01 引言

在當(dāng)今快速發(fā)展的科技時(shí)代，環(huán)境監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域中不可或缺的一部分。從城市規(guī)劃到工業(yè)生產(chǎn)，從農(nóng)業(yè)管理到健康生活，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用無(wú)處不在，為人類提供了對(duì)自然環(huán)境變化的實(shí)時(shí)洞察，幫助我們做出更加科學(xué)合理的決策。

環(huán)境監(jiān)測(cè)的核心在于通過(guò)各類傳感器收集溫度、濕度、光照、空氣質(zhì)量、氣體成分、水質(zhì)和噪聲等數(shù)據(jù)，并傳輸至嵌入式終端設(shè)備進(jìn)行處理和分析。嵌入式終端設(shè)備作為系統(tǒng)的“大腦”，不僅負(fù)責(zé)讀取傳感器數(shù)據(jù)，還能夠根據(jù)預(yù)設(shè)算法執(zhí)行智能判斷，觸發(fā)相應(yīng)的控制命令或預(yù)警機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理和優(yōu)化資源配置。

舉例來(lái)說(shuō)，在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，土壤濕度傳感器和光照傳感器被廣泛應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)和光合作用輔助系統(tǒng)，在智能家居環(huán)境中，溫濕度傳感器與空氣凈化器相結(jié)合，可以根據(jù)室內(nèi)空氣狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)工作模式，保持舒適的居住環(huán)境；而在工業(yè)場(chǎng)景中，有害氣體檢測(cè)傳感器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告異常排放，防止環(huán)境污染事件的發(fā)生。

02 項(xiàng)目介紹

《環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目》是一個(gè)智能傳感器控制系統(tǒng)，項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)是基于華清遠(yuǎn)見(jiàn)自主研發(fā)的嵌入式Linux教學(xué)級(jí)開(kāi)發(fā)板——FS-MP1A開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板主控為STM32MP157，集成2個(gè)Cortex-A7核和1個(gè)Cortex-M4核。A7核上可以跑Linux操作系統(tǒng)，在本項(xiàng)目中主要是Linux+Qt應(yīng)用開(kāi)發(fā)，M4核要通過(guò)A7核啟動(dòng)，在本項(xiàng)目里，M4主要是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的控制和數(shù)據(jù)讀取。

項(xiàng)目可以通過(guò)軟件指令輕松管理傳感器，讓它們按照我們的需求工作。M4芯片收集傳感器的數(shù)據(jù)，并將這些信息顯示在屏幕上，讓我們一目了然。而且，系統(tǒng)還能根據(jù)我們?cè)O(shè)定的條件自動(dòng)做出反應(yīng)，比如溫度高了就自動(dòng)開(kāi)風(fēng)扇，讓傳感器變得更加智能和方便。

03 項(xiàng)目涉及技術(shù)點(diǎn)

①通過(guò)STM32CubeIDE，配置A7啟動(dòng)M4的程序

②通過(guò)虛擬串口進(jìn)行下發(fā)消息，實(shí)現(xiàn)功能

③接收消息，呈現(xiàn)到UI界面上

04 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)

以下內(nèi)容主要講解，如何使用我們提供的項(xiàng)目源碼，將項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行起來(lái)。

• M4部分功能概述

M4 核部分主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，首先可以接收 A7 核發(fā)送的指令，根據(jù)指令控制風(fēng)扇、蜂鳴器以及 LED燈工作，同時(shí) M4 部分可以采集環(huán)境光、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，將采集數(shù)值打包成 JSON 字符串然后發(fā)送給 A7。另外，通過(guò)按鍵可以控制數(shù)碼管顯示采集的溫濕度、環(huán)境光數(shù)據(jù)。

• cubeIDE功能配置

首先打開(kāi)cubeIDE，創(chuàng)建一個(gè)新工程，進(jìn)入cubeMX 配置界面，因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)A7與M4 通信，需要配置IPCC與OPENAMP部分，如下圖所示：

（配置 IPCC）

（配置OPENAMP）

配置I2C1用于采集溫濕度、環(huán)境光傳感器數(shù)據(jù)，這里分別選擇PF14、PF15 引腳用作I2C1_SDA 和I2C1_SCL功能。

（配置 I2C1）

因?yàn)樾枰玫?a target="_blank">數(shù)碼管顯示采集的傳感器數(shù)值，這里通過(guò) SPI 進(jìn)行控制，使用 SPI 默認(rèn)引腳，分別對(duì)PE11、PE12、PE13 和 PE14 配置為 SPI4_NSS、SPI4_SCK、SPI4_MISO 和 SPI4_MOSI。切換到 SPI4 標(biāo)簽，勾選給“M4”，“Mode”選擇“Full-Duplex-Master”，使用硬件片選，選擇“Hardware NSS Output Signal”，其配置如下圖所示。

（配置SPI4）

擴(kuò)展板 LED 燈對(duì)應(yīng)的GPIO 引腳分別為PE8、PE10、PF10，這里左鍵點(diǎn)擊設(shè)置為GPIO_Output

（配置引腳為輸出）

可以通過(guò)按鍵中斷控制數(shù)碼管顯示的數(shù)值，這里配置擴(kuò)展板的按鍵為 PF9，如下所示

（配置外部中斷）

另外，這里還需要對(duì)剛才配置的 I/O 引腳設(shè)置“ Pin Reservation”給“ Cortex-M4”，否則 STM32CubeMX不會(huì)生生成 GPIO 初始化相關(guān)代碼。具體操作：在剛才選擇的引腳上，鼠標(biāo)右鍵選擇“ Pin Reservation”->“ Cortex-M4”。

（選擇Cortex-M4）

打開(kāi)GPIO 標(biāo)簽，對(duì) PF9 引腳進(jìn)行配置

實(shí)驗(yàn)中還用到了蜂鳴器與風(fēng)扇，查看原理圖得，對(duì)應(yīng)管腳分別為 PB6 與 PE9，分別配置為 TIM4 與TIM1 功能，在本次實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)默認(rèn)時(shí)鐘頻率為 64MHz，TIM 配置如下所示

（配置 TIM4）

（配置 TIM1）

如果實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板與電腦串口通信，這里可以通過(guò) 485 總線實(shí)現(xiàn)，即配置UART5，如下所示

（配置 UART5）

（配置 UART5）

另外，在本次實(shí)驗(yàn)中，A7 與 M4 數(shù)據(jù)通信和數(shù)碼管顯示相當(dāng)于同時(shí)運(yùn)行，可以通過(guò)配置 FreeRTOS 實(shí)現(xiàn)多任務(wù)運(yùn)行。切換到中間件“Middleware”的“FREERTOS”，默認(rèn)自動(dòng)勾選給 M4 了，然后接口“Interface”選擇“CMSIS_V2”。為了運(yùn)行其他任務(wù)，這里需要切換到“Tasks and Queues”標(biāo)簽，可以看到看到默認(rèn)有個(gè)“defaultTask”任務(wù)，我們點(diǎn)擊“Add”再新增一個(gè)任務(wù)，如圖所示

（配置 FreeRTOS）

上述配置完成以后，還要注意一點(diǎn)，因?yàn)橛玫?FreeRTOS，這里我們不能為每一種外設(shè)生成頭文件，如下所示

配置完成以后保存，然后生成初始化代碼，其間會(huì)出現(xiàn)如下提示框，選擇“Yes”

編譯 qt 界面應(yīng)用程序

①導(dǎo)入 sdk

sdk 位置在【08-Qt 綜合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)教程\工具軟件\sdk\arm-fsmp1x-linux-gnueabihf_sdk-buildroot.tar.gz】，將源碼拷貝到虛擬機(jī)中進(jìn)行解壓并進(jìn)入到工程目錄下

（示例圖）

重定向 sdk 位置

②獲取應(yīng)用程序源碼

源碼位置【08-Qt 綜合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)教程\08-環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目\01-環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目配套示例代碼\7 寸屏幕程序源碼】中的 8_EnvironmentalTest 文件，將源碼拷貝到虛擬機(jī)中進(jìn)行解壓并進(jìn)入到工程目錄下（這里以 7 寸屏幕為例）

③打開(kāi) qt 工程編譯

在 qt 中導(dǎo)入 8_EnvironmentalTest 文件中的.pro 文件，導(dǎo)入完成，如下圖所示：

選擇好自己配置的編譯器，點(diǎn)擊如圖所示左下角圖標(biāo)進(jìn)行編譯。

編譯完成會(huì)生成編譯好的文件，和工程文件在相同目錄下。

（查看 build 文件）

（查看 build 文件）

④拷貝可執(zhí)行文件

通過(guò)有線直連的方式將路由器和開(kāi)發(fā)板用網(wǎng)線連接，電腦連接路由器的 wifi，讓開(kāi)發(fā)板和電腦是同一網(wǎng)段。

首先我們?cè)陂_(kāi)發(fā)板上使用 ifconfig 命令獲得 ip

可以看到我的開(kāi)發(fā)板 ip 為 192.168.3.18，再通過(guò) scp 命令將可執(zhí)行文件拷貝到開(kāi)發(fā)板當(dāng)中，將命令中的 ip 換為你的開(kāi)發(fā)板 ip

傳輸成功后會(huì)在開(kāi)發(fā)板的【~】目錄下看到可執(zhí)行文件

（示例圖）

應(yīng)用程序運(yùn)行

使用下面的命令執(zhí)行可執(zhí)行程序

（運(yùn)行可執(zhí)行程序）

可以看到下面的界面。然后我們可以參照 2.4.1 章節(jié)開(kāi)始操作，去實(shí)現(xiàn)我們相應(yīng)的模塊。

（示例圖）

除了上面如何將項(xiàng)目在板子上跑起來(lái)外，項(xiàng)目說(shuō)明文檔內(nèi)容還包括項(xiàng)目功能演示、項(xiàng)目源碼分析以及SQLite安裝及系統(tǒng)命令等，詳細(xì)項(xiàng)目文檔目錄如下圖。

后臺(tái)私信小雯老師（備注：環(huán)境監(jiān)測(cè)），免費(fèi)領(lǐng)取《環(huán)境監(jiān)測(cè)》項(xiàng)目完整文檔、項(xiàng)目源碼。

05 硬件平臺(tái)

《環(huán)境監(jiān)測(cè)》是一個(gè)Linux+Qt的綜合項(xiàng)目，硬件平臺(tái)是華清遠(yuǎn)見(jiàn)FS-MP1A開(kāi)發(fā)板（主控STM32MP157）

開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介

FS-MP1A開(kāi)發(fā)板是華清遠(yuǎn)見(jiàn)自主研發(fā)的一款高品質(zhì)、高性價(jià)比的Linux+單片機(jī)二合一的嵌入式Linux教學(xué)級(jí)開(kāi)發(fā)板，也是ST官方推薦的一款STM32 Linux開(kāi)發(fā)板。

搭配仿真器、顯示屏、攝像頭、資源擴(kuò)展板等豐富的擴(kuò)展模塊，可拓展物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等相關(guān)技術(shù)學(xué)習(xí)，還可以拓展豐富的項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，非常貼合企業(yè)當(dāng)下開(kāi)發(fā)需求，是一款嵌入式Linux入門進(jìn)階必備開(kāi)發(fā)板！

FS-MP1A開(kāi)發(fā)板配套豐富的學(xué)習(xí)資源，包括開(kāi)發(fā)教程、視頻課程及Linux+Qt綜合項(xiàng)目案例?？蓪?shí)戰(zhàn)“音樂(lè)播放器、智慧家庭、智能工業(yè)電表、智能出行助手、智能貓眼、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安防、智能語(yǔ)音識(shí)別”等10余個(gè)項(xiàng)目案例，涉及家居、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)多種應(yīng)用方向，在案例中使用了多種物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式技術(shù)，包括Qt開(kāi)發(fā)、linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)、linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)云端接入、MQTT協(xié)議、json字符串等知識(shí)點(diǎn)。“硬件+項(xiàng)目”的優(yōu)勢(shì)，也使其廣泛應(yīng)用于高校教學(xué)、學(xué)生畢設(shè)以及個(gè)人開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)。

配套學(xué)習(xí)路線推薦

嵌入式linux開(kāi)發(fā)建議從應(yīng)用層開(kāi)始學(xué)起，因?yàn)槿菀卓焖偕鲜植@得成就感。這個(gè)方向主要是依靠經(jīng)驗(yàn)，不斷地積累不同行業(yè)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)讓你在職場(chǎng)上更有優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于初學(xué)者，在找工作前，也可以多做一些項(xiàng)目案例練手，在實(shí)戰(zhàn)中去理解并應(yīng)用技術(shù)。有精力的話，最好可以基于我們的開(kāi)發(fā)板去拓展一些功能更豐富的項(xiàng)目，做更多技術(shù)上的創(chuàng)新拓展，去參加一些競(jìng)賽，DIY一些更接近實(shí)際產(chǎn)品的項(xiàng)目，這樣的經(jīng)歷，也會(huì)為你的簡(jiǎn)歷及面試加分不少。