智能掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

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簡介

此Demo采用潤和的智能小車套件為硬件模型，通過修改代碼具備了掃地機(jī)器人簡易的避障功能及防跌落功能，并且能通過wifi接入數(shù)字管家應(yīng)用場景。智能掃地機(jī)不僅能接收數(shù)字管家應(yīng)用下發(fā)的指令啟動或停止掃地機(jī)器人，而且還可以加入到數(shù)字管家的日程管理中。通過日程可以設(shè)定智能掃地機(jī)啟動的時(shí)間段，使其在特定的時(shí)間段內(nèi)，智能掃地機(jī)自動啟動或者停止。

避障功能原理：通過超聲波傳感器，傳回正前方障礙與智能掃地機(jī)的距離信息，配合電機(jī)控制，避開障礙物；

防跌落功能原理：如圖左右各朝下安裝了紅外傳感器，通過紅外對管（發(fā)射管和接收管）收發(fā)特性：1 在地面上時(shí)發(fā)射管發(fā)出的紅外信號充分經(jīng)地面反射回接收管，即接收管能接收到足夠強(qiáng)的紅外光，代碼判斷為在地面；2 小車懸空時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外信號不能被接收管接收，代碼判斷為在懸空狀況；3 再配合兩輪運(yùn)動控制，避免小車跌落。

1. 交互流程：

如上圖所示，智能掃地機(jī)整體方案原理圖可以大致分成：智能掃地機(jī)、數(shù)字管家應(yīng)用、云平臺三部分。智能掃地機(jī)通過MQTT協(xié)議連接華為IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺，從而實(shí)現(xiàn)命令的接收和屬性上報(bào)。關(guān)于智能設(shè)備接入華為云IoT平臺的詳細(xì)細(xì)節(jié)可以參考 連接IoT云平臺指南；智能設(shè)備同數(shù)字管家應(yīng)用之間的設(shè)備模型定義可以參考profile

2. 實(shí)物簡介：

我們使用潤和Wi-Fi IoT智能小車套件來模擬智能掃地機(jī)；

oled屏負(fù)責(zé)顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況，有三種狀況：

1.WIFI_CONNECT_ING（等待配網(wǎng)，未連入WIFI）;
2.WIFI_CONNECT_OK（已經(jīng)連入WIFI，等待自動連入華為云端）；
3.IOT_CONNECT_OK（已經(jīng)連入華為云端）。

reset按鍵控制設(shè)備重啟；
按鍵1可以啟動、暫停智能掃地機(jī)；
按鍵2組合reset按鍵執(zhí)行配網(wǎng)操作；

配網(wǎng)操作：

reset按鍵組合控制按鍵可以清除已保存的配網(wǎng)信息，具體操作：

1 .按下按鍵2，保持按鍵2被按下，執(zhí)行以下第2步；
2 .按下reset按鍵，保持1秒；
3 .先松開reset按鍵，1秒后再松開按鍵2；
4 .OLED顯示W(wǎng)IFI_CONNECT_ING，即進(jìn)入配網(wǎng)模式；

通過NFC模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備碰一碰快速配網(wǎng)。

3.實(shí)物操作體驗(yàn)

如上圖，主要有三個(gè)操作（下面有詳細(xì)介紹）：
1 .手機(jī)碰一碰掃地機(jī)上的標(biāo)簽，自動配網(wǎng)；
2 .手機(jī)上啟動、暫停智能掃地機(jī)；
3 .給智能掃地機(jī)添加日程。

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快速上手

1. 硬件準(zhǔn)備

• Wi-Fi IoT智能小車套件

• 預(yù)裝HarmonyOS手機(jī)一臺

2、Linux編譯服務(wù)器基礎(chǔ)環(huán)境準(zhǔn)備

開發(fā)基礎(chǔ)環(huán)境由windows 工作臺和Linux 編譯服務(wù)器組成。windows 工作臺可以通過samba 服務(wù)或ssh 方式訪問Linux編譯服務(wù)器。其中windows 工作臺用來燒錄和代碼編輯，Linux編譯服務(wù)器用來編譯OpenHarmony代碼，為了簡化步驟，Linux編譯服務(wù)器推薦安裝Ubuntu20.04。

安裝和配置Python

• 打開Linux終端。

• 輸入如下命令，查看python版本號，需要使用python3.7以上版本,否則參考 系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境搭建。

python3 --version

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• 安裝并升級Python包管理工具（pip3）。

sudo apt-get install python3-setuptools python3-pip -ysudo pip3 install --upgrade pip

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安裝hb

• 運(yùn)行如下命令安裝hb

python3 -m pip install --user ohos-build

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設(shè)置環(huán)境變量

vim ~/.bashrc

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將以下命令拷貝到.bashrc文件的最后一行，保存并退出。

export PATH=~/.local/bin:$PATH

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執(zhí)行如下命令更新環(huán)境變量。

source ~/.bashrc

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• 執(zhí)行"hb -h"，有打印以下信息即表示安裝成功

usage: hb
OHOS build system
positional arguments: {build,set,env,clean}  build        Build source code  set         OHOS build settings  env         Show OHOS build env  clean        Clean output
optional arguments: -h, --help      show this help message and exit

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3、Hi3861開發(fā)環(huán)境準(zhǔn)備

在Linux編譯服務(wù)器上搭建好基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境后，需要安裝OpenHarmony 編譯Hi3861 平臺特有的開發(fā)環(huán)境。

安裝編譯依賴基礎(chǔ)軟件

sudo apt-get install -y build-essential gcc g++ make zlib* libffi-dev

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安裝Scons

打開Linux 終端。

運(yùn)行如下命令，安裝Scons安裝包。

python3 -m pip install scons

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運(yùn)行如下命令，查看是否安裝成功。如果安裝成功，查詢結(jié)果下圖所示。

scons -v

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下圖 Scons安裝成功界面，版本要求3.0.4以上

安裝python模塊

sudo pip3 install setuptools kconfiglib pycryptodome ecdsa six --upgrade --ignore-installed six

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安裝gcc_riscv32（WLAN模組類編譯工具鏈）

• 打開Linux終端。

• 下載gcc_riscv32鏡像，下載鏈接。

• 設(shè)置環(huán)境變量，將壓縮包解壓到根目錄

tar -xvf gcc_riscv32-linux-7.3.0.tar.gz -C ~

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設(shè)置環(huán)境變量

vim ~/.bashrc

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將以下命令拷貝到.bashrc文件的最后一行，保存并退出

export PATH=~/gcc_riscv32/bin:$PATH

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生效環(huán)境變量

source ~/.bashrc

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在命令行中輸入如下命令，如果能正確顯示編譯器版本號，表明編譯器安裝成功。

riscv32-unknown-elf-gcc -v

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4、源碼下載&編譯準(zhǔn)備

1.碼云工具下載

curl https://gitee.com/oschina/repo/raw/fork_flow/repo-py3 > /usr/local/bin/repochmod a+x /usr/local/bin/repopip3 install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple requests

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2.代碼下載

OpenHarmony代碼下載

#特別注意：請下載OpenHarmony 1.0.1 版本，后續(xù)會更新支持OpenHarmony其他版本mkdir ~/OpenHarmony1.01cd ~/OpenHarmony1.01repo init -u git@gitee.com:openharmony/manifest.git -b OpenHarmony_1.0.1_release --no-repo-verifyrepo sync -crepo forall -c 'git lfs pull'

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設(shè)備側(cè)代碼下載

具體倉庫地址：https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_smart_home/
具體下載命令如下：

git clone git@gitee.com:openharmony-sig/knowledge_demo_smart_home.git

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編譯前準(zhǔn)備

• 代碼拷貝

cd ~/OpenHarmony1.01cp -RFa ~/knowledge_demo_smart_home/dev/team_x ~/OpenHarmony1.01/vendor/cp -rfa ~/knowledge_demo_smart_home/dev/third_party/iot_link ~/OpenHarmony1.01/third_party/

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• Hispark開發(fā)板相關(guān)文件修改

修改usr_config.mk 文件，地址：device/hisilicon/hispark_pegasus/sdk_liteos/build/config/usr_config.mk

使能如下配置項(xiàng)CONFIG_I2C_SUPPORT=yCONFIG_PWM_SUPPORT=y

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修改wifiservice 文件夾，地址：device/hisilicon/hispark_pegasus/hi3861_adapter/hals/communication/wifi_lite/wifiservice/source/wifi_hotspot.c

EnableHotspot函數(shù)中屏蔽如下字段139   //if (SetHotspotIpConfig() != WIFI_SUCCESS) {140   //  return ERROR_WIFI_UNKNOWN;141   //}
地址：device/hisilicon/hispark_pegasus/hi3861_adapter/hals/communication/wifi_lite/wifiservice/source/wifi_device.c
DispatchConnectEvent函數(shù)下 屏蔽StaSetWifiNetConfig相關(guān)代碼行239     //StaSetWifiNetConfig(HI_WIFI_EVT_CONNECTED);260    //StaSetWifiNetConfig(HI_WIFI_EVT_DISCONNECTED);

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整合并修改完成后的目錄結(jié)構(gòu)如下圖：

5、編譯&燒錄

編譯命令：

hb set // 如果是第一次編譯，Input code path 命令行中鍵入"./" 指定OpenHarmony工程編譯根目錄后 回車

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如下圖所示，使用鍵盤上下鍵選中智能掃地機(jī)

hb build // 如果需要全量編譯，可以添加-f 選項(xiàng)

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詳細(xì)的代碼編譯及固件燒錄步驟，請參考 編譯和燒錄指南

6.、設(shè)備配網(wǎng)

• 在設(shè)備上電前需準(zhǔn)備好安裝了數(shù)字管家應(yīng)用的HarmonyOS手機(jī)，詳情見數(shù)字管家應(yīng)用開發(fā), 并在設(shè)置中開啟手機(jī)的NFC功能；

• 寫設(shè)備NFC標(biāo)簽，詳細(xì)操作見設(shè)備NFC標(biāo)簽指導(dǎo)文檔;

• 燒錄完成后，上電。剛燒錄完后設(shè)備處在配網(wǎng)模式下，OLED顯示W(wǎng)IFI_CONNECT_ING，將手機(jī)上半部靠近開發(fā)板NFC標(biāo)簽處，wifi連接成功后會顯示W(wǎng)IFI_CONNECT_OK,成功連入華為云端會顯示IOT_CONNECT_OK；

• 無需任何操作手機(jī)將自動拉起數(shù)字管家應(yīng)用并進(jìn)入配網(wǎng)狀態(tài)，配網(wǎng)過程中無需輸入熱點(diǎn)賬號密碼。具體無感配網(wǎng)相關(guān)流程參考 無感配網(wǎng)指南

7.、操作體驗(yàn)

設(shè)備控制
配網(wǎng)完成后，數(shù)字管家應(yīng)用會自動進(jìn)入智能掃地機(jī)的控制頁面，通過控制頁面可以實(shí)現(xiàn)對智能掃地機(jī)啟動、停止操作

添加日程
使用者可以進(jìn)入數(shù)字管家的日程管理頁面中添加智能掃地機(jī)的相關(guān)日程，具體步驟如下：

• 在輸入日程名稱后，選擇相關(guān)通知成員和掃地機(jī)設(shè)備；

• 選擇期待執(zhí)行的掃地機(jī)操作，例如：設(shè)置智能掃地機(jī)在特定時(shí)間段內(nèi)啟動或停止；

• 設(shè)置日程的重復(fù)日期，例如：可以設(shè)置單次日程(僅在當(dāng)天執(zhí)行)，或者重復(fù)日程(設(shè)置日程在設(shè)定的 星期幾重復(fù)執(zhí)行)