41.     /* 配置MQTT服务器地址 */
  42.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_HOST, (void *)mqtt_host);
  43.     /* 配置MQTT服务器端口 */
  44.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_PORT, (void *)&port);
  45.     /* 配置设备productKey */
  46.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_PRODUCT_KEY, (void *)product_key);
  47.     /* 配置设备deviceName */
  48.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_DEVICE_NAME, (void *)device_name);
  49.     /* 配置设备deviceSecret */
  50.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_DEVICE_SECRET, (void *)device_secret);
  51.     /* 配置网络连接的安全凭据, 上面已经创建好了 */
  52.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_NETWORK_CRED, (void *)&cred);
  53.     /* 配置MQTT默认消息接收回调函数 */
  54.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_RECV_HANDLER, (void *)demo_mqtt_default_recv_handler);
  55.     /* 配置MQTT事件回调函数 */
  56.     aiot_mqtt_setopt(mqtt_handle, AIOT_MQTTOPT_EVENT_HANDLER, (void *)demo_mqtt_event_handler);
  57.     /* 与服务器建立MQTT连接 */
  58.     res = aiot_mqtt_connect(mqtt_handle);
  59.     if (res < STATE_SUCCESS)
  60.     {
  61.         /* 尝试建立连接失败, 销毁MQTT实例, 回收资源 */
  62.         aiot_mqtt_deinit(&mqtt_handle);
  63.         printf("aiot_mqtt_connect failed: -0x%04X\n\r\n", -res);
  64.         printf("please check variables like mqtt_host, produt_key, device_name, device_secret in demo\r\n");
  65.         return -1;
  66.     }


  69.     /* MQTT 订阅topic功能示例, 请根据自己的业务需求进行使用 */
  70.     {
  71.         strcpy(sub_topic, "/sys/k1l0mrfjkHG/control_unit_1/thing/service/property/set");
  72.         res = aiot_mqtt_sub(mqtt_handle, sub_topic, NULL, 1, NULL);
  73.         if (res < 0)
  74.         {
  75.             printf("aiot_mqtt_sub failed, res: -0x%04X\n", -res);
  76.             return -1;
  77.         }
  78.     }
  79.     /* 创建一个单独的线程, 专用于执行aiot_mqtt_process, 它会自动发送心跳保活, 以及重发QoS1的未应答报文 */
  80.     g_mqtt_process_thread_running = 1;
  81.     res = pthread_create(&g_mqtt_process_thread, NULL, demo_mqtt_process_thread, mqtt_handle);
  82.     if (res < 0)
  83.     {
  84.         printf("pthread_create demo_mqtt_process_thread failed: %d\n", res);
  85.         return -1;
  86.     }


  89.     /* 创建一个单独的线程用于执行aiot_mqtt_recv, 它会循环收取服务器下发的MQTT消息, 并在断线时自动重连 */
  90.     g_mqtt_recv_thread_running = 1;
  91.     res = pthread_create(&g_mqtt_recv_thread, NULL, demo_mqtt_recv_thread, mqtt_handle);
  92.     if (res < 0)
  93.     {
  94.         printf("pthread_create demo_mqtt_recv_thread failed: %d\n", res);
  95.         return -1;
  96.     }
  97.     return 0;
  98. }
复制代码
同步设备数据到MQTT服务器。
  1. demo_mqtt_send_handler(SET_STRAIGHT_TO_SEND);
  2. demo_mqtt_send_handler(SET_LEFT_TO_SEND);
  3. demo_mqtt_send_handler(SET_RIGHT_TO_SEND);
  4. demo_mqtt_send_handler(SET_BACK_TO_SEND);
  5. demo_mqtt_send_handler(SET_STOP_TO_SEND);
  6. demo_mqtt_send_handler(SET_WATER_TO_SEND);


  9. demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERLEFT_TO_SEND);
  10. demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERLEFT_TO_SEND);
  11. demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERRIGHT_TO_SEND);
  12. demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERRIGHT_TO_SEND);
复制代码
设置控制器参数。
  1. set_controller(Upperleft, 5.0);
  2. set_controller(Lowerleft, 5.0);
  3. set_controller(Upperright, 5.0);
  4. set_controller(Lowerright, 5.0);
  5. set_controller(left, 1.0);
  6. set_controller(right, 1.0);
  7. set_controller(c8, 1.0);
复制代码
GPIO线程。
  1. // GPIO线程函数
  2. void *gpio_thread(void *arg) {
  3.     while (1) {
  4.         int value = 0;
  5.         set_gpio(c9, 114);
  6.         value = read_gpio_value(c9_GPIO_VALUE);


  9.         pthread_mutex_lock(&gpio_mutex);
  10.         printf("Value: %d\n", value);
  11.         if (value == -1) {
  12.             printf("Error occurred while reading file: %s\n", c9_GPIO_VALUE);
  13.         }
  14.         if (value == 0) {
  15.             cspray_water();
  16.         }
  17.         pthread_mutex_unlock(&gpio_mutex);


  20.         usleep(100000);
  21.     }
  22.     return NULL;
  23. }
  24.     // 创建GPIO线程
  25.     if (pthread_create(&gpio_tid, NULL, gpio_thread, NULL) != 0) {
  26.         perror("pthread_create for gpio_thread");
  27.         goto to_end;
  28.     }
复制代码
MQTT线程。
  1. // MQTT线程函数
  2. void *mqtt_thread(void *arg) {
  3.     while (1) {
  4.         pthread_mutex_lock(&mqtt_mutex);
  5.         if (controller.Upperleft.flag == 1) {
  6.             demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERLEFT_TO_SEND);
  7.             controller.Upperleft.flag = 0;
  8.         }
  9.         if (controller.Lowerleft.flag == 1) {
  10.             demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERLEFT_TO_SEND);
  11.             controller.Lowerleft.flag = 0;
  12.         }
  13.         if (controller.Upperright.flag == 1) {
  14.             demo_mqtt_send_handler(SET_UPPERRIGHT_TO_SEND);
  15.             controller.Upperright.flag = 0;
  16.         }
  17.         if (controller.Lowerright.flag == 1) {
  18.             demo_mqtt_send_handler(SET_LOWERRIGHT_TO_SEND);
  19.             controller.Lowerright.flag = 0;
  20.         }
  21.         if (controller.go_straight.flag == 1) {
  22.             demo_mqtt_send_handler(SET_STRAIGHT_TO_SEND);
  23.             controller.go_straight.flag = 0;
  24.         }
  25.         if (controller.turn_left.flag == 1) {
  26.             demo_mqtt_send_handler(SET_LEFT_TO_SEND);
  27.             controller.turn_left.flag = 0;
  28.         }
  29.         if (controller.turn_right.flag == 1) {
  30.             demo_mqtt_send_handler(SET_RIGHT_TO_SEND);
  31.             controller.turn_right.flag = 0;
  32.         }
  33.         if (controller.go_back.flag == 1) {
  34.             demo_mqtt_send_handler(SET_BACK_TO_SEND);
  35.             controller.go_back.flag = 0;
  36.         }
  37.         if (controller.go_stop.flag == 1) {
  38.             demo_mqtt_send_handler(SET_STOP_TO_SEND);
  39.             controller.go_stop.flag = 0;
  40.         }
  41.         if (controller.spray_water.flag == 1) {
  42.             demo_mqtt_send_handler(SET_WATER_TO_SEND);
  43.             controller.spray_water.flag = 0;
  44.         }
  45.         pthread_mutex_unlock(&mqtt_mutex);


  48.         usleep(100000);
  49.     }
  50.     return NULL;
  51. }
  52.     // 创建MQTT线程
  53.     if (pthread_create(&mqtt_tid, NULL, mqtt_thread, NULL) != 0) {
  54.         perror("pthread_create for mqtt_thread");
  55.         goto to_end;
  56.     }
复制代码
4、应用编译
1）拷贝car.tar.bz2到开发环境/home/elf/work目录下解压。
elf@ubuntu:~/work$ tar xvf car.tar.bz2
2）执行环境变量。
elf@ubuntu:~/work$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi
3）编译。
elf@ubuntu:~/work$ cd car/
elf@ubuntu:~/work/car$ make
4）拷贝mqtt_test到开发板/home/root路径下。
root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/mqtt_test ./
七、项目测试
1.设置Wi-Fi连接。
root@ELF1:~# elf1_cmd_wifi.sh -i 8723 -s 账号 -p 密码
2.执行应用。
root@ELF1:~# ./mqtt_test
17.png
此时可以通过Web界面下发指令控制小车运行。
18.png
Web界面将实时显示小车的运行状态。

19.png
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