【嵌入式Linux项目】基于Linux的全志H616开发板智能家居项目（语音控制、人脸识别、安卓APP和PC端QT客户端远程操控）有视频功能展示-Toy模板网

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一、功能需求

二、开发环境

1、硬件：

2、软件：

3、引脚分配：

三、关键点

1、设计模式之工厂模式

2、线程

3、wiringPi库下的相关硬件操作函数调用

4、语音模块的串口通信

5、摄像头的实时监控和拍照功能

6、人脸识别

7、qt程序跨平台运行（编译成安卓APP）

四、编译和运行

五、视频功能展示

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。

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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：