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一、功能需求
- 火焰传感器检测到火焰时，蜂鸣器报警，直到无火焰时停止报警
- 语音控制多个LED灯的开和关（二楼灯、餐厅灯、客厅灯、卫生间灯）
- 语音开启摄像头，并在对应IP地址的网页上实时监控画面
- 语音控制摄像头拍摄照片，存在当前文件夹下（通过filezilla将照片传到PC上查看）
- 语言开启人脸识别功能，将拍摄照片与本人照片对比，识别成功蜂鸣器滴一声，失败滴四声
- 通过socket网络，实现开发板跑服务端，安卓手机跑客户端APP或PC上位机跑客户端，实现手机或上位机远程发送指令完成以上功能，并实时将温湿度传感器所测数据在安卓APP或PC上位机的QT界面上显示
二、开发环境
1、硬件：
Orangepi Zero2 全志H616开发板，语音模块SU-03T，摄像头模组OV9726，蜂鸣器，火焰传感器，4个LED等，4路继电器组，6v电源，若干杜邦线。
2、软件：
MobaXterm、VS Code、FileZilla
3、引脚分配：
在MobaXterm命令控制终端输入gpio readall可以查看开发板上的所有引脚。语音模块、蜂鸣器、火焰传感器和4路继电器组的引脚接线在下图框出。
由于加了温湿度传感器之后板子上引脚不够，所以在第二个视频演示时会把语言识别模块替换下来。温湿度传感器对应IO为，VCC--5V, GND--GND, DAT--3wPi。
三、关键点
1、设计模式之工厂模式
工厂模式提供了一种将对象的实例化过程封装在工厂类中的方式。本文通过使用工厂模式，将对象的创建与使用代码分离，提供一种统一的接口来创建不同类型的对象。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象（链表）。
//1.指令工厂初始化
pCommandHead = addVoiceContrlToInputCommandLink(pCommandHead);//串口
pCommandHead = addSocketContrlToInputCommandLink(pCommandHead);
//2.设备控制工厂初始化
//四个LED+火灾+蜂鸣器+摄像头
pdeviceHead = addBathroomLightToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addUpstairLightToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addRestaurantLightToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addLivingroomLightToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addFireToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addBeepToDeviceLink(pdeviceHead);
pdeviceHead = addCameraToDeviceLink(pdeviceHead);2、线程
主函数中创建了三个线程：语音线程、火焰检测线程、网络线程。
语音线程（voiceThread）：完成串口的配置和初始化，在while循环里每隔0.3s检查串口是否有语音命令词到来，有则执行对应操作。
火焰检查线程（socketThread）：while循环里每隔0.5s检测是否有火焰，有则蜂鸣器发出警报，知道无火焰。
网络线程（socketThread）：接收客户端指令，实现上位机远程发送指令完成 [ 功能要求 ] 所述功能；给客户端发送温湿度传感器所测数据，实时显示在QT界面上。
//1、接收客户端的指令控制灯和摄像头 执行指令功能与语音控制复用
//2、向客户端发送温湿度数据
void *socket_thread(){
struct sockaddr_in c_addr;
memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
int clen = sizeof(struct sockaddr_in);
socketHandler = findCommandByName("socketServer", pCommandHead);
if(socketHandler == NULL){
printf("find socketHandler error\n");
pthread_exit(NULL);
}
printf("%s init success\n", socketHandler->commandName);
socketHandler->Init(socketHandler, NULL, NULL);
while(1){
c_fd = accept(socketHandler->sfd, (struct sockaddr *)&c_addr, &clen);
piThreadCreate(read_thread);
pthread_tempAndHumi_create();
}
}在网络线程中，首先对套接字进行初始化配置，包括IPV4因特网协议、TCP协议的配置（socket），绑定IP地址和端口号（bind），通过套接字标识符监听对应端口（listen）并等待客户端接入（accept）。
客户端接入后，即创建读数据线程，在while循环中进程阻塞在read函数，直到客户端发出指令，指令的执行函数与语音模块的语音指令执行函数复用（voiceContrlFunc函数在第4小点展示）。例如：在QT界面按下 [开客厅灯] 按钮，客户端通过网络发出字符串"OLL" ，在服务端read读到指令放入socketHandler->command，调用函数voiceContrlFunc(socketHandler->command)执行指令。
同时客户端在接入之后会调用函数pthread_tempAndHumi_create()创建发数据的线程，即实时发送温湿度的数据，QT中配合信号槽接收数据并在QT界面上显示，代码如下。
void *read_thread(){
while(1){
int n_read = 0;
memset(socketHandler->command, '\0', sizeof(socketHandler->command));
n_read = read(c_fd, socketHandler->command, sizeof(socketHandler->command));//n_read是读到字节数
voiceContrlFunc(socketHandler->command);
if(n_read == -1){
perror("read");
}
else if(n_read>0){
printf("\nget: %d, %s\n",n_read, socketHandler->command);
}
else{
printf("client quit\n");
break;
}
}
}QT程序，控制开关客厅灯的函数：
void Widget::on_livingRoomLight_clicked()
{
if(livingRoomLightFlag == 1){
//客户端向服务端发送消息
if(tcpSocket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState){
ui->livingRoomLight->setText("关客厅灯");
tcpSocket->write("OLL");
ui->textBrowser->append("> 客厅灯已打开\n");
livingRoomLightFlag = 0;
}
else{
ui->textBrowser->append("请先与服务端连接！");
}
}
else{
if(tcpSocket->state() == QAbstractSocket::ConnectedState){
ui->livingRoomLight->setText("开客厅灯");
tcpSocket->write("CLL");
ui->textBrowser->append("> 客厅灯已关闭\n");
livingRoomLightFlag = 1;
}
else{
ui->textBrowser->append("请先与服务端连接！");
}
}
}QT程序中的信号槽连接和TCP网络读函数：
connect(tcpSocket, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(receiveMessages()));
void Widget::receiveMessages()
{
QByteArray tmpByteArray = tcpSocket->readAll();
char* tempHumi;
tempHumi = tmpByteArray.data();
ui->tempLabel->setText(QString::number(tempHumi[0]));
ui->humiLabel->setText(QString::number(tempHumi[2]));
} 
PC端QT界面
APP界面
3、wiringPi库下的相关硬件操作函数调用
包括wiringPi库的初始化，蜂鸣器、火焰传感器、继电器组的输入输出引脚配置和高低电平设置。wiringP库下的串口配置和初始化。
4、语音模块的串口通信
本文用的是全志H616芯片中的串口设备/dev/ttyS5，波特率115200，实现与语音模块的串口通信。语音模块收到我们发出的命令词，将命令词转化为16进制数据通过串口发送到开发板，在程序中完成对串口数据接收、存储、判断是哪种命令、执行对应命令的操作，包括开关二楼灯、餐厅灯、客厅灯、卫生间灯、开启摄像头、拍一张照片和人脸识别。
语音模块SU-03T需要烧入对应命令的SDK，本文配置的SDK是在智能公元/AI产品零代码平台上完成，免费的。
int get_voice_type(char *cmd)
{
if(!strcmp("OLL", cmd)) return OLL;
if(!strcmp("ORL", cmd)) return ORL;
if(!strcmp("OUL", cmd)) return OUL;
if(!strcmp("OBL", cmd)) return OBL;
if(!strcmp("CLL", cmd)) return CLL;
if(!strcmp("CRL", cmd)) return CRL;
if(!strcmp("CUL", cmd)) return CUL;
if(!strcmp("CBL", cmd)) return CBL;
if(!strcmp("OC" , cmd)) return OC ;
if(!strcmp("TAP", cmd)) return TAP;
if(!strcmp("OFR", cmd)) return OFR;
perror("voice recognition failure");
}
void voiceContrlFunc(char *cmd){
switch(get_voice_type(cmd)){
case OLL://OLL ASCII对应的16进制4f 4c 4c
printf("open livingroom light\n");
struct Devices *tmpOpenLivingroomLight = findDeviceByName("livingroomLight", pdeviceHead);
tmpOpenLivingroomLight->open(tmpOpenLivingroomLight->pinNum);
break;
case ORL://ORL 4f 52 4c
printf("open restaurant light\n");
struct Devices *tmpOpenRestaurantLight = findDeviceByName("restaurantLight", pdeviceHead);
tmpOpenRestaurantLight->open(tmpOpenRestaurantLight->pinNum);
break;
case OUL://OUL 4f 55 4c
printf("open upstair light\n");
struct Devices *tmpOpenUpstairLight = findDeviceByName("upstairLight", pdeviceHead);
tmpOpenUpstairLight->open(tmpOpenUpstairLight->pinNum);
break;
case OBL://OBL 4f 42 4c
printf("open bathroom light\n");
struct Devices *tmpOpenBathroomLight = findDeviceByName("bathroomLight", pdeviceHead);
tmpOpenBathroomLight->open(tmpOpenBathroomLight->pinNum);
break;
case CLL://CLL 43 4c 4c
printf("close livingroom light\n");
struct Devices *tmpCloseLivingroomLight = findDeviceByName("livingroomLight", pdeviceHead);
tmpCloseLivingroomLight->close(tmpCloseLivingroomLight->pinNum);
break;
case CRL://CRL 43 52 4c
printf("close restaurant light\n");
struct Devices *tmpCloseRestaurantLight = findDeviceByName("restaurantLight", pdeviceHead);
tmpCloseRestaurantLight->close(tmpCloseRestaurantLight->pinNum);
break;
case CUL://CUL 43 55 4c
printf("close upstair light\n");
struct Devices *tmpCloseUpstairLight = findDeviceByName("upstairLight", pdeviceHead);
tmpCloseUpstairLight->close(tmpCloseUpstairLight->pinNum);
break;
case CBL://CBL 43 42 4c
printf("close bathroom light\n");
struct Devices *tmpCloseBathroomLight = findDeviceByName("bathroomLight", pdeviceHead);
tmpCloseBathroomLight->close(tmpCloseBathroomLight->pinNum);
break;
case OC://OC 4f 43
printf("open camera\n");
printf(" -------------------------------------------------------------------\n");
printf(" --\033[1;32m 已开启摄像头，请到指定网页观看画面 https//192.168.43.206:8081 \033[0m--\n");//黄色字体
printf(" -------------------------------------------------------------------\n");
printf("\n");
break;
case TAP://TAP 54 41 50
printf("take a picture\n");
struct Devices *tmpTakeAPictureCamera = findDeviceByName("camera", pdeviceHead);
tmpTakeAPictureCamera->takeAPicture();
printf(" --------------------------------------\n");
printf(" --\033[1;32m 已拍照，请在当前文件夹下查看照片 \033[0m--\n");//黄色字体
printf(" --------------------------------------\n");
printf("\n");
break;
case OFR://OFR 4f 46 52
printf("open face recognition\n");
struct Devices *tmpFaceRecCamera = findDeviceByName("camera", pdeviceHead);
tmpFaceRecCamera->faceRecognition();
break;
}
}
5、摄像头的实时监控和拍照功能
参考这篇文章：(1031条消息) 香橙派Orange Pi Zero 2开发板配置USB摄像头的方法_阿龙还在写代码的博客-CSDN博客
6、人脸识别
通过命令词【人脸识别】让摄像头拍摄一张照片并与本地的本人照片做对比，成功则蜂鸣器滴一声，失败则滴四声。人脸识别的处理程序调用的是翔云OCR人脸识别 (netocr.com)的人脸识别API，该接口地址https://netocr.com/api/faceliu.do是https协议的地址，https协议是在http和tcp之间多添加了一层，进行身份验证和数据加密。
若要访问https协议的地址，则需要用到Libcurl这个跨平台的网络协议库，配合OpenSSL库，就可以访问https协议的接口。（编译OpenSSL支持Libcurl的https访问，如果直接编译Libcurl，只能访问http不能访问https，需要OpenSSL库才能访问https）
camera.c
#include "contrlDevices.h"
#include <stdio.h>
#include <curl/curl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
extern struct Devices *pdeviceHead;//extern表面变量或函数是定义在其他文件中，声明 为全局变量在该源文件使用
struct Devices* findDeviceByName(char *name, struct Devices *phead);
#define true 1
#define false 0
struct Devices camera;
char buf[1024] = {'\0'};//全局
void cameraTakeAPicture(){
system("(fswebcam -d /dev/video0 --no-banner -r 1280x720 -S 5 ./image.jpg) > tmpFile");//照片存放在当前目录下
}
size_t readData(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, void *stream){
strncpy(buf, ptr, 1024);
}
char *getPicBase64FromFile(char *filePath){
char *bufPic = NULL;
char cmd[128] = {'\0'};
sprintf(cmd, "base64 %s > tmpFile", filePath);
system(cmd);//图片的base64流数据存入tmpFile文件中
int fd = open("./tmpFile", O_RDWR);
int filelen = lseek(fd, 0, SEEK_END);
lseek(fd, 0, SEEK_SET);//重新让文件的光标回到初始位置
bufPic = (char *)malloc(filelen + 2);//+1也可以 多加点没毛病
memset(bufPic, '\0', filelen + 2);
read(fd, bufPic, filelen);
close(fd);
system("rm -f tmpFile");
return bufPic;
}
void cameraFaceRecognition(){
camera.takeAPicture();
CURL *curl;
CURLcode res;
char *postString;
char *img1;
char *img2;
char *key = "DYRrmZz2rTwYGywyWdhKzR";
char *secret = "56bc8e083a9b4d9fbf590413ddcb3a61";
int typeId = 21;
char *format = "xml";
char *bufPic1 = getPicBase64FromFile("./image.jpg");
char *bufPic2 = getPicBase64FromFile("./zyl.jpg");
int len = strlen(key) + strlen(secret) + strlen(bufPic1) + strlen(bufPic2) + 128;
postString = (char *)malloc(len);
memset(postString, '\0', len);//sizeof(postString)替换成len,因为postString是指针
sprintf(postString, "&img1=%s&img2=%s&key=%s&secret=%s&typeId=%d&format=%s", bufPic1, bufPic2, key, secret, 21, format);//拼接字符串
curl = curl_easy_init();
if (curl){
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_COOKIEFILE, "/tmp/cookie.txt"); // 指定cookie文件
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_POSTFIELDS, postString); // 指定post内容
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL,"https://netocr.com/api/faceliu.do"); // 指定url
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, readData);//当有数据回来 调用回调函数
res = curl_easy_perform(curl);
struct Devices *beepHandler = findDeviceByName("beep", pdeviceHead);
if(strstr(buf, "是") != NULL){
beepHandler->open(beepHandler->pinNum); usleep(300000);
beepHandler->close(beepHandler->pinNum);
printf("\n");
printf(" -----------------------------------\n");
printf(" --\033[1;32m 人脸识别成功: the same person \033[0m--\n");//绿色字体
printf(" -----------------------------------\n");
printf("\n");
}
else{
int i = 4;
while(i--){
beepHandler->open(beepHandler->pinNum); usleep(200000);
beepHandler->close(beepHandler->pinNum); usleep(100000);
}
printf("\n");
printf(" ------------------------------------\n");
printf(" --\033[1;31m 人脸识别失败: different person \033[0m--\n");//红色字体
printf(" ------------------------------------\n");
printf("\n");
}
curl_easy_cleanup(curl);
}
}
//实例化对象
struct Devices camera = {
.deviceName = "camera",
.takeAPicture = cameraTakeAPicture,
.faceRecognition = cameraFaceRecognition
};
struct Devices* addCameraToDeviceLink(struct Devices *phead){
if(phead == NULL){
return &camera;
}
else{//头插
camera.next = phead;
phead = &camera;
return phead;
}
}7、qt程序跨平台运行（编译成安卓APP）
搭建环境所需的安装包：
四、编译和运行
编译时需要用到一些库文件和该库文件里的头文件，用到温湿度传感器时加上tempAndHumi.c
gcc bathroomLight.c livingroomLight.c restaurantLight.c upstairLight.c socketContrl.c voiceContrl.c fireDetection.c beep.c camera.c usartContrl.c main.c -I ../httpHandler/curl-7.71.1/_install/include/ -L ../httpHandler/curl-7.71.1/_install/lib/ -lcurl -lwiringPi -lpthread运行：
sudo ./a.out五、视频功能展示
智能家居功能展示
PC端QT界面功能展示
安卓app功能展示