基于 OpenHarmony 的实时水流量监测管理系统（一）

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一、前言

学习了一段时间的OpenHarmony开发体系后，和小伙伴们一同完成了一个简单的小项目，基于 OpenHarmony 的实时水流量监测管理系统。

二、准备

1、BearPi-HM Micro开发板

2、配置好开发环境

开发环境搭建。

3、熟悉官方提供如何编写一个点亮LED灯程序的步骤。

编写一个点亮LED灯程序。

三、实战

1、系统组成及功能说明

（1）整体介绍

物联网的典型架构：

端：传感器模块上，使用的水表传感器不同于常见的速度/容积式水表， 选用的是霍尔传感器作为水流量的测量依据。

管：小熊派板载 wifi 模组使用 UDP 协议发数据上云端。

云：云端使用华为云服务器接收小熊派 UDP 协议上发的数据，同时建立TCP服务器（即利用 socket 库开发的一个 http 服务器）开放 http get 接口给小程序。

用：微信小程序端。用户通过小程序轻松了解到自家用水情况。

（2）各模块介绍

端

在BearPi-HM Micro开发板上外接一个水流量传感器获取水流信息。

霍尔水流量传感器由塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器组成。它装在进水 端，用于检测进水流量，当水通过水流转子组件时，磁性转子转动并且转速随 着流量变化而变化，霍尔传感器输出相应脉冲信号，反馈给控制器，由控制器 判断水流量的大小，进行调控。

所以只要知道连接传感器引脚上的电平值变化，我们就能知道水流量了。

查找OpenHarmony设备开发文档，了解如何使用GPIO开发。

OpenHarmony设备开发文档-平台驱动使用GPIO。

● 设置 GPIO 管脚方向 在进行 GPIO 管脚读写前，需要先通过如下函数设置 GPIO 管脚方向： int32_t GpioSetDir(uint16_t gpio, uint16_t dir)。

● 通过 GpioRead()函数读取一个 GPIO 管脚电平： int32_t GpioRead(uint16_t gpio, uint16_t *val)。

在点亮LED灯demo的基础上，我们是不是就可以直接在LED业务代码下略加修改就可以读取到管脚上的电平值呢？添加包含GPIO的头文件，就可以直接使用头文件中的函数，这样就可以跳过驱动程序的编写了

#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include "hdf_sbuf.h"
#include "hdf_io_service_if.h"
 /* 添加的代码    #include "gpio_if.h"
#define LED_WRITE_READ 1
#define LED_SERVICE "hdf_led"
static int SendEvent(struct HdfIoService *serv, uint8_t eventData)
{
    int ret = 0;
    struct HdfSBuf *data = HdfSBufObtainDefaultSize();
    if (data == NULL)
    {
        printf("fail to obtain sbuf data!\r\n");
        return 1;
    }
    struct HdfSBuf *reply = HdfSBufObtainDefaultSize();
    if (reply == NULL)
    {
        printf("fail to obtain sbuf reply!\r\n");
        ret = HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY;
        goto out;
    }
    /* 写入数据 */
    if (!HdfSbufWriteUint8(data, eventData))
    {
        printf("fail to write sbuf!\r\n");
        ret = HDF_FAILURE;
        goto out;
    }
    /* 通过Dispatch发送到驱动 */
    ret = serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object, LED_WRITE_READ, data, reply);
    if (ret != HDF_SUCCESS)
    {
        printf("fail to send service call!\r\n");
        goto out;
    }
    int replyData = 0;
    /* 读取驱动的回复数据 */
    if (!HdfSbufReadInt32(reply, &replyData))
    {
        printf("fail to get service call reply!\r\n");
        ret = HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
        goto out;
    }
 /* 添加的代码    GpioSetDir(6, GPIO_DIR_IN);
 /* 添加的代码    ret = GpioRead(6, &val);
 /* 添加的代码    printf("\r\nGet reply is: %d\r\n", val);
    printf("\r\nGet reply is: %d\r\n", replyData);
out:
    HdfSBufRecycle(data);
    HdfSBufRecycle(reply);
    return ret;
}
int main(int argc, char **argv)
{
    int i;    
    /* 获取服务 */
    struct HdfIoService *serv = HdfIoServiceBind(LED_SERVICE);
    if (serv == NULL)
    {
        printf("fail to get service %s!\r\n", LED_SERVICE);
        return HDF_FAILURE;
    }
    for (i=0; i < argc; i++)
    {
        printf("\r\nArgument %d is %s.\r\n", i, argv[i]);
    }
    SendEvent(serv, atoi(argv[1]));
    HdfIoServiceRecycle(serv);
    printf("exit");
    return HDF_SUCCESS;
}

想法异想天开，编译会报错。 细读官网文档的小字提示：

那么就转战到驱动代码处device\st\drivers\led\led.c编写。

#include "hdf_log.h"         
#include "device_resource_if.h"
#include "osal_io.h"
#include "osal.h"
#include "osal_mem.h"
#include "gpio_if.h"
#define HDF_LOG_TAG led_driver // 打印日志所包含的标签，如果不定义则用默认定义的HDF_TAG标签
#define LED_WRITE_READ 1       // 读写操作码1
enum LedOps {
    LED_OFF,
    LED_ON,  
    LED_TOGGLE,
};
struct Stm32Mp1ILed {
    uint32_t gpioNum;
};
static struct Stm32Mp1ILed g_Stm32Mp1ILed;
uint8_t status = 0;
uint32_t status1 = 0;
uint8_t flag = 0;
uint16_t val;
// Dispatch是用来处理用户态发下来的消息
int32_t LedDriverDispatch(struct HdfDeviceIoClient *client, int cmdCode, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply)
{
    uint8_t contrl;
    HDF_LOGE("Led driver dispatch");
    if (client == NULL || client->device == NULL)
    {
        HDF_LOGE("Led driver device is NULL");
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
    }
    switch (cmdCode)
    {
    /* 接收到用户态发来的LED_WRITE_READ命令 */
    case LED_WRITE_READ:
        /* 读取data里的数据，赋值给contrl */
        HdfSbufReadUint8(data,&contrl);                  
        switch (contrl)
        {
        /* 开灯 */
        case LED_ON:                                            
           /*  新增代码 */GpioSetDir(6, GPIO_DIR_IN);
            /*  新增代码 */ret = GpioRead(6, &val);
           /*  新增代码 */ status = val;
           /*  新增代码 */ if(status!=flag){
            /*  新增代码 */    GpioWrite(g_Stm32Mp1ILed.gpioNum, GPIO_VAL_LOW);
            /*  新增代码 */    status1++;
            /*  新增代码 */    flag=!flag;
           /*  新增代码 */ }else{
            /*  新增代码 */    GpioWrite(g_Stm32Mp1ILed.gpioNum, GPIO_VAL_HIGH);
            }                                      
            break;
        /* 关灯 */
        case LED_OFF:                                           
            GpioWrite(g_Stm32Mp1ILed.gpioNum, GPIO_VAL_HIGH);
            status = 0;
            break;
        /* 状态翻转 */
        case LED_TOGGLE:
            if(status == 0)
            {
                GpioWrite(g_Stm32Mp1ILed.gpioNum, GPIO_VAL_LOW);
                status = 1;
            }
            else
            {
                GpioWrite(g_Stm32Mp1ILed.gpioNum, GPIO_VAL_HIGH);
                status = 0;
            }                                        
            break;
        default:
            break;
        }
        /* 把LED的状态值写入reply, 可被带至用户程序 */
        if (!HdfSbufWriteInt32(reply, status))                
        {
            HDF_LOGE("replay is fail");
            return HDF_FAILURE;
        }
        break;
    default:
        break;
    }
    return HDF_SUCCESS;
}
// 读取驱动私有配置
static int32_t Stm32LedReadDrs(struct Stm32Mp1ILed *led, const struct DeviceResourceNode *node)
{
    int32_t ret;
    struct DeviceResourceIface *drsOps = NULL;

    drsOps = DeviceResourceGetIfaceInstance(HDF_CONFIG_SOURCE);
    if (drsOps == NULL || drsOps->GetUint32 == NULL) {
        HDF_LOGE("%s: invalid drs ops!", __func__);
        return HDF_FAILURE;
    }
    /* 读取led.hcs里面led_gpio_num的值 */
    ret = drsOps->GetUint32(node, "led_gpio_num", &led->gpioNum, 0); 
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: read led gpio num fail!", __func__);
        return ret;
    }
    return HDF_SUCCESS;
}
//驱动对外提供的服务能力，将相关的服务接口绑定到HDF框架
int32_t HdfLedDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    if (deviceObject == NULL)
    {
        HDF_LOGE("Led driver bind failed!");
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
    }
    static struct IDeviceIoService ledDriver = {
        .Dispatch = LedDriverDispatch,
    };
    deviceObject->service = (struct IDeviceIoService *)(&ledDriver);
    HDF_LOGD("Led driver bind success");
    return HDF_SUCCESS;
}
// 驱动自身业务初始的接口
int32_t HdfLedDriverInit(struct HdfDeviceObject *device)
{
    struct Stm32Mp1ILed *led = &g_Stm32Mp1ILed;
    int32_t ret;
    if (device == NULL || device->property == NULL) {
        HDF_LOGE("%s: device or property NULL!", __func__);
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
    }
    /* 读取hcs私有属性值 */
    ret = Stm32LedReadDrs(led, device->property);
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("%s: get led device resource fail:%d", __func__, ret);
        return ret;
    }
    /* 将GPIO管脚配置为输出 */
    ret = GpioSetDir(led->gpioNum, GPIO_DIR_OUT);
    if (ret != 0)
    {
        HDF_LOGE("GpioSerDir: failed, ret %d\n", ret);
        return ret;
    }
    HDF_LOGD("Led driver Init success");
    return HDF_SUCCESS;
}
// 驱动资源释放的接口
void HdfLedDriverRelease(struct HdfDevijceObect *deviceObject)
{
    if (deviceObject == NULL)
    {[请添加链接描述](https://docs.openharmony.cn/pages/v3.1/zh-cn/device-dev/driver/driver-hdf-message-management.md/)
    }
    HDF_LOGD("Led driver release success");
    return;
}
// 定义驱动入口的对象，必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量
struct HdfDriverEntry g_ledDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .moduleName = "HDF_LED",
    .Bind = HdfLedDriverBind,
    .Init = HdfLedDriverInit,
    .Release = HdfLedDriverRelease,
};
// 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
HDF_INIT(g_ledDriverEntry);

在此之前要了解OpenHarmony的驱动程序框架HDF（Hardware Driver Foundation），内核态驱动和用户态应用如何互相传递消息。

官方文档：驱动消息机制管理详情解读，可参考这位开发者的文章：【FFH】HDF驱动开发之编写驱动代码。

简单概括就是主要靠Dispatch函数。

用户态获取服务接口并发送消息到驱动。

ret = serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object, LED_WRITE_READ, data, reply);
    if (ret != HDF_SUCCESS)
    {
        printf("fail to send service call!\r\n");
        goto out;
    }

驱动接收用户态消息。

// Dispatch是用来处理用户态发下来的消息
int32_t LedDriverDispatch(struct HdfDeviceIoClient *client, int cmdCode, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply)

驱动给用户态发消息。

/* 把LED的状态值写入reply, 可被带至用户程序 */
        if (!HdfSbufWriteInt32(reply, status1))                
        {
            HDF_LOGE("replay is fail");
            return HDF_FAILURE;
        }

用户程序是无法直接访问驱动的，当只有驱动程序向用户态暴露server后，用户程序才能通过Dispatch的方式发送指令到驱动程序，并可以将用户态的数据携带到驱动程序，也可以从驱动程序读出数据，如下图所示为用户态程序与驱动自己数据交互的过程。

就此用户态界面可以获得GPIO的电平变化次数：

根据实际测量得500ml水会引起GPIO电平变化的次数为320次，所以累计水流量可以用公式。

Flow=(T/320)500 （ml）表示。

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