“智慧教室”項目的目標是實現實時采集環境中的溫度、濕度及光照信息，并將這些數據可視化地呈現在Qt圖形界面上。用戶既可以選擇手動控制風扇與窗簾的開關，也可以設置系統根據所采集的環境參數自動調節，以達到舒適的室內環境。接下來，將和各位小伙伴深入探討這一項目的具體實現方式。

一、 功能特性

1、數據監測與顯示：實時監測室內溫度、濕度和光照強度，并直觀地顯示在Qt界面上。

2、手動/感應控制：用戶可以通過切換界面按鈕選擇手動控制風扇和窗簾的狀態，或者根據實時監測到的環境數據，自動的調節風扇和窗簾的狀態，以提供最佳的舒適度和能源利用效率。

3、節能優化：自動調節功能可實時調整設備狀態，以減少能源消耗并提高設備壽命。

二、 環境說明

1、開發環境操作系統：Ubuntu18.04 64位版

2、交叉編譯工具鏈：arm-poky-linux-gnueabi-gcc 5.3.0

3、開發板使用Bootloader版本：u-boot-2016.03

4、開發板內核版本：linux-4.1.15

5、開發板移植QT版本：qt5.6.2

三、 硬件連接

1、風扇與板卡的連接

2、步進電機與板卡的連接

四、 內核適配

ELF 1開發板已集成溫濕度傳感器與光線傳感器，實現環境溫度、濕度和光照強度的采集。為支持智慧教室系統的其它功能，需要對內核源碼進行以下適配步驟。

1、實現風扇轉動的功能

風扇采用pwm的方式來控制，需要在設備樹中進行pwm7的復用。

（1）拷貝ELF1開發板資料包\02-Linux 源代碼\02-0 出廠內核和uboot源碼\內核源碼\linux-4.1.15-elf1.tar.bz2內核源碼到開發環境/home/elf/work/目錄下解壓。

elf@ubuntu:~/work$ tar -xvf linux-4.1.15-elf1.tar.bz2

（2）修改頂層設備樹文件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

（3）修改設備樹文件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pwm7設備節點

&pwm7 { pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm7>; status = "okay"; };

在iomux節點下面添加pwm7引腳復用

pinctrl_pwm7: pwm7grp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_CSI_VSYNC__PWM7_OUT 0x110b0 >; };

取消其它用到csi功能的地方

至此pwm7已經復用完成。

2、實現控制窗簾開合的功能

該項目選用28BYJ-48步進電機實現窗簾的開合操作，28BYJ-48電機需要4個GPIO來控制，需要在設備樹中進行GPIO的復用并在內核中添加電機驅動。（1）修改設備樹文件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

添加設備節點

mymotor { compatible = "motor"; pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&mymotor>; status = "okay"; motorA-gpios = <&gpio4 21 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorB-gpios = <&gpio4 22 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorC-gpios = <&gpio4 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>; motorD-gpios = <&gpio4 24 GPIO_ACTIVE_HIGH>; };

在iomux節點下面添加引腳復用

mymotor: mymotorgrp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_CSI_DATA00__GPIO4_IO21 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA01__GPIO4_IO22 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA02__GPIO4_IO23 0x10b0 MX6UL_PAD_CSI_DATA03__GPIO4_IO24 0x10b0 >; };

（2）添加電機驅動

拷貝motor.c到內核源碼的drivers/gpio目錄下，修改drivers/gpio目錄下的Makefile文件，添加如下內容：

obj-y += motor.o

3、編譯并替換設備樹和內核

（1）執行環境變量

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）編譯設備樹和內核

elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make imx6ull_elf1_defconfig elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make dtbs elf@ubuntu:~/work/linux-4.1.15-elf1$ make zImage

（3）將arch/arm/boot/路徑下的zImage和arch/arm/boot/dts/路徑下的imx6ull-elf1-emmc.dtb放到U盤，通過U盤拷貝到開發板。

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/imx6ull-elf1-emmc.dtb /run/media/mmcblk1p1/ root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/zImage /run/media/mmcblk1p1/

（4）保存并重啟開發板

root@ELF1:~# sync root@ELF1:~# reboot

五、基于Qt界面的數據采集和控制

1、程序設計

主函數的實現main.cpp

int main(int argc, char* argv[]) { QApplication a(argc, argv); if(!ControllerHandler::instance()->startController()) { return 0; } a.setStyle("Fusion"); QFont f = a.font(); f.setPointSize(20); f.setPixelSize(16); a.setFont(f); MWainWindow w; w.setWindowFlags(Qt::FramelessWindowHint); if(a.primaryScreen()) { w.resize(a.primaryScreen()->size()); } w.show(); int ret = a.exec(); return ret; }

設置顯示的時間的樣式和位置

void MWainWindow::showtime() { /* 實例化與設置顯示的位置大小*/ lcdNumber = new QLCDNumber(this); QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen(); // 獲取屏幕分辨率的大小 QSize screenSize = screen->size(); int screenWidth = screenSize.width(); int screenHeight = screenSize.height(); // 根據屏幕分辨率的大小執行不同的操作 if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) { lcdNumber->setGeometry( 850, 9, 100, 40); } else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) { lcdNumber->setGeometry( 650, 9, 100, 40); } else { qDebug() << "Performing other operation";} /* 設置顯示的位數 8 位 */ lcdNumber->setDigitCount(8); /* 設置樣式 */ lcdNumber->setFrameStyle(QFrame::NoFrame); /* 設置 lcd 顯示為當前系統時間 */ QTime time = QTime::currentTime(); /* 設置顯示的樣式 */ lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss")); lcdNumber->setStyleSheet("color: black"); }

設置顯示的圖片的大小和位置

void MWainWindow::showphoto() { /* 設置大小與位置 */ this->setGeometry(0, 0, 1024, 600); /* 使用資源里的文件時格式是 :+前綴+文件路徑 */ QPixmap pixmap(":images/res.png"); labelImage = new QLabel(this); QScreen *screen = QGuiApplication::primaryScreen(); // 獲取屏幕分辨率的大小 QSize screenSize = screen->size(); int screenWidth = screenSize.width(); int screenHeight = screenSize.height(); // 根據屏幕分辨率的大小執行不同的操作 if (screenWidth == 1024 && screenHeight == 600) { labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 524); } else if (screenWidth == 800 && screenHeight == 480) { labelImage->setGeometry(14, 61, 343, 403); } else { qDebug() << "Performing other operation"; } /* 設置圖像 */ labelImage->setPixmap(pixmap); /* 開啟允許縮放填充 */ labelImage->setScaledContents(true); }

獲取設備的狀態

void MWainWindow::readData() { /* 當定時器計時 1000 毫秒后，刷新 lcd 顯示當前系統時間 */ QTime time = QTime::currentTime(); /* 設置顯示的樣式 */ lcdNumber->display(time.toString("hh:mm:ss")); ControllerHandler* pInstance =ControllerHandler::instance(); float value=-100; int curtainstate = targetCurtainState; pInstance->getValue(TEMPERATURE_SENSOR,value); ui->widget_temp->setData("溫度", QString::number(value) +"°"); if(bOpen==1) { if(value > 31) { ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' '); } else { ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' '); } } pInstance->getValue(HUMIDITY_SENSOR,value); ui->widget_hum->setData("濕度", QString::number(value) +"%"); pInstance->getValue(LIGHT_SENSOR,value); ui->widget_light->setData("亮度", QString::number(value) +" lt"); if(bOpen==1) { if (value >= 0 && value < 100) { if (curtainstate == 0) { printf("Automatic curtain opening!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048); targetCurtainState = 1; } } else if (value >= 100 && value < 500) { if (curtainstate == 1) { printf("Automatic curtain closing!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048); targetCurtainState = 0; } } } if(bOpen==0) { if(bOpen2==1) { //printf("Fan open!!!\n"); ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 10, ' ', ' '); } if(bOpen2==0) { //printf("Fan close!!!\n"); ControllerHandler::instance()->setValue(FAN, 0, ' ', ' '); } } if(bOpen == 0){ if (isFirstCheck) { lastbOpen3 = bOpen3; isFirstCheck = false; } else if (bOpen3 != lastbOpen3) { if(bOpen3 == 1){ printf("Curtain open!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'R', 2048); } else { printf("Curtain close!!!\n"); //ControllerHandler::instance()->setValue(MYMOTOR, ' ', 'L', 2048); } lastbOpen3 = bOpen3; } } }

設置界面樣式

void MWainWindow::Style() { QString qssFileName; qssFileName = ":/green.qss"; QFile file(qssFileName); if(file.open(QFile::ReadOnly| QFile::Text)){ QString qss =file.readAll(); QApplication *app = dynamic_cast(qApp); if(!qss.isEmpty()){ app->setStyleSheet(qss); } file.close(); } }

2、應用編譯

（1）拷貝smartclassroom.tar.bz2到開發環境/home/elf/work目錄下解壓

elf@ubuntu:~/work$ tar xvf smartclassroom.tar.bz2

（2）執行環境變量

elf@ubuntu:~/work/adc$ . /opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi

（3）編譯

elf@ubuntu:~/work$ cd smartclassroom/ elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ qmake elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ make

（4）壓縮

elf@ubuntu:~/work/smartclassroom$ cd ../smartclassroom_output/release/ elf@ubuntu:~/work/smartclassroom_output/release$ tar -cjvf smartclassroom.tar.bz2 *

（5）拷貝smartclassroom.tar.bz2壓縮包到開發板/home/root路徑下解壓

root@ELF1:~# cp /run/media/sda1/smartclassroom.tar.bz2 ./ root@ELF1:~# tar xvf smartclassroom.tar.bz2 root@ELF1:~# chmod 777 * root@ELF1:~# cp lib* /usr/lib root@ELF1:~# sync

六、項目測試

1、確保開發板已正確連接風扇、步進電機和屏幕

2、執行應用

root@ELF1:~# export DISPLAY=:0.0 root@ELF1:~# ./app

應用執行成功后，Qt界面顯示如下，此時可以通過切換按鈕選擇手動控制或者感應控制風扇開關以及窗簾開合。