玩嗨 OpenHarmony：基于 OpenHarmony 的机械狗进阶版——听话的狗子

原文引自CSDN社区 《[立创&传智&黑马程序员&CSDN]训练营——仿生机械狗》

编者按

昨天的《玩嗨OpenHarmony：基于OpenHarmony的仿生四足狗开发分享》，大家看到了一只12个自由度可在3D空间移动的机械狗的开发心得。今天分享的机械狗会更上一层楼，不仅仅支持蓝牙操控实现复杂动作，而且还是支持通过语音控制的哦。相信大家会喜欢。

1. 功能描述

话不多说，我们先上图上视频：

正视图：

俯视图：

视频展示：

狗狗名字叫小嘉，目前这只狗狗已经支持语音控制前进、后退、左转、右转、扭身子、握手、跳跃等；支持AP模式，用终端连接热点，访问网页进行控制；还支持使用HC05和蓝牙调试器进行控制；超声波避障还在优化中。

2. 硬件介绍

电源：

由于整个项目需要驱动9个舵机，需要比较大的电流，所以供电选用两节18（直径）65（长度）0（圆柱形）锂电池，电源部分主要使用12V-5V，以及5V-3.3V的LDO（这里有个优化点，当时图简单，使用的都是LDO（编者注：Low Dropout Regulator 线性稳压电源的英文缩写），实测发热还是比较严重，后面有打算换成DC/DC进行供电）。

用到了LM1084 (商城料号：C259973)和UZ1084（商城料号：C84897）。

实际使用电路如下：

2.1 主控电路：

主控使用的是传智教育的HI3861模组（商城料号C2923578），该模组内置最小系统电路，简化了该部分电路设计，只需要额外增加一个复位电路以及在电源部分添加一个100nF的旁路电容C7（大电容滤除低频噪声，小电容滤除高频噪声）即可。

下载电路：

在之前的鸿蒙训练营，没有添加CH340需要外部接线，给我人接麻了，疼定思痛，加上了CH340G模块，由于使用的是Typec接口，所以在CC1和CC2要下来俩个电阻，方便电脑识别如果不加有可能会识别不到。另外，Hi3861是3.3V电压基准，为了保证统一电平，这里CH340G采用3.3V供电（上一期笔者有用5V供电烧录失败的经历）所以对应的V3端口也要接3.3V，而非5V供电时的那样。

PCB实物如下：

2.2 舵机驱动模块：

由于PCA9685商城没有现货，在某宝查了一下价格，买个芯片和买个模块要花差不多的米，本着提高成功率的态度，买了模块。

2.3 语音识别模块：

语音识别使用的是鹿小班语音识别模块，官方简介：

ASR-01是一颗专用于语音处理的人工智能芯片，可广泛应用于家电、家居、照明、玩具等产品领域，实现语音交互及控制。

ASR-ONE内置自主研发的脑神经网络处理器BNPU（编者注：Brain Neural Network Processing Unit的英文缩写），支持200条命令词以内的本地语音识别，内置CPU核和高性能低功耗Audio Codec模块，集成多路UART（编者注：通用非同步收发传输器Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的英文缩写）、IIC（编者注：Inter-Integrated Circuit 内部集成电路的英文缩写）、PWM（编者注：Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制的英文缩写）、GPIO（编者注：General-purpose input/output 通用输入输出的英文缩写）等外围控制接口，可以开发各类高性价比单芯片智能语音产品方案。他们近期出了一款PRO版本，据说是支持声纹识别的，笔者还没买来尝鲜，有兴趣的同学自行了解吧。

2.4 超声波模块：

这里笔者使用的是2022款的超声波测距模块HC-SR04 超声波传感器，支持兼容UNO R3/51/STM32，该模块支持普通GPIO模式、IIC模式、UART模式、1-Wire模式，由于串口和IIC已经被用到了其他地方，所以只能选择GPIO模式或者是1-Wire模式。笔者使用的是GPIO模式，不需要更改电阻。如果使用其他模式需要根据操作手册进行修改。

3. 软件介绍

3.1 主体框架：

程序主体还是用的传智官方的示例，在此基础上进行了亿点点修改，主要是增加了一个串口任务和动作逻辑。


static void UART_Task(void)
{
    IotUartAttribute uart_attr = {
        //baud_rate: 9600
        .baudRate = 9600,
        //data_bits: 8bits
        .dataBits = 8,
        .stopBits = 1,
        .parity = 0,
        .rxBlock = 0,
        .txBlock = 0,
    };
    //Initialize uart driver
    IoTUartInit(HI_UART_IDX_1, &uart_attr);
    while (1)
    {
        printf("=======================================\r\n");
        printf("*************SIZU_example**************\r\n");
        printf("=======================================\r\n");
        // //通过串口1发送数据
        // IoTUartWrite(HI_UART_IDX_1, (unsigned char *)data, strlen(data));
        //通过串口1接收数据
        IoTUartRead(HI_UART_IDX_1, uart_buff_ptr, UART_BUFF_SIZE);
        SIZU_Uart_Cmd((char *)uart_buff_ptr);
        printf("Uart1 read data:%s\r\n", uart_buff_ptr);
        usleep(500000);
    }
}

static void start(void) {
    osThreadAttr_t attr;
    //设置GPIO_2引脚复用功能为PWM
    IoTIoSetFunc(IOT_IO_NAME_5, IOT_IO_FUNC_5_UART1_RXD);
    IoTIoSetFunc(IOT_IO_NAME_6, IOT_IO_FUNC_6_UART1_TXD);
    IoTIoSetFunc(IOT_IO_NAME_10, IOT_IO_FUNC_10_I2C0_SDA);
    IoTIoSetFunc(IOT_IO_NAME_9, IOT_IO_FUNC_9_I2C0_SCL);
    IoTI2cInit(0, 400000);
    dog_init();
    genki_services_start();
    init_service();
    attr.name = "UART_Task";
    attr.attr_bits = 0U;
    attr.cb_mem = NULL;
    attr.cb_size = 0U;
    attr.stack_mem = NULL;
    attr.stack_size = UART_TASK_STACK_SIZE;
    attr.priority = UART_TASK_PRIO;
    if (osThreadNew((osThreadFunc_t)UART_Task, NULL, &attr) == NULL)
    {
        printf("[ADCExample] Falied to create UART_Task!\n");
    }
}

APP_FEATURE_INIT(start);

动作逻辑主要参考如下视频：


//  --------                 --------
// |  D9    |               |  D7    |
// | joint9 |               | joint7 |
//  ----- --------     --------- -----
//       |  D8    |   |  D6    |
//       | joint8 |   | joint6 |
//        --------     --------
//       |  D2    |  |   D4    |
//       | joint2 |  |  joint4 |
//  ----- --------    --------- -----
// |  D3    |               |  D5    |
// | joint3 |               | joint5 |
//  --------                 --------
//                Front
————————————————

3.2 语音识别：

语音识别参考的笔者之前做的笔记：《OpenHarmony学习笔记——Hi3861+ASR-01的语音识别助手》（https://blog.csdn.net/qq_41954556/article/details/123905578）。由于功能比较简单，也就没有去弄数据包，一个简单的开头和一个数字，然后使用atoi函数获取数字，进行判断，最后执行操作即可。


// An highlighted block
enum{
    Get_Down,//趴下
  Hand_shake,//握手
    Go_Forward,//前进
    Go_Backward,//后退
    Go_Left,//左转
    Go_Right,//右转
    Twist_Body,//扭身子
    Stretch_Oneself,//伸懒腰
    WAIT//d
};

//检测串口指令
void SIZU_Uart_Cmd(char *str)      
{
    char  *Str;
    unsigned char ID=255;
  
    Str=&str[1];//定位到指令的数字部分“U1”
    ID=atoi(Str);
  
  if(strstr((const char *)str,"G")!=NULL)      //如果字符串str中包含有“G”
  {
    switch(ID)
    {
      case Get_Down:  //趴下  G0
                sithome();
                printf("Get_Down\r\n");
        break;
      case Hand_shake:  // 握手G1
                wink(10);
                printf("Handshake\r\n");
        break;
      case Go_Forward:  // 前进G2
                forward(5);
                printf("Go_Forward\r\n");
        break;
      case Go_Backward:  // 后退G3
                 backward(5);
                 printf("Go_Backward\r\n");
        break;
            case Go_Left:  // 左转G4
                leftturn(5);
                 printf("Go_Left\r\n");
        break;
             case Go_Right:  // 右转G5
                 rightturn(5);
                 printf("Go_Right\r\n");
        break;
            case Twist_Body:  // 扭身子
                 twist();
                 printf("LED_Add\r\n");
        break;
            case Stretch_Oneself:  //伸懒腰
                 printf("LED_Reduce\r\n");
                 stand3();
        break;
      default:
        printf("%s ERROR",str);
                standhome();
        break;
    }
  }
    memset(uart_buff,0,sizeof(uart_buff));
}

OLED显示表情，这个需要找到表情包GIF然后分离出单帧表情，取模，显示，详细的取模过程参考博客：《0.96寸OLED取模教程——字符与图片取模》（https://blog.csdn.net/qq_39400113/article/details/108036400）语音识别的关键词使用的是天问的鹿小班模块，内置图形化编程模块，YYDS！会拖动模块就可以了，想玩语音识别的，强烈推荐此款。

3.3 超声波测距：

这里笔者使用的是GPIO模式，利用两个GPIO口进行控制和捕获，进而计算出距离，详细介绍请参考笔者的博客《OpenHarmony南向学习笔记——Hi3861+HC-SR04超声波检测》（https://blog.csdn.net/qq_41954556/article/details/125910794）

通信流程：

根据厂商资料可以知道，该模块的通信流程如下：

主控芯片与TRIG连接的IO配置为输出模式，与ECHO连接的IO配置为输入模式；
MCU（编者注：Micro Controller Unit 微控制单元的英文缩写）给TRIG引脚输出一个大于10us的高电平脉冲；
模块通过ECHO脚返回一个高电平脉冲信号；
主控记录ECHO脚高电平脉冲时间T并代入公式计算。

代码：


// An highlighted block

#define Echo  8   //Echo   //GPIO8
#define Trig  7   //Trig   //GPIO7
#define GPIO_FUNC 0

float GetDistance  (void) {
    static unsigned long start_time = 0, time = 0;
    float distance = 0.0;
    IotGpioValue value = IOT_GPIO_VALUE0;
    unsigned int flag = 0;
/* ======== GPIO通信模式流程 1初始化GPIO =============== */
    IoTIoSetFunc(Echo, GPIO_FUNC);//设置Echo连接IO为普通GPIO模式，无复用
    IoTGpioSetDir(Echo, IOT_GPIO_DIR_IN);//设置Echo连接IO为输入模式
    IoTGpioSetDir(Trig, IOT_GPIO_DIR_OUT);//设置Trig连接IO为输出模式
/* ======== GPIO通信模式流程 2输出起始信号 =============== */
    IoTGpioSetOutputVal(Trig, IOT_GPIO_VALUE1);//拉高Trig
    IoTUdelay(20);//20us
    IoTGpioSetOutputVal(Trig, IOT_GPIO_VALUE0);//拉低Trig
/* ======== GPIO通信模式流程 3检测Echo脚输出的高电平时间 ==== */
    while (1) {
        IoTGpioGetInputVal(Echo, &value);//读取Echo脚的电平状态
        if ( value == IOT_GPIO_VALUE1 && flag == 0) {//如果为高
            start_time = IoTGetUs();//获取此时时间
            flag = 1;
        }
        if (value == IOT_GPIO_VALUE0 && flag == 1) {//高电平结束变成低电平
            time = IoTGetUs() - start_time;//计算高电平维持时间
            start_time = 0;
            break;
        }
    }
/* ======== GPIO通信模式流程 4代入公式计算 ====== */
    distance = time * 0.034 / 2;
    // printf("distance is %f\r\n",distance);
    return distance;
}

4. 机械结构

笔者也是第一次自己绘制3D结构件，还不太OK啊，跟着画了个锤子，然后觉着自己画的结构实在不太靠谱，于是去海鲜市场捞了一个，有相同烦恼的同学可以去看看。

4.1 物料清单：

四足机器人3D打印件（打印件不是整机，电子件、螺丝等自备）38 * 1

SG90 MG90S 9g舵机固定翼航模遥控飞机 9克马达航模5.99 * 9

16路PWM舵机驱动板PCA9685控制器机器人IIC适用MG90S SG90 MG995 19.6 * 1

锂电池两节18650或者2S，大约30-40，加上OLED、超声波模块，M3螺丝、螺母、铜柱、模组、芯片一起大约200成本。

总结

感谢立创EDA、传智、黑马程序员、CSDN提供的鸿蒙物联网实战训练营活动，在本次活动中学到了很多之前未接触的知识，受益良多。

写在最后

我们最近正带着大家玩嗨OpenHarmony。如果你有好玩的东东，欢迎投稿，让我们一起嗨起来！有点子，有想法，有Demo，立刻联系我们：

合作邮箱：zzliang@atomsource.org