OpenHarmony開源開發(fā)者成長計劃“萬能遙控器”項目開發(fā)者。

效果展示

如圖是開發(fā)板GPIO輸出到紅外發(fā)射器的波形和空調(diào)遙控器輸出波形的對比，可以看到波形的變化規(guī)律基本一致。

圖1 波形圖對比 ?

圖 2 設備展示

作品構思

紅外遙控以其簡單、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)勢，一直以來都是家電控制中重要的組成部分。將紅外遙控融入到智能家居的網(wǎng)絡中，不僅能拓寬智能家居的范圍，同時，用戶不需要更換新型設備，也能在原有的設備上體驗到物聯(lián)網(wǎng)帶來的生活便利。

OpenHarmony是由開放原子開源基金會孵化及運營的開源項目，目標是面向全場景、全連接、全智能時代、基于開源的方式，搭建一個智能終端設備操作系統(tǒng)的框架和平臺，促進萬物互聯(lián)產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。其創(chuàng)新性的分布式軟總線，能夠有效解決底層通信協(xié)議的差異，使得分布式應用開發(fā)更加方便。

于是我們決定利用OpenHarmony在物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，推動紅外遙控設備融入在家電網(wǎng)絡，使兩者的融合使用能達到1+1>2的效果。

實踐過程

小熊派Micro

在硬件平臺方面，我們選擇新出的小熊派Micro開發(fā)板，小熊派開發(fā)板搭載了STM32MP157芯片，搭配了4.3寸LCD電容式觸摸屏，并有WIFI電路及標準的E53接口。

在軟件生態(tài)上，該開發(fā)板已完成OpenHarmony 3.0小型系統(tǒng)的移植，并提供了豐富的教程，同時，ST公司還開放了芯片手冊，SDK包等開發(fā)工具，非常適合學生們了解學習計算機系統(tǒng)。ST（意法半導體）是知名的半導體公司，其芯片在覆蓋工業(yè)控制、消費電子等領域，其設計的STM32系列芯片在工業(yè)控制、教育等領域占有重要的地位。

在拿到開發(fā)板后，我們首先跟著小熊派的教程搭建軟件開發(fā)環(huán)境，下載編譯OpenHarmony源碼，然后燒錄固件到開發(fā)板，終于把心心念念的OpenHarmony系統(tǒng)給運行起來了：

圖3 OpenHarmony桌面

接著我們跟著教程，分別學習了OpenHarmony的應用開發(fā)和驅(qū)動開發(fā)。當屏幕出現(xiàn)hello world的字樣時，我就知道我們的開發(fā)已經(jīng)成功了一半。

最后的教程是開發(fā)一個控制LED的應用，通過這個例程，我們學會了如何從底層軟件、中間層、到應用層的全棧開發(fā)范式，對OpenHarmony操作系統(tǒng)的架構有了實際的認識。這為我們后面開發(fā)紅外遙控應用打下了堅實的基礎。

圖4 LED應用

紅外遙控原理

在初步認識了小熊派和OpenHarmony后，要開發(fā)紅外遙控功能，就需要了解紅外遙控的原理。我們通過網(wǎng)上搜集資料來了解紅外協(xié)議的組成的理論知識。這里我們嘗試簡單說明一下紅外遙控的原理：

如下圖所示，以空調(diào)遙控為例。遙控器發(fā)送給空調(diào)的信息其實就是一個二進制的數(shù)組，例如：1001 1010……，數(shù)組特定位上01的組合依據(jù)協(xié)議內(nèi)容有特定的含義，例如bit4和bit5為10時，表示空調(diào)風速為一級風速。

那么這個數(shù)組應該如何從遙控器到達空調(diào)呢？紅外發(fā)射器可以向四周發(fā)射紅外線，由于自然光中也存在紅外光，所以發(fā)射器必須對紅外線編碼，加上38KHZ的載波。這樣，接收器就只要識別38KHZ的紅外光，就能確定其是由遙控器發(fā)射的，從而濾除了自然光的干擾。

下圖中，發(fā)射器發(fā)射載波信號時，接收器會識別并輸出低電平信號，相反，則輸出高電平信號。通過控制方波的高電平時長，來表示邏輯0或1.將0和1組合起來，就構成了紅外協(xié)議里的數(shù)組。

圖5 紅外遙控原理

實踐是檢驗理論的標準。我們決定利用身邊的支持紅外遙控設備，來研究其實際的協(xié)議內(nèi)容。手機的萬能遙控器就是一個完美的發(fā)射設備，于是我們使用一個紅外接收電路，一個邏輯分析儀，來分析遙控器發(fā)出的紅外信號：

圖6 邏輯分析儀和接收電路

有了以上工具，我們就可以在電腦端查看紅外信號波形：

圖7 紅外波形圖

經(jīng)過以上的實踐，我們的理論知識與實踐經(jīng)驗相符合，方案的可行性得到證實，那么就可以開始軟件的開發(fā)了。

PWM驅(qū)動

我們將紅外發(fā)射電路接入小熊派開發(fā)板，并將其信號引腳連接到GPIOA_5。接下來就是要在這個引腳上產(chǎn)生特定的脈沖序列。

由前文可知，我們需要在GPIOA_5上產(chǎn)生一個38KHZ的載波信號。這一點可以利用STM32的TIM2實現(xiàn)，將TIM2的Channel1設置為PWM輸出模式，設置周期為26us和占空比為50%就能實現(xiàn)。

難點在于，在OpenHarmony中開發(fā)驅(qū)動不像我們在stm32f1上開發(fā)驅(qū)動一樣，直接使用庫函數(shù)就可以。在大型的操作系統(tǒng)中，都會有一套驅(qū)動開發(fā)的框架，規(guī)定了某一特定的驅(qū)動的編程規(guī)范。我們要開發(fā)PWM的驅(qū)動，就要遵循OpenHarmony的HDF PWM驅(qū)動開發(fā)框架的規(guī)定。

在之前的學習中，我們已了解了HDF驅(qū)動框架的開發(fā)流程。對于PWM驅(qū)動，我們參考了OpenHarmony官網(wǎng)的PWM開發(fā)文檔以及ST的驅(qū)動HAL庫，實現(xiàn)了符合HDF框架的PWM驅(qū)動。如圖是PWM輸出38KHZ的方波：

圖8 38KHZ載波

IR驅(qū)動

有了載波，接下來就需要能控制載波的產(chǎn)生、關閉，以及持續(xù)時間（決定了邏輯值）。載波的開關在PWM驅(qū)動中已經(jīng)實現(xiàn)了。那么問題就在于如何控制載波的持續(xù)時間。

在紅外遙控中，電平的時間最低一般是600us，要實現(xiàn)微妙級別的計時，熟悉STM32的小伙伴很容易就會想到使用TIM定時器。是的，在這里我們使用TIM3來實現(xiàn)對載波定時控制的功能。

為此，我們設計了一個IR驅(qū)動，他是一個標準的HDF驅(qū)動模塊，其實現(xiàn)的功能有：

?對應用層提供驅(qū)動服務：接收應用層下發(fā)的數(shù)組。

?控制PWM的開關時間：根據(jù)數(shù)組元素值，控制載波的時間。

我們假設應用層下發(fā)的數(shù)組是這樣的格式：其元素的值表示的是電平時間，例如[500,600]的組合表示邏輯0，[500,1600]表示邏輯1.

[500,600,500,600,500,1600,...]

IR驅(qū)動獲得該數(shù)組后，將數(shù)組值設為定時值，并開啟定時器中斷，在中斷中開/關PWM、更新下一次定時時間，就能實現(xiàn)對載波時間的控制。

紅外碼庫的移植

經(jīng)過以上兩個驅(qū)動的開發(fā)，我們能確保底層的實現(xiàn)是正常的，接下來就是應用的開發(fā)了。

首先要思考的就是如何得到我們想要的紅外信號。每一種設備，其紅外協(xié)議的物理層雖然相同，但在編碼的含義上卻有很大差異。要實現(xiàn)萬能遙控的功能，不可能把所有的協(xié)議都寫入代碼，需要一個碼庫來支持。幸運的是，我們找到了這樣一個開源的碼庫，irext。

irext分為兩個部分：碼庫文件和解碼算法。在程序中，使用解碼算法，對特定的碼庫文件進行解碼，就能得到所需的信號數(shù)組。這個數(shù)組就可以直接傳遞給IR驅(qū)動進行發(fā)送。解碼后得到的數(shù)組如下所示：

?

[8967,4499,598,598,598,598,598,598,598,598,598,……]

?

我們在OpenHarmony的JS Engine中添加了一個JS 接口：AC_Control，在這個接口里，我們接收上層JS應用的命令，使用irext的解碼算法和碼庫文件，將命令轉(zhuǎn)換為信號數(shù)組，然后將這個數(shù)組發(fā)送給IR驅(qū)動，從而觸發(fā)紅外信號的產(chǎn)生。

應用程序開發(fā)

1、界面設計

在開始北向應用程序開發(fā)之前，我們要先把整個頁面的UI布局以及樣式先起一個大概的草稿，因為這樣在寫界面的時候效率會翻倍。根據(jù)南向的驅(qū)動想好功能及交互，設計好UI布局后，下一步就是尋找或者制作符合產(chǎn)品風格的圖標。這兩步做完后，我們就可以正式開始碼代碼了。

最終呈現(xiàn)出如下圖效果：

圖9 APP 界面

2、交互邏輯設計

在了解了南向的具體驅(qū)動功能之后，我們再根據(jù)界面樣式設計交互邏輯，比如監(jiān)聽用戶點擊溫度升高，接著調(diào)用注冊號的JS驅(qū)動接口，將調(diào)節(jié)溫度命令發(fā)送給南向接口。其他比如開關，制冷等交互邏輯都是類似的處理邏輯。

理清楚交互邏輯之后，然后就將南向驅(qū)動自定義的JS接口在@system.app.d.ts中進行注冊，注冊完之后在js頁面導入該文件，然后我們就可以開始編寫業(yè)務邏輯了，其中有很多重復的接口邏輯，可以進行封裝，使代碼簡潔明了，可讀性也比較強。

圖10 APP操作演示

項目收獲

通過本項目初期的學習和實踐，我們由淺入深地學習了OpenHarmony的應用以及HDF驅(qū)動開發(fā)，特別是對OpenHarmony的整個系統(tǒng)架構，包括內(nèi)核、驅(qū)動框架、系統(tǒng)服務以及應用程序框架有了一個清晰的認識。也讓我們更深刻地理解了OpenHarmony的分層設計、一次開發(fā)多端部署、分布式系統(tǒng)這些概念，使我們對OpenHarmony的未來發(fā)展充滿興趣與期望。

未來展望

目前我們只實現(xiàn)了紅外遙控的應用，對于物聯(lián)網(wǎng)來說這遠遠不夠，接下來我們還需要考慮如何與其他OpenHarmony設備組網(wǎng)的問題。

當前小熊派團隊正在移植OpenHarmony軟總線，所以我們未能實現(xiàn)組網(wǎng)的功能。未來軟總線能實現(xiàn)的話，就可以其他OpenHarmony設備進行組網(wǎng)，到時候OpenHarmony的萬物互聯(lián)的技術優(yōu)勢將得到充分的體現(xiàn)，OpenHarmony正在發(fā)展中，我們需要耐心以及積極地參與。

除了軟總線，我們還有Plan B，例如可以選擇MQTT等傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，來實現(xiàn)設備與手機之間的通信。