基于OpenHarmony的智能指南針 Canvas組件+RK3568開發(fā)板設(shè)計(jì)

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劉麗紅

OpenHarmony 知識(shí)體系工作組 電子指南針是現(xiàn)代的一種重要導(dǎo)航工具，大到飛機(jī)船舶的導(dǎo)航，小到個(gè)人手機(jī)導(dǎo)航，電子指南針可以說(shuō)和咱們生活息息相關(guān)，密不可分。為什么電子指南針能指示方向？本 Demo 將為你呈現(xiàn)，其中蘊(yùn)含了人類智慧及大自然的奧妙。

本項(xiàng)目分為數(shù)據(jù)采集端（設(shè)備端）和效果展示端（應(yīng)用端）：

1、指南針數(shù)據(jù)采集端：使用的是 Geek_Lite_Board 開發(fā)板，其內(nèi)置了三軸磁力計(jì) AK8963，通過(guò)解析磁力計(jì)數(shù)據(jù)獲得指南針數(shù)據(jù)信息，操作系統(tǒng)版本為 OpenAtom OpenHarmony 3.0（以下簡(jiǎn)稱“OpenHarmony”）；

2、指南針效果展示端：使用的是潤(rùn)和 RK3568 開發(fā)板，操作系統(tǒng)版本為 OpenHarmony 3.1 release。

效果展示端則體現(xiàn)了 OpenHarmony JS UI、Canvas 組件和 NAPI 的能力：

1、Canvas 組件是一個(gè)畫布組件，獲取到畫布對(duì)象后，可以自定義繪制圖形，比如圓形，線條等，本項(xiàng)目中應(yīng)用端的指南針界面是基于 Canvas 組件開發(fā)；

2、NAPl (NativeAPI)是 OpenHarmony 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的一種 JS API 實(shí)現(xiàn)機(jī)制，通過(guò) NAPI 可以實(shí)現(xiàn) JS 與 C/C++ 代碼互相訪問(wèn)。本項(xiàng)目應(yīng)用端通過(guò) NAPI 來(lái)接收設(shè)備端發(fā)出的檢測(cè)信息。

當(dāng)設(shè)備應(yīng)用啟動(dòng)之后，運(yùn)行效果如下動(dòng)圖所示：

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一、基本原理

地球是一個(gè)大磁體，地球的兩個(gè)極分別在接近地理南極和地理北極的地方，一般情況下地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度在 0.5 高斯左右（高斯是磁場(chǎng)強(qiáng)度單位）。 Geek_Lite_Board 開發(fā)板帶有 AK8963 三軸磁力計(jì)。三軸磁力計(jì)能夠測(cè)出相互垂直的三個(gè)方向的磁力大小。通常我們把傳感器平放，即讓重力方向與傳感器垂直，假設(shè)重力方向?yàn)?z 軸，其余兩軸為 x 軸和 y 軸。在只受地球磁場(chǎng)的環(huán)境下（忽略其余弱小干擾），x 軸 y 軸檢測(cè)到的磁力數(shù)據(jù)的矢量和就等于接收到的地球磁場(chǎng)。

我們利用 x 軸與 y 軸的比值，就能確定目前朝向正北邊差多少角度。例如現(xiàn)測(cè)到 x 軸數(shù)據(jù)接近 0.5 高斯，y 軸數(shù)據(jù)接近 0，就認(rèn)為目前的 x 軸方向就是正北方。那 x 軸方向是哪個(gè)方向？關(guān)于 x 軸方向，生產(chǎn)傳感器芯片的廠商會(huì)預(yù)定義好傳感器的 x 軸、y 軸及 z 軸方向（通常垂直芯片表面的為 z 軸）。

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數(shù)據(jù)流程

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智能指南針整體方案如上圖所示，主要由 Geek_Lite_Board 開發(fā)板和潤(rùn)和 RK3568 開發(fā)板構(gòu)成，它們采用局域網(wǎng)（路由器）TCP 協(xié)議的通信方式。

1. Geek_Lite_Board 開發(fā)板通過(guò)板載的磁力計(jì)獲取磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，磁場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后得到角度數(shù)據(jù)；

2. 角度信息通過(guò) ESP8266 無(wú)線 Wi-Fi 模塊發(fā)送到指南針應(yīng)用端；

3. 指南針應(yīng)用端通過(guò) NAPI 接口獲取底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并在頁(yè)面展示。

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二、功能實(shí)現(xiàn)

指南針數(shù)據(jù)的獲取

Geek_Lite_Board 開發(fā)板通過(guò) IIC 接口與 AK8963 三軸磁力計(jì)通信，讀取三軸方向的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算后得到指南針的方位數(shù)據(jù)。●?AK8963介紹 AK8963是采用高靈敏度霍爾傳感器技術(shù)，內(nèi)部集成了檢測(cè)x、y、z軸的磁傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)放大器和用于處理每個(gè)傳感器信號(hào)的算術(shù)電路。同時(shí)，還配備了自測(cè)功能。其緊湊的封裝，還可適用于配備gps的手機(jī)的地圖導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)行人導(dǎo)航等功能。●?AK8963測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取

AK8963 和單片機(jī)通過(guò) IIC 接口連接，單片機(jī)操作 IIC 總線按照數(shù)據(jù)手冊(cè)的操作時(shí)序操作即可讀取 AK8963 的數(shù)據(jù)，AK8963 獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

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uint8_t Mpu_Read_Bytes(uint8_t const regAddr, uint8_t *pData, uint8_t len){    int i = 0;    MPU_ENABLE;    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI5, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);    SPI_I2S_SendData(SPI5, regAddr | 0x80);    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI5, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);    SPI_I2S_ReceiveData(SPI5);    for(i=0; i        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI5, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);        SPI_I2S_SendData(SPI5, 0x00);        while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI5, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);        pData[i] = SPI_I2S_ReceiveData(SPI5);    }    MPU_DISABLE;    return 0;}

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●?AK8963數(shù)據(jù)處理得到磁力數(shù)據(jù)

調(diào)用 Mpu_Read_Bytes 函數(shù)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，其中 MPU_BUFF[15] 到 MPU_BUFF[20] 這六個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就是磁力計(jì)的數(shù)據(jù)。此時(shí)的磁力計(jì)數(shù)據(jù)還不穩(wěn)定不能直接用來(lái)計(jì)算指南針的角度，還需要進(jìn)行濾波處理，此處用到的濾波算法是滑動(dòng)均值濾波。數(shù)據(jù)處理代碼如下:

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Mpu_Read_Bytes(MPUREG_ACCEL_XOUT_H, MPU_BUFF, 28);if(MPU_BUFF[14] == 1) {  // 從 MPU_BUFF[]中提取磁力數(shù)據(jù)    Mpu_Data.mag_x = (MPU_BUFF[16] << 8) | MPU_BUFF[15];    Mpu_Data.mag_y = (MPU_BUFF[18] << 8) | MPU_BUFF[17];    Mpu_Data.mag_z = (MPU_BUFF[20] << 8) | MPU_BUFF[19];  // 對(duì)x軸方向磁力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，取滑動(dòng)平均  for(i=0;i<14;i++) {    mag_x_buff[i] = mag_x_buff[i+1]   //滑動(dòng)  }      if(Mpu_Data.mag_x > -500 && Mpu_Data.mag_x < 500) {        mag_x_buff[14] = Mpu_Data.mag_x;    }    //取平均值    Mpu_Calc.mag_x = ( mag_x_buff[0] + mag_x_buff[1] + mag_x_buff[2]      + mag_x_buff[3] + mag_x_buff[4] + mag_x_buff[5] + mag_x_buff[6]     + mag_x_buff[7] + mag_x_buff[8] + mag_x_buff[9] + mag_x_buff[10]     + mag_x_buff[11] + mag_x_buff[12] + mag_x_buff[13]     + mag_x_buff[14] )/15.0f;     // 對(duì)y軸方向磁力計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，取滑動(dòng)平均    for(i=0;i<14;i++){      mag_y_buff[i] = mag_y_buff[i+1];  //滑動(dòng)             }             if(Mpu_Data.mag_y > -500 && Mpu_Data.mag_y < 500){     mag_y_buff[14] = Mpu_Data.mag_y;    }    //取平均值    Mpu_Calc.mag_y = ( mag_y_buff[0] + mag_y_buff[1] + mag_y_buff[2]      + mag_y_buff[3] + mag_y_buff[4] + mag_y_buff[5] + mag_y_buff[6]     + mag_y_buff[7] + mag_y_buff[8] + mag_y_buff[9] + mag_y_buff[10]     + mag_y_buff[11] + mag_y_buff[12] + mag_y_buff[13]     + mag_y_buff[14] )/15.0f;    // 對(duì)磁力計(jì)z軸方向進(jìn)行濾波    mag_z_buff[0] = mag_z_buff[1];    mag_z_buff[1] = Mpu_Data.mag_z;    Mpu_Calc.mag_z = (int16_t)((mag_z_buff[0] + mag_z_buff[1])/ 2.0f);}

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●?角度數(shù)據(jù)計(jì)算

磁力計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)濾波后得到 x y z 三個(gè)軸方向的磁力分量，計(jì)算出 x 和 y軸的 tan 值，再通過(guò)反正切計(jì)算出角度，角度經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均得到最終需要顯示出來(lái)的指南針角度值，計(jì)算過(guò)程見如下代碼。

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  angle_buff[0] = angle_buff[1];  angle_buff[1] = angle_buff[2];  angle_buff[2] = ((uint16_t)(atan2((Mpu_Calc.mag_y - Mag_y_OffSet),      (Mpu_Calc.mag_x - Mag_x_OffSet)) *180 / PI + 180 ));  angle = ((uint16_t)((angle_buff[0] + angle_buff[1] + angle_buff[2]) ??????/?3.0?+?0.5));

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指南針數(shù)據(jù)的傳輸

Geek_Lite_Board 開發(fā)板外掛 ESP8266 Wi-Fi 模組通過(guò)局域網(wǎng) TCP 通信的方式將角度數(shù)據(jù)傳輸給潤(rùn)和 RK3568 開發(fā)板，潤(rùn)和 RK3568 開發(fā)板通過(guò) NAPI 接口獲取底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中解析出角度數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示出來(lái)。 ?

角度數(shù)據(jù)的顯示

角度數(shù)據(jù)的顯示由潤(rùn)和 RK3568 開發(fā)板實(shí)現(xiàn)，主要分為指南針顯示頁(yè)面的繪制和 NAPI 從局域網(wǎng)上獲取角度數(shù)據(jù)并展示到界面上。指南針顯示頁(yè)面 指南針的顯示頁(yè)面主要通過(guò) Canvas 組件畫圖完成，包含方位角度、指南針針盤和指示線，顯示整體效果如下圖所示。

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指南針針盤由一個(gè) Canvas 組件構(gòu)成，包含了三個(gè)部分，分別為刻度盤、角度數(shù)字、方位文字，他們的效果圖分別如下：

●?刻度盤

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●?角度數(shù)字

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●?方位文字

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Canvas組件相關(guān)知識(shí)可以參考：

https://gitee.com/openharmony/docs/blob/master/zh-cn/application-dev/reference/arkui-js/js-components-canvas-canvas.md

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NAPI

NAPI（Native API）是 OpenHarmony 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的一種 JS API 實(shí)現(xiàn)機(jī)制，適合封裝 IO、CPU 密集型、OS 底層等能力并對(duì)外暴露 JS 接口，通過(guò) NAPI 可以實(shí)現(xiàn) JS 與 C/C++ 代碼互相訪問(wèn)。潤(rùn)和 RK3568 應(yīng)用端通過(guò) NAPI 來(lái)接收設(shè)備端發(fā)出的檢測(cè)信息。

底層 NAPI 模塊封裝

●?本應(yīng)用封裝的模塊名為 tcpserverapi，先下載源碼，源碼路徑為： ?

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/dev/team_x/napi_tcpservermodule/tcpservermodule

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●?下載完成后放到 OpenHarmony 3.1 Release 版本源碼根目錄，并配置編譯腳本；第一次編譯完成需要燒寫整個(gè)鏡像，請(qǐng)參考[開發(fā)板上新 | RK3568 開發(fā)板上絲滑體驗(yàn) OpenHarmony 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)]：

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https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_smart_home/tree/master/dev/docs/rk3568_quick_start

?●?后面修改模塊源碼，只需將庫(kù)send到板子里面。命令如下：

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先掛載，再sendhdc_std shell mount -o remount,rw /hdc_std file send libtcpserverapi.z.so system/lib/module/libtcpserverapi.z.so應(yīng)用端導(dǎo)入NAPI模塊import tcpserverapi from '@ohos.tcpserverapi'應(yīng)用端NAPI接口調(diào)用//調(diào)用initServer接口 初始化 TCP 服務(wù)器tcpserverapi.initServer() //調(diào)用recvMsg 獲取并解析SMT32板子發(fā)送過(guò)來(lái)的角度tcpserverapi.recvMsg().then((result) => {                  var resultAngle = result.angle;????????????????})

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更多 NAPI 相關(guān)知識(shí)請(qǐng)參考《標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備應(yīng)用開發(fā) Native Api》視頻課程。 ?

https://www.bilibili.com/video/BV1L44y1p7KE/

? ? 應(yīng)用端代碼地址

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/FA/electronic_compass

設(shè)備側(cè)代碼地址

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/dev/team_x/electronic_compass

https://gitee.com/geekros/OpenHarmony_For_STM32F427/tree/master/dev-code

參考文檔

【電子指南針】

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/docs/electronic_compass_FA

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/docs/electronic_compass_Dev

【RK3568指導(dǎo)】

https://gitee.com/openharmony-sig/knowledge_demo_temp/tree/master/docs/rk3568_helloworld

【Geek_Lite_Board相關(guān)網(wǎng)址】

www.geekros.com

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如何共建開發(fā)樣例

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

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