智能小车:用钉钉小程序通过HaaS100控制驱动电机示例

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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。

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。

HaaS100核心板有着丰富的外设接口,如下所示:

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

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。

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

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

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

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。

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。

  • 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。

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。

  • 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。

4.3 开发环境搭建、编译、烧入、运行

4.3.1 AliOS Things开发环境搭建

开发环境的搭建请参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之搭建开发环境》,其中详细的介绍了AliOS Things 3.3的IDE集成开发环境的搭建流程。

4.3.2 电动小车代码下载

智能语音播放器的代码下载请参考 《AliOS Things集成开发环境使用说明之创建工程》,其中,

选择解决方案: “电动小车案例”选择开发板: HaaS100

4.3.3 代码编译、烧录

编译auto_demo的过程如下:

-- 编译固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之编译固件》

-- 烧录固件可参考《AliOS Things集成开发环境使用说明之烧录固件》

4.3.4 运行

运行打印信息

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。