基于OrangePi AIpro开发一个电子纸屏时钟

原创

SummerGao

发布于 2024-07-16 16:51:05

1060

发布于 2024-07-16 16:51:05

文章被收录于专栏：香橙派

OrangePi AIpro

简介

OrangePi AIpro(8T)采用昇腾AI技术路线，具体为4核64位处理器+AI处理器，集成图形处理器，支持8TOPS AI算力，拥有8GB/16GB LPDDR4X，可以外接32GB/64GB/128GB/256GB eMMC模块，支持双4K高清输出。 Orange Pi AIpro引用了相当丰富的接口，包括两个HDMI输出、GPIO接口、Type-C电源接口、支持SATA/NVMe SSD 2280的M.2插槽、TF插槽、千兆网口、两个USB3.0、一个USB Type-C 3.0、一个Micro USB（串口打印调试功能）、两个MIPI摄像头、一个MIPI屏等，预留电池接口，可广泛适用于AI边缘计算、深度视觉学习及视频流AI分析、视频图像分析、自然语言处理、智能小车、机械臂、人工智能、无人机、云计算、AR/VR、智能安防、智能家居等领域，覆盖 AIoT各个行业。 Orange Pi AIpro支持Ubuntu、openEuler操作系统，满足大多数AI算法原型验证、推理应用开发的需求。

开发板的硬件规格

开发板的顶层视图和底层视图

顶层视图

底层视图

开发板的接口详情图

开发板40 pin UART 测试

开发板 40 pin 接口引脚的功能如下表所示，其中标红部分的引脚具有 uart 功能，并且 Linux 系统默认配置为了 uart 功能，可以直接使用。另外请注意 uart0 默认设置为调试串口功能，请不要将其当成普通串口使用。

启动 Linux 系统后，先确认下/dev 下存在 uart 的设备节点。

(base) root@orangepiaipro:~#  ls /dev/ttyAMA*
/dev/ttyAMA0  /dev/ttyAMA1  /dev/ttyAMA2
(base) root@orangepiaipro:~#

uart 设备节点和 uart 对应关系如下所示：

然后开始测试 uart 接口，先使用杜邦线短接要测试的 uart 接口的 rx 和 tx 引脚。不同的 uart 的 rx 和 tx 引脚对应的 40 pin 接口中的引脚如下所示：

绿色线短接的uart2、蓝色线短接的是uart7

然后进入串口测试程序的路径。

(base) root@orangepiaipro:/opt/opi_test# cd /
(base) root@orangepiaipro:/# cd /opt/opi_test/uart/
(base) root@orangepiaipro:/opt/opi_test/uart# ls
serial  serial.c

串口测试程序 serial 的使用方法如下所示：

(base) root@orangepiaipro:/opt/opi_test/uart# ./serial 
Usage: ./serial <serialport>

使用 serial 测试程序可以测试下串口的自收自发。 serial 程序会打开对应的串口发送一个字符串——Hello, Serial Port!，然后打印接收到的字符串。如果自发自收的字符串相同，说明测试成功。

1) uart2 测试命令如下所示：

(base) root@orangepiaipro:/opt/opi_test/uart# ./serial /dev/ttyAMA1
W: Hello, Serial Port!
R: Hello, Serial Port!

2) uart7 测试命令如下所示：

(base) root@orangepiaipro:/opt/opi_test/uart# ./serial /dev/ttyAMA2
W: Hello, Serial Port!
R: Hello, Serial Port!

开发板40 pin GPIO 测试

开发板 40 pin 接口引脚的功能如下表所示，其中标红部分的引脚默认配置为GPIO 功能，可以直接使用，其他具有 GPIO 复用功能的引脚需要修改 DTS 配置才能正常使用 GPIO 的功能。

Linux 镜像中预装了 gpio_operate 工具用于设置 GPIO 管脚的输入与输出方向，也可将每个 GPIO 管脚独立的设为 0 或 1。 gpio_operate 工具的详细使用方法如下所示：

1) gpio_operate 工具必须使用 root 帐号执行。

2) gpio_operate -h 命令可以获取 gpio_operate 工具的帮助信息：

(base) root@orangepiaipro:/# gpio_operate -h
Usage: gpio_operate <Command|-h> [Options...]
gpio_operate Command:
        -h                              : This command's help information.
        set_value                       : Set gpio pin value.
        get_value                       : Get gpio pin value.
        set_direction                   : Set gpio pin direction value.
        get_direction                   : Get gpio pin direction value.
(base) root@orangepiaipro:/#

3) gpio_operate get_direction gpio_group gpio_pin 用于查询 GPIO 管脚方向。

gpio_group 和 gpio_pin 参数说明如下所示：
img
se) root@orangepiaipro:~# gpio_operate get_direction 2 20 Get gpio pin direction value successed, value is 0. (base) root@orangepiaipro:~#
比如 40 pin 中的第 31 号引脚对应的 GPIO 为 GPIO2_20，那么其 GPIO组号为 2， GPIO 管脚号为 20，获取其方向的命令为：
输出的打印信息说明
img
gpio_operate set_direction gpio_group gpio_pin direction 用于设置 GPIO 管脚方向。
gpio_group、 gpio_pin 和 direction 参数说明如下所示：
img
se) root@orangepiaipro:~# gpio_operate set_direction 2 20 1 Set gpio pin direction value successed. (base) root@orangepiaipro:~# 5) gpio_operate get_value gpio_group gpio_pin 命令用于查询 GPIO 管脚值 1. gpio_group 和 gpio_pin 参数说明如下所示：
img
比如 40 pin 中的第 31 号引脚对应的 GPIO 为 GPIO2_20，那么其 GPIO组号为 2， GPIO 管脚号为 20，查询其管脚值的命令如下所示：
比如 40 pin 中的第 31 号引脚对应的 GPIO 为 GPIO2_20，那么其 GPIO组号为 2， GPIO 管脚号为 20，设置其方向为输出的命令为：

(base) root@orangepiaipro:~#  gpio_operate get_value 2 20
Get gpio pin value successed, value is 0. #这里查询到的值为 0， 也就是低电平
(base) root@orangepiaipro:~#

6) gpio_operate set_value gpio_group gpio_pin value 命令用于设置 GPIO 管脚值为高电平或者低电平，注意设置管脚值前，请确保已将 GPIO 管脚的方向设置为输出了。

gpio_group、 gpio_pin 和 value 参数说明如下所示：
img
比如 40 pin 中的第 31 号引脚对应的 GPIO 为 GPIO2_20，那么其 GPIO组号为 2， GPIO 管脚号为 20，设置其输出为高电平的命令为：

(base) root@orangepiaipro:~# gpio_operate set_value 2 20 1
Set gpio pin value successed.
(base) root@orangepiaipro:~#

关机和重启开发板的方法

1) 在 Linux 系统运行的过程中，如果直接拔掉电源断电，可能会导致文件系统丢失某些数据，建议断电前先使用 poweroff 命令关闭开发板的 Linux 系统，然后再拔掉电源。

(base) root@orangepiaipro:~# poweroff

2) 除了 poweroff 命令可以关闭 Linux 系统外，还可以使用开发板上的关机按键来关闭开发板的 Linux 系统，然后再拔掉电源。请注意，关机按键是没有开机功能的。

3) 使用 reboot 命令即可重启开发板中的 Linux 系统。

(base) root@orangepiaipro:~# reboot

测评实验内容

这里基于OrangePi AIpro + 4.3寸电子纸屏 + ESP8266开发款电子纸屏时钟，成品图如下：

开机动画

运行时钟

显示 OrangePi AIpro CPU 实时温度

这里为了美观，减少一堆的接线， OrangePi AIpro与电子墨水屏之间的通信采用的是无线串口通信的方式，485温湿度传感器与OrangePi AIpro也是采用无线通信的方式。编程语言基于Erlang，开发框架基于emqx，这里基于emqx搭建MQTT服务器，简单期间同时对emqx进行二次开发，集成驱动电子纸墨水屏时钟运转的驱动程序。这里涉及到所有软件程序都在OrangePi AIpro部署运行。下面将对开发搭建过程中涉及到的所有内容进行详细介绍。

所用的硬件

● OrangePi AIpro

● 4.3寸串口电子墨水屏

● ESP8266 WIFI模块

● RS485温湿度传感器

● RS485转WIFI串口服务器模块

● 竹木抽纸盒

硬件连接

4.3寸串口电子墨水屏	ESP8266 WIFI模块
DIN	TX(D4)
DOUT	WAKE(D8)
GND	G
VCC	VV

实物接线图↑

RS485温湿度传感器	RS485转WIFI串口服务器模块
A	A
B	B
VCC	C
GND	D

实物接线图↑

所用的软件

● JDK > 1.8

● Erlang 26.2.3

● Emqx > v5.6.0

● Arduino IDE

● 串口调试助手

登录香橙派

第一次使用在不知道IP的情况下可以通过串口登录

1) 首先需要准备一根 Micro USB 接口的数据线

2) 然后将 Micro USB 接口一端插入开发板的 Micro USB 接口中。

3) 再将数据线的另一端插入电脑的 USB 接口中即可。

4) 打开电脑上的设备管理器查看一下端口号。

5) 打开电脑上的串口调试助手。

● 端口选择：COM3

● 波特率选择：115200

看到登录界面时，就可以使用下面的账号和密码来登录 Linux 系统了

7) 用串口调试助手不是很方便，这里我们输入：ifconfig 指令查询一下系统的IP地址，然后改为使用SSH工具连接，这里使用FinalShell。

8) 这里改为以SSH远程登录系统

安装JDK 1.8

源码安装Erlang 需要依赖Java所以这里我们需要安装一下JDK。

1. 下载JDK

下载地址：Java Archive Downloads - Java SE 8u211 and later

2. 下载完成后上传至香橙派

3. 安装

解压

tar -zxvf jdk-8u401-linux-aarch64.tar.gz

安装

mv jdk1.8.0_401 /usr/local/jdk1.8/

配置环境变量

vim /etc/profile

在打开的文件末尾添加

export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

刷新环境变量

source /etc/profile

查看JDK版本

java -version

至此JDK 1.8 已安装完成。

安装Erlang 26.2.5

Emqx是基于erlang进行开发的。

这里使用 Kerl 安装及管理 Erlang。https://github.com/kerl/kerl

1. 安装依赖

sudo apt-get update

sudo apt-get install make 
sudo apt-get install build-essential
sudo apt-get install m4 
sudo apt-get install rsync 
sudo apt-get install lrzsz 
sudo apt-get install bc 
sudo apt-get install sysstat 
sudo apt-get install lsof 
sudo apt-get install wget 
sudo apt-get install automake 
sudo apt-get install autoconf
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install libreadline-dev
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install xsltproc
sudo apt-get  install libxml2-utils
sudo apt-get install unixodbc unixodbc-dev
sudo apt-get install libtool
sudo apt-get install libxml2-utils  xsltproc fop
sudo apt install libwxbase3.0-dev
sudo apt-get install mesa*
sudo apt-get install tk

2. 安装 kerl

安装位置

mkdir /home/SummerGao/kerl && cd /home/SummerGao/kerl

下载kerl

curl -O https://raw.githubusercontent.com/kerl/kerl/master/kerl

修改执行权限 chmod a+x kerl
配种环境变量

vim /etc/profile

在打开的文件末尾添加

export KERL_HOME=/home/SummerGao/kerl
export PATH=${KERL_HOME}/:$PATH

刷新环境变量

source /etc/profile

查看kerl版本

kerl version

至此kerl已安装完成。

3. 安装Erlang

更新可用的已发布版本

kerl update releases

构建 26.2.5

kerl build 26.2.5 26.2.5

构建需要一段时间请耐心等待

查询已构建版本

kerl list builds

状态查看

kerl status

安装 26.2.5

kerl install 26.2.5 ~/kerl/26.2.5

显示已安装版本

kerl list installations

激活26.2.5

. /root/kerl/26.2.5/activate

激活将备份您的 $ PATH，并将其添加到安装的 bin / 目录中。因此，它仅对当前 shell 会话有效，直到您激活另一个安装或调用 kerl_deactivate。

查看已激活的 Erlang 版本 kerl active
img
运行 erl

erl

至此Erlang已安装完成。

4. 安装Erlang 串口驱动

如果想直接通过香橙派AIPro的串口驱动电子纸屏，需要为Erlang安装一下串口驱动，如果使用ESP8266模块借助MQTT通信实现无线连接香橙派AIPro下面的步骤可跳过。

下载驱动

git clone https://github.com/tonyg/erlang-serial.git

这是一个带有 erlang 驱动程序的用于串行通信的端口程序，最初由 Johan Bevemyr 于 1996 年编写，从 2007 年起由 Tony Garnock-Jones 偶尔维护。

修改Makefile

. /root/kerl/26.2.5/activate

cd erlang-serial/

将 FULL_INSTALL_DIR=$(DESTDIR)/erlang/lib/$(INSTALL_DIR)__ 调整为：

FULL_INSTALL_DIR=$(DESTDIR)/$(INSTALL_DIR)

这样可以完全按照我们自己指定的路径位置安装

安装

make

DESTDIR=/root/kerl/26.2.5/lib make install

测试

看到已经成功安装到了erlang 的lib 包下，然后运行一下看一下

Erlang/OTP 26 [erts-14.2.5] [source] [64-bit] [smp:4:3] [ds:4:3:10] [async-threads:1] [jit]

Eshell V14.2.5 (press Ctrl+G to abort, type help(). for help)
1> serial:start().
<0.92.0>
2>

至此erlang串口驱动已安装成功。

安装Arduino IDE、下载MQTT转串口驱动程序至ESP8266 WIFI模块

编译ESP8266 WIFI模块驱动程序使用。

1. 下载 ArduinoIDE

git clone git@github.com:technologiescollege/ArduinoTechnoEduc.git

2. 配置 ArduinoIDE

● 安装ESP8266开发包 ESP8266 Arduino Core’s documentation!

● 安装 PubSubClient MQTT集成包

选择开发板类型

3. 编译及下载程序至ESP8266WIFI模块

在IDE中打开 mqtt_to_serial_wifi_multi.ino 编译，然后选择端口号，下载至WIFI模块。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <ESP8266WiFiMulti.h>

//WiFi相关配置，候选Wifi
const char* ssid_1 = "SummerGao1"; //WiFi名称
const char* password_1 = "123456";//WiFi密码
const char* ssid_2 = "SummerGao2"; //WiFi名称
const char* password_2 = "123456";//WiFi密码
const char* ssid_3 = "SummerGao3"; //WiFi名称
const char* password_3 = "123456";//WiFi密码
//MQTT Client相关配置
const char* mqtt_server = "localhost"; //MQTT服务器地址
const char* mqtt_username = "SummerGao"; //MQTT用户名
const char* mqtt_password = "123456"; //MQTT密码
const char* TOPIC = "home/devices/onoff/"; // 订阅消息主题
const char* TOPIC_WAKEUP = "home/devices/wake_up/"; // 订阅消息主题
const char* client_id = "clientId-ApjJZcy2024Dh";  // 标识当前设备的客户端编号

// WiFi connect timeout per AP. Increase when connecting takes longer.
const uint32_t connectTimeoutMs = 5000;
ESP8266WiFiMulti wifiMulti;

WiFiClient espClient;                             // 定义wifiClient实例
PubSubClient client(espClient);                   // 定义PubSubClient的实例
long lastMsg = 0;                                 // 记录上一次发送信息的时长

void setup() {
  pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT);                   // 定义板载LED灯为输出方式
  pinMode(D8, OUTPUT);                            //D8引脚连接串口墨水屏WAKE引脚
  Serial.begin(115200);
  //D4->TX引脚
  Serial1.begin(115200);
  // 板子通电后要启动，稍微等待一下让板子点亮
  delay(10);
  setup_wifi();                                    //执行Wifi初始化，下文有具体描述
  client.setServer(mqtt_server, 1883);             //设定MQTT服务器与使用的端口，1883是默认的MQTT端口
  client.setCallback(callback);                    //设定回调方式，当ESP8266收到订阅消息时会调用此方法
}

void setup_wifi() {
  // Don't save WiFi configuration in flash - optional
  WiFi.persistent(false);
  // Register multi WiFi networks
  wifiMulti.addAP(ssid_1, password_1);
  wifiMulti.addAP(ssid_2, password_2);
  wifiMulti.addAP(ssid_3, password_3);
  // More is possible

  // Maintain WiFi connection
  if (wifiMulti.run(connectTimeoutMs) == WL_CONNECTED) {
    Serial.print("WiFi connected: ");
    Serial.println(WiFi.SSID());
    Serial.print("IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
  } else {
    Serial.println("WiFi not connected!");
  }

}

//\xA5\x00\x09\x0A\xCC\x33\xC3\x3C\xA6
//A500090ACC33C33CA6
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  //Serial.println(topic);
  if (strcmp(topic, TOPIC_WAKEUP) == 0) {
    String message = "";
    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
      message += (char)payload[i];
    }

    if (message == "WAKE_UP_0") {
      digitalWrite(D8, LOW);
      Serial.println(message);
    } else if (message == "WAKE_UP_1") {
      digitalWrite(D8, HIGH);
      Serial.println(message);
    }
  } else if (strcmp(topic, TOPIC) == 0) {
    char x;
    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
      x = (char)payload[i];
      //串口0：打印指令消息
      Serial.write(x);
      //串口1：转发指令消息
      Serial1.write(x);
    }
  } else {

  }

  if ((char)payload[0] == '1') {
    digitalWrite(BUILTIN_LED, HIGH);   // 亮灯
  } else {
    digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);   // 熄灯
  }
}

void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    // Attempt to connect
    if (client.connect(client_id, mqtt_username, mqtt_password)) {
      Serial.println("connected");
      // 连接成功时订阅主题
      client.subscribe(TOPIC);
      client.subscribe(TOPIC_WAKEUP);
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      //重置wifi连接
      setup_wifi();
      // Wait 5 seconds before retrying
      delay(5000);
    }
  }
}

void loop() {

  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  long now = millis();
  if (now - lastMsg > 2000) {
    lastMsg = now;
    client.publish("home/status/", "{device:client_id,'status':'on'}");
  }
}

代码中需要调整的部分：

//WiFi相关配置，候选Wifi
const char* ssid_1 = "SummerGao1"; //WiFi名称
const char* password_1 = "123456";//WiFi密码
const char* ssid_2 = "SummerGao2"; //WiFi名称
const char* password_2 = "123456";//WiFi密码
const char* ssid_3 = "SummerGao3"; //WiFi名称
const char* password_3 = "123456";//WiFi密码
//MQTT Client相关配置
const char* mqtt_server = "localhost"; //MQTT服务器地址
const char* mqtt_username = "SummerGao"; //MQTT用户名
const char* mqtt_password = "123456"; //MQTT密码
const char* TOPIC = "home/devices/onoff/"; // 订阅消息主题
const char* TOPIC_WAKEUP = "home/devices/wake_up/"; // 订阅消息主题
const char* client_id = "clientId-ApjJZcy2024Dh";  // 标识当前设备的客户端编号

至此ESP8266WIFI 模块已配置完成。

Emqx v5.6.0搭建MQTT服务器及二次开发

基于Emqx搭建MQTT服务器，基于Emqx进行二次开发集成电子纸屏驱动程序。这里已集成完成，可以直接下载develop分支源码编译运行。

1. 下载源码

git clone -b develop git@github.com:SummerGaoPlus/emqx_epaper_clock.git

2. 参数配置

重点部分

开启uart2串口
img
源码构建

cd emqx_epaper_clock

make

4. 运行

cd emqx_epaper_clock

_build/emqx/rel/emqx/bin/emqx console

所有服务运行后监控系统内存使用情况和CPU温度信息

总结

这是对香橙派AIPro的开发板的初次尝试，之前一直在用树莓派4B进行开发。经过使用对比发现香橙派更加的强大，Linux 镜像中预装了很多实用的工具，接口比树莓派要多，更易使用，生态比想象的要完善，官方给出的文档非常的全面，而且是国产中文的，值得拥有，值得去探索。刚到手还在探索中，后期会输出更多有关香橙派AIPro的使用教程及技术博文，分享更多有趣的内容。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

erlang

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