OpenHarmony有氧拳擊之設(shè)備端開(kāi)發(fā)

一、簡(jiǎn)介

在一個(gè)風(fēng)和日麗，陽(yáng)光明媚的下午，碼農(nóng)們都像往常一樣正在專注地碼代碼。突然前面的小哥哥站起來(lái)，手握開(kāi)發(fā)板，來(lái)回出拳。這是怎么回事？

這是一款拳擊互動(dòng)游戲，本文將帶你一同解開(kāi)其中的奧秘。開(kāi)發(fā)者從中不僅能體驗(yàn)到學(xué)習(xí)知識(shí)的愉悅，還能享受到健身的樂(lè)趣。依托OpenAtom OpenHarmony（以下簡(jiǎn)稱“OpenHarmony”）3.2 Beta1操作系統(tǒng)，樣例分為應(yīng)用端和設(shè)備端兩部分。本文主要介紹設(shè)備端的實(shí)現(xiàn)，后續(xù)會(huì)分享應(yīng)用端的開(kāi)發(fā)。

設(shè)備端：采用小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）開(kāi)發(fā)板，處理加速度計(jì)傳感器數(shù)據(jù)。

應(yīng)用端：采用潤(rùn)和DAYU200（RK3568）開(kāi)發(fā)板，主要處理顯示及音效。

如下圖，左側(cè)為設(shè)備端，右側(cè)為應(yīng)用端：開(kāi)發(fā)者手握設(shè)備端小熊派開(kāi)發(fā)板，觀察屏幕，根據(jù)應(yīng)用端APP顯示，在指定的時(shí)間完成揮拳動(dòng)作；揮拳信息經(jīng)無(wú)線傳遞到應(yīng)用端，應(yīng)用端APP對(duì)揮拳時(shí)機(jī)有相應(yīng)的計(jì)分規(guī)則，最后統(tǒng)計(jì)出總分。

二、原理

相比正常狀態(tài)下，揮拳動(dòng)作會(huì)引起手臂較大的加速度變化。根據(jù)這個(gè)特征，我們使用BearPi-HM_Nano開(kāi)發(fā)板的擴(kuò)展模塊E53_SC2，它內(nèi)部集成了MPU6050傳感器，能夠讀取加速度的大小。

做揮拳動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到揮拳時(shí)加速度的閾值。程序執(zhí)行時(shí)，把實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行比較，判斷是否觸發(fā)了揮拳動(dòng)作。再經(jīng)過(guò)無(wú)線通信，實(shí)時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用端。

三、加速度計(jì)傳感器使用說(shuō)明

設(shè)備端的開(kāi)發(fā)關(guān)鍵在對(duì)加速度計(jì)傳感器的使用，主要涉及兩點(diǎn)：1、重力加速度g的理解；2、如何把MPU6050寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有單位的數(shù)據(jù)？

1、樣例使用的加速度傳感器是MPU6050，它有±2g、±4g、±8g和±16g四個(gè)量程可以選擇。一個(gè)g是指一個(gè)重力加速度，代表9.8米/秒2大小。舉個(gè)例子：假如設(shè)備從高處掉落，其加速計(jì)測(cè)量到的加速度將為0g，因?yàn)閭鞲衅鳑](méi)有受到力的擠壓，處在失重狀態(tài)；假如設(shè)備水平放在桌面上，則加速計(jì)測(cè)量出的加速度為1g(9.8米/秒2)，我們可以理解為受到1g的壓力；

2、MPU6050采用16位的ADC采樣。16位的ADC采樣是什么意思？舉個(gè)例子：如果量程選擇（通過(guò)寄存器選擇）是±2g，16位的ADC采樣，表示的含義是用65536（即2的16次方）種情況去表達(dá)-2到+2g的情況。如下datasheet截圖顯示，AFS_SEL=0，表示±2g量程，當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)為16384，對(duì)應(yīng)表示受到1g的力。例如：數(shù)據(jù)寄存器讀取到的值為X，對(duì)應(yīng)受到的力的大小為Y，則Y=X/16384，單位是g。

四、代碼解析

設(shè)備端代碼主要分為兩個(gè)線程：1、傳感器數(shù)據(jù)處理線程；2、TCP通信線程；它們之間通過(guò)事件的方式進(jìn)行同步通信。

1、傳感器數(shù)據(jù)處理線程主要函數(shù)說(shuō)明：

//E53_SC2模塊MPU6050傳感器數(shù)據(jù)處理主要流程static void DataHandleTask(void){    uint8_t ret;    ret = E53SC2Init();//MPU6050傳感器初始化及配置，配置為+—8g量程    if (ret != 0) {        printf("E53_SC2 Init failed!
");        return;    }    while (1)  {        ret = E53SC2ReadData(&data);//MPU6050傳感器寄存器數(shù)據(jù)讀取        if (ret != 0)  {            printf("E53_SC2 Read Data!
");            return;        }        AccDataHandle(&data);//MPU6050傳感器數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)化為單位為g的數(shù)據(jù)        if (myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] < 0) {            myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] * -1.0;         }        if (myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] < 0) {            myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] * -1.0;         }        if (myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] < 0) {            myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] * -1.0;         }        //判斷實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否大于拳擊閾值Boxing_ACC，大于則設(shè)置事件       if (myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] > Boxing_ACC ||                          myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] > Boxing_ACC || myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] > Boxing_ACC) {            printf("MPU set flg
");            osEventFlagsSet(g_eventFlagsId, FLAGS_MSK1);//觸發(fā)拳擊事件        }        usleep(Delay_10ms);    }}#define MAX_POS_NUM 32767#define LSB 4096.0//MPU6050傳感器數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)化為單位為g的數(shù)據(jù)int AccDataHandle(E53SC2Data *dat){    //量程為+-8g，所以分辨率為4096    if (dat->Accel[ACCEL_X_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {        myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_X_AXIS]/LSB;    } else {        myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] =(-1)* (dat->Accel[ACCEL_X_AXIS]-MAX_POS_NUM)/LSB;    }    if (dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {        myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS]/LSB;    } else {        myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = (-1)*(dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS]-MAX_POS_NUM)/LSB;    }    if (dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {        myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS]/LSB;    } else {        myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] =(-1)*(dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS]-                   MAX_POS_NUM)/LSB;    }return 0;}

2、TCP通信線程主要函數(shù)說(shuō)明：

在本樣例的網(wǎng)絡(luò)通信中，小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）開(kāi)發(fā)板作為客戶端，潤(rùn)和DAYU200（RK3568）開(kāi)發(fā)板作為服務(wù)端。它們之間采用TCP機(jī)制通信。

如下代碼：建立好TCP通信后，常規(guī)狀態(tài)下通信線程處在阻塞態(tài)，當(dāng)拳擊事件觸發(fā)后，則會(huì)發(fā)送信息給服務(wù)端：

static void TCPClientTask(void){    // 在sock_fd 進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，在 new_fd 接收新的鏈接    int sock_fd;    uint32_t flags;    struct sockaddr_in send_addr;   // 服務(wù)器的地址信息    socklen_t addr_length = sizeof(send_addr);    char recvBuf[recvLen];    memset(recvBuf, '', sizeof(recvBuf));    // 連接Wifi    WifiConnect(CONFIG_WIFI_SSID, CONFIG_WIFI_PWD);     // 創(chuàng)建socket    if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {        perror("create socket failed!
");        exit(1);    }    // 初始化預(yù)連接的服務(wù)端地址    send_addr.sin_family = AF_INET;    send_addr.sin_port = htons(CONFIG_SERVER_PORT);    send_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(CONFIG_SERVER_IP);    addr_length = sizeof(send_addr);    //連接    connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&send_addr, addr_length);    printf("TCPClient connect success
");
    while (1) {        memset(recvBuf, '', sizeof(recvBuf));  //等待事件是否觸發(fā)        flags = osEventFlagsWait(g_eventFlagsId, FLAGS_MSK1, osFlagsWaitAny, osWaitForever);        printf("TCP get flag
");        sprintf(sendbuf,"right
");        send(sock_fd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);//tcp發(fā)出觸發(fā)信息        // 線程休眠一段時(shí)間        usleep(Delay_100ms);//100ms    }    closesocket(sock_fd);}

五、代碼構(gòu)建、編譯及燒錄

1、OpenHarmony 3.2 Beta1源碼下載，地址參考文章結(jié)尾處鏈接； 2、在源碼根目錄下的vendor目錄下，新建team_x文件夾；

3、把boxing文件夾，拷貝到team_x目錄下，如下圖所示：

3、在源碼目錄下，輸入hb set，然后選擇當(dāng)前文件路徑，即輸入.(點(diǎn))，然后通過(guò)方向鍵選取team_x下的boxing，如下圖：

4、輸入hb build -f,開(kāi)始編譯，編譯成功后，會(huì)在根目錄下的out/bearpi_hm_nano/boxing目錄生成Hi3861_wifiiot_app_allinone.bin，如下圖：

5、用HiBurn工具燒錄程序，燒錄參考鏈接在文章結(jié)尾處；

燒錄成功后，可以本地驗(yàn)證項(xiàng)目是否成功：

1、電腦端使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手軟件，建立TCP服務(wù)端，電腦端建立服務(wù)端需要注意以下幾點(diǎn)；

（1）電腦與BearPi-HM Nano開(kāi)發(fā)板連入同一個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)，如圖：電腦與開(kāi)發(fā)板都連入熱點(diǎn)"YYYYYY"；

（2）BearPi-HM Nano開(kāi)發(fā)板程序設(shè)置的IP，電腦的IP，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手服務(wù)端的IP，三者保持一致，如下圖"192.168.1.100"；

（3）點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手的"連接"按鈕，即先啟動(dòng)服務(wù)端。

2、BearPi-HM Nano開(kāi)發(fā)板串口接入電腦，設(shè)置波特率為115200；

3、復(fù)位BearPi-HM Nano開(kāi)發(fā)板，復(fù)位后，串口會(huì)打印Wi-Fi連接成功、TCP連接成功等信息，如下圖（右側(cè)）；

4、手握開(kāi)發(fā)板，嘗試出拳（即揮動(dòng)開(kāi)發(fā)板）。能看到網(wǎng)絡(luò)助手的TCP服務(wù)端窗口，成功接收到同步揮拳信息“right”，如下圖（左側(cè)）：

六、總結(jié)

本文主要講述了拳擊互動(dòng)游戲中，關(guān)于設(shè)備端的開(kāi)發(fā)，使用小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）開(kāi)發(fā)板硬件，在小熊派相關(guān)基礎(chǔ)例程上做了二次開(kāi)發(fā)。本設(shè)備端開(kāi)發(fā)，使用了OpenHarmony的線程、事件、GPIO、IIC、TCP通信等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，再結(jié)合加速度計(jì)傳感器的使用，實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用端同步交互的功能。

本樣例是OpenHarmony知識(shí)體系工作組（相關(guān)鏈接在文章末尾）為廣大開(kāi)發(fā)者分享的樣例。知識(shí)體系工作組結(jié)合日常生活，給開(kāi)發(fā)者規(guī)劃了各種場(chǎng)景的Demo樣例，如智能家居場(chǎng)景、影音娛樂(lè)場(chǎng)景、運(yùn)動(dòng)健康場(chǎng)景等；歡迎廣大開(kāi)發(fā)者一同參與OpenHarmony的開(kāi)發(fā)，更加完善樣例，相互學(xué)習(xí)，相互進(jìn)步。

七、參考連接

本樣例代碼下載鏈接：

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_entainment/tree/master/dev/team_x/boxing

OpenHarmony知識(shí)體系共建開(kāi)發(fā)倉(cāng)：

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge/blob/master/docs/co-construct_demos/README_zh.md

OpenHarmony學(xué)習(xí)路徑：

https://growing.openharmony.cn/mainPlay/learnPath

小熊派BearPi-HM Nano開(kāi)發(fā)板學(xué)習(xí)路徑：

https://growing.openharmony.cn/mainPlay/learnPathMaps?id=19

https://gitee.com/bearpi/bearpi-hm_nano/tree/master

潤(rùn)和DAYU200（RK3568）開(kāi)發(fā)板介紹：

https://gitee.com/hihope_iot/docs/blob/master/HiHope_DAYU200/docs/README.md

https://growing.openharmony.cn/mainPlay/learnPathMaps?id=27

審核編輯 ：李倩