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總結:Android智能硬件開發(fā)心得

機智云 ? 2022-10-09 09:33 ? 次閱讀
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通過總結大大小小多個Andriod智能硬件開發(fā)項目,記錄了智能硬件產(chǎn)品開發(fā)的全流程、智能硬件開發(fā)所涉及的技術體系概述的心得,并附上在主板選型、串口通信、屏幕顯示、常用外接設備上一些品類的特點和差異,分析了我的開發(fā)流程習慣原因,以供交流。

.Android智能硬件的定義與應用領域關于智能硬件的定義,以我理解的角度來看,首先這是一個不同于移動手機的硬件,它本質(zhì)還是一個可觸碰的實質(zhì)物體;其次關于智能,只要是基于Android系統(tǒng)開發(fā)的硬件就可稱之為智能,因為智能硬件最關鍵的特性就是與外部連接通信,也稱之為物聯(lián)網(wǎng),而Android系統(tǒng)自帶優(yōu)秀的外部連接通信體系。我們最常聽到與見到的智能硬件有手環(huán)、智能音箱智能家居這些比較成熟的消費級商品,這些智能硬件大部分都是沒有界面的,與我從事的領域有所不同。沒有界面的智能硬件大部分都不是Andriod系統(tǒng),而有觸屏界面的智能硬件我敢說80%以上都是Android系統(tǒng),因為Android的交互體系絕對是最好的。市面上成熟的Android智能硬件有:手持POS機、自動售貨機、政務自助機、人臉識別門禁、收銀機、汽車多媒體、電子班牌、快遞柜、影院取票機、廣告視頻機等等。

2.一款智能硬件產(chǎn)品開發(fā)的全流程

  1. 導入需求,分析確定需求細節(jié),討論方案的技術可行性。
  2. 確定項目負責人、產(chǎn)品經(jīng)理、硬件工程師、軟件工程師、結構工程師、UI設計師。
  3. 由需求確定使用哪些外設,對外設進行選型,需充分考慮性能、質(zhì)量、結構設計、價格、供應商支持度等各方面的因素。
  4. 優(yōu)先確認使用什么Android主板,確認主板與外設選型后告知結構工程師進行結構外形設計。
  5. 硬件工程師負責外接設備的控制板開發(fā)并提供接入?yún)f(xié)議,硬件工程師還須將外設接入Android主板的線材適配好。
  6. UI設計師提供界面給軟件工程師(Android),開始進入進行軟件開發(fā)階段。
  7. 產(chǎn)品樣品建模制作出外殼,打磨、噴漆后進行所有元件的組裝。
  8. 樣品燒入程序,開始交予測試。
  9. 程序bug修改,穩(wěn)定性測試。
  10. 所有測試通過后,撰寫用戶文檔與操作手冊。
  11. 一款智能硬件樣品全部制作完畢。

b261d098-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.gif3.智能硬件開發(fā)所涉及的技術體系概述Android UI

  • 列表(RecycleView)
  • 彈窗(Dialog)
  • 動畫(Animation)
  • 文字與按鈕(TextView)
  • 手勢(Gesture)

外部通信

存儲

  • TF
  • U盤
  • FTP

Linux系統(tǒng)

  • 腳本
  • 點亮屏幕
  • 固件升級

NDK

  • 音視頻播放
  • 設備通訊協(xié)議加密
  • 接入已有的C庫
  • 語音識別
  • 人臉識別

外接設備

  • 二維碼
  • 攝像頭
  • 紅外感應器
  • 喇叭、麥克風
  • 觸摸屏
  • LCD液晶屏
  • 打印機
  • NFC模塊
  • IC類讀卡器

b261d098-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.gif4.關于主板選型Android主板的選型一定要放在首位,因為這是整個產(chǎn)品的控制中心,核心元件,如果不能自己定制主板,那就只能依賴于供應商提供方案?,F(xiàn)行市面上非常多做安卓工業(yè)主板的,不愁找不到主板,但想要很特殊的定制可能會比較麻煩,除非你的量很大,否則只能用人家的標準板。依賴供應商還有一個特別麻煩的事情,就是系統(tǒng)功能定制的溝通,這是一個特別漫長而痛苦的過程。4.1 Anroid系統(tǒng)在智能硬件中所必要的功能結合多個項目的經(jīng)驗,總結出智能硬件在安卓系統(tǒng)中所基本必要的功能。b2cc79c0-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png4.2 主板CPU芯片的選擇CPU芯片是一塊主板最核心的元件,對于智能硬件而言CPU價格是不能太高的,不然會導致產(chǎn)品成本過高競爭力下降,但CPU性能又不能太差以讓產(chǎn)品毫無競爭力可言。從我觀察的情況來看,現(xiàn)在市面上的智能硬件基本是三家芯片廠商占據(jù)了絕大部分市場,它們分別是:

瑞芯微是我接觸比較多的,在百度搜安卓主板出來的廣告廠商基本都是采用瑞芯微方案的,總體來說瑞芯微方案是最成熟的。全志的安卓主板給我的感覺就是很便宜但系統(tǒng)都是4.2或4.4,說實話有點落后時代,不是5.0系統(tǒng)以上的主板我都不想碰,界面太丑系統(tǒng)還有點卡。最后關于飛思卡爾,這是一個國外廠商,我手上還沒接觸過這個芯片的板子,很少見搭載這個芯片的安卓主板,也許在某些特定應用場景才會考慮這個芯片吧。下面重點介紹下瑞芯微(下面簡稱RK芯片)系列4款常見的芯片。b2fd43e8-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png以疫情之前的價格來說,RK3288工業(yè)主板的價格大概在350~500 之間,RK3399價格在500~700之間,RK3188比3288便宜,RK3368介于3288與3399之間。對于絕大多數(shù)應用場景而言,RK3288絕對能滿足需求,價格也比較適中,系統(tǒng)一般是Android5.1不用進行運行時權限適配。RK3399主要用于對于運算能力要求比較高的場景,比如人臉識別,3399還有一大優(yōu)勢就是板子面積相對而言比較小。我目前基本都是采用3288進行開發(fā)的,對于智能硬件而言成本還是首要考慮因素,畢竟制造業(yè)利潤低。下圖是一塊3288的主板示意圖及規(guī)格說明b326838e-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.pngb50224ce-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.pngb261d098-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.gif5.關于串口通信串口通信是Android智能硬件開發(fā)所必須具備的能力,市面上類型眾多的外設基本都是通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,所以說不會串口通信根本就做不了智能硬件開發(fā)。5.1 UART定義通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常稱作UART,是一種串行異步收發(fā)協(xié)議。UART串口有三種工作方式:單工、半雙工、全雙工。硬件連接比較簡單,僅需要3條線,注意連接時兩個設備UART電平,如電平范圍不一致請做電平轉(zhuǎn)換后再連接,可參考此文章。我們常見的串口通訊設置的界面如下所示,b72fc846-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png主要有下列幾個參數(shù);

  • Speed(baud) 波特率
  • Data bits 數(shù)據(jù)位
  • Stop bits 停止位
  • Parity 奇偶校驗位
  • Flow Control 流控

我們的設置基本都是8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無校驗無流控,就如上圖所示。對于程序開發(fā)而言,主要關注的參數(shù)就是波特率。另外,需要注意的是比特率、成波特率兩者之間是有區(qū)別的。波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數(shù),是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標,它用單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示。在信息傳輸通道中,攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元叫碼元,每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率,簡稱波特率。1波特即指每秒傳輸1個碼元符號(通過不同的調(diào)制方式,可以在一個碼元符號上負載多個bit位信息)。1比特每秒是指每秒傳輸1比特(bit)。單位“波特”本身就已經(jīng)是代表每秒的調(diào)制數(shù),以“波特每秒”(Baud per second)為單位是一種常見的錯誤。按照上述的基本設置,其實一個碼元總共傳輸了10個比特,1個起始位+1個停止位+8個數(shù)據(jù)位,如波特率為9600,那每秒一共傳輸了9600*10 = 96000個比特,換算成字節(jié)為12000 byte,約合11.72kb。需要注意的是這12000byte指的是串口實際一共傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位,但對于我們程序而言,真正能處理的數(shù)據(jù)就是除去起始位與停止位的數(shù)據(jù)位,對于傳輸8位數(shù)據(jù)位的設置而言,波特率是多少則傳輸?shù)淖止?jié)就是多少。如9600的波特率表示每秒傳輸9600個字節(jié),每毫秒9.6字節(jié)。安卓主板中一個串口端子的定義如下圖所示b74c7446-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png幾乎所有安卓主板上的串口都是這種4pin的形式,這里有一個特別重要的點,就是對外設接線時,RX要對上外設的TX口,TX則對應RX口,否則是接收不到數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在我所接觸的眾多外設中,安卓的常用串口有三種標準接口。

UART所指的是硬件接口,是硬件層次的描述。而TTL與RS232、485則指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖綐藴剩嬎銠C的存儲單位是二進制位(bit),也就是0和1,而0和1怎么用電壓來表示呢?不同的表示方法于是對應了不同的標準,這就是TTL、RS232這些電平標準之間的區(qū)別。所有CPU芯片的UART數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖蕉际遣捎肨TL標準的,我們所看到的安卓主板上RS232或485的接口都是要再需要經(jīng)過一次電平轉(zhuǎn)換才能與CPU進行通信的??梢赃@樣說,安卓主板CPU直接引出來的串口管腳都是TTL標準的,如需要其它的接口則要中間再增加一個電平轉(zhuǎn)換芯片以滿足要求。參考文章:https://www.jianshu.com/p/f1bfc7f6059bhttps://blog.csdn.net/zhuyongxin_6688/article/details/780017675.2 三種UART接口介紹TTLTTL(Transistor-Transistor Logic,晶體管-晶體管邏輯),TTL電路的工作電壓是5V,它的輸出可以是高電平(3.6V)或者低電平(0.3V)。為了用這種模擬量的電壓來表示數(shù)字量的邏輯1和邏輯0,TTL電平規(guī)定:對于輸出電路:電壓大于等于(≥)2.4V為邏輯1;電壓小于等于(≤)0.4V為邏輯0;對于輸入電路:電壓大于等于(≥)2.0V為邏輯1;電壓小于等于(≤)0.8V為邏輯0;參考//blog.csdn.net/wofreeo/article/details/82389002RS232它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”,該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器,對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定,還對各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連接器,從而成為事實標準。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。如下圖所示。b7871344-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.jpg采用負邏輯,規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V,邏輯“0”的電平為+5 V~+15 V。選用該電氣標準的目的在于提高抗干擾能力,增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V,接收器將能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”,將高到-3 V的信號作為邏輯“1”。全雙工通信,傳輸距離較短,其通訊距離小于15 m,傳輸速率小于20 kb/s。RS485RS-485總線標準規(guī)定了總線接口的電氣特性標準即對于2個邏輯狀態(tài)的定義:正電平在+2V~+6V之間,表示一個邏輯狀態(tài);負電平在-2V~-6V之間,則表示另一個邏輯狀態(tài);數(shù)字信號采用差分傳輸方式,即是A-B兩者的電壓差用以表示邏輯狀態(tài),能夠有效減少噪聲信號的干擾。RS-485工業(yè)總線標準能夠有效支持多個分節(jié)點和通信距離遠,總共可接收32個設備,且對于信息的接收靈敏度較高,均采用屏蔽雙絞線傳輸。采用半雙工(兩線制)最大傳輸距離約1219米,傳輸速度最高達10Mbps。b7be61d2-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.jpgb261d098-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.gif6.關于屏幕顯示每次一個新項目的開發(fā),我所做的第一件事就是確定所選定顯示屏的型號規(guī)格,然后將規(guī)格書發(fā)給主板供應商讓其先調(diào)屏參。調(diào)屏參是很可能會出現(xiàn)無法點亮屏幕的情況,因為現(xiàn)在市場上有許多不同廠家的屏,不同尺寸,不同的接口,所以說點亮屏幕要預留一定的時間,否則拖延項目的進度。Android現(xiàn)在主流的屏幕接口共有四種。

在這四種屏幕接口中HDMI是最高效的,也能輸出像4K這樣的分辨率,無須考慮任何屏參的適配,只要有HDMI接口幾乎所有屏幕都能快速點亮。HDMI的缺點在于成本比較高,首先需要一個HDMI轉(zhuǎn)換板,其次需要一根體積比較大的HDMI連接線,這些都會給結構設計帶來相當大的阻礙,最后HDMI有個最大的缺點就是其插拔式的接口,可能會出現(xiàn)接觸不良的嚴重后果。LVDS主要用于大尺寸屏幕的連接顯示,如19寸、21.5寸、50寸等大尺寸液晶。而EDP主要運用于筆記本領域的屏幕顯示,MIPI則運用于手機等小屏的顯示。6.1 HDMI高清多媒體接口(High Definition Multimedia Interface)是一種全數(shù)字化視頻和聲音發(fā)送接口,具有體積小,傳輸速率高,傳輸帶寬寬,兼容性好,可以同時發(fā)送未壓縮的音頻及視頻信號等優(yōu)點。HDMI規(guī)格可搭配寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(HDCP),以防止具有著作權的影音內(nèi)容遭到未經(jīng)授權的復制。HDMI支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率,最遠可傳輸30米,足以應付一個1080p的視頻和一個8聲道的音頻信號。此外HDMI支持EDID,DDC2B,因此具有HDMI的設備具有“即插即用”的特點,信號源和顯示設備之間會自動進行“協(xié)商”,自動選擇最合適的視頻/音頻格式。在 HDMI 線纜的19根線中由 4 對差分傳輸線組成了 TMDS 數(shù)據(jù)傳輸通道和時鐘通道。這 4個通道用來傳輸音頻信號、視頻信號以及輔助信號。使用HDMI接口時要特別注意使用的環(huán)境是否經(jīng)常抖動,如常抖動的話要對接頭處進行加固處理,因為HDMI線一般是直插式的,很容易松動造成無信號輸入。b80a0e0c-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.jpg6.2 LVDSLVDS Low Voltage Differential Signaling即低壓差分信號傳輸,是一種滿足當今高性能數(shù)據(jù)傳輸應用的新型技術。由于其可使系統(tǒng)供電電壓低至 2V,因此它還能滿足未來應用的需要。LVDS輸出接口利用即低壓差分信號傳輸。采用其輸出接口,可以使得信號在差分PCB線或平衡電纜上傳輸,由于采用低壓和低電流驅(qū)動方式,因此,實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。LVDS 輸出接口液晶顯示器。是為克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數(shù)據(jù)時功耗大、EMI電磁干擾大等缺點而研制的一種數(shù)字視頻信號傳輸方式。工控機采用LVDS輸出接口,可以使得信號在差分PCB線或平衡電纜上以幾百Mbit/s的速率傳輸,因采用低壓和低電流驅(qū)動方式,實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。此類LCD目前在中高端平板和筆記本中廣泛使用,現(xiàn)在行業(yè)出現(xiàn)一種比較新的規(guī)范----eDP,在筆記本行業(yè)將廣泛用于取代LVDS,支持超高分辨率(>1080P)。LVDS接口只用于傳輸視頻數(shù)據(jù),LVDS接口主要是將RGB TTL信號按照SPWG/JEIDA格式轉(zhuǎn)換成LVDS信號進行傳輸,LVDS接收器再將串行信號轉(zhuǎn)換為TTL電平的并行信號,送往液晶屏時序控制與行列驅(qū)動電路。也就是其實TFT只識別TTL(RGB)信號。b82c9508-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.pngb8848b64-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png6.3 EDPEmbedded DisplayPort.一般采用EDP接口的液晶顯示屏其分辨率更高,高清液晶顯示屏都采用EDP的通信接口,像筆記本電腦一般都采用EDP接口,EDP屏幕都比較薄.EDP接口是一種基于DisplayPort架構和協(xié)議的一種全數(shù)字化接口,可以用較簡單的連接器以及較少的引腳來傳遞高分辨率信號,且能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)同時傳輸,所以它的傳輸速率也要遠高于LVDS。eDP屏線一般為2組絞線、3組絞線、5組絞線、8組絞。常見的eDP屏線為2組信號線(絞線)、3組信號線。優(yōu)點:

  • 微封包結構,能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)的同時傳輸。
  • 較大的傳輸速率,4通道(lanes)高達21.6Gbps
  • 較小的尺寸,寬26.3mm,高1.1mm,利于產(chǎn)品的輕薄化
  • 無需LVDS轉(zhuǎn)換電路,電路簡潔,簡化設計。
  • 較小的EMI(電磁干擾),并具有強大的版權保護功能。

b9160ea4-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png6.4 MIPIMIPI(Mobile Industry Processor Interface)是2003年由ARM, Nokia, ST ,TI等公司成立的一個聯(lián)盟,目的是把手機內(nèi)部的接口如攝像頭、顯示屏接口、射頻/基帶接口等標準化,從而減少手機設計的復雜程度和增加設計靈活性。MIPI信號是成對傳輸?shù)模饕菫榱藴p少干擾,MIPI信號成對走線,兩根線從波形看是成反相,所以有外部干擾過來,就會被抵消很大部分。主要用在平板和手機上使用。MIPI接口LCD包括1對差分時鐘(CLKP,CLKN),4對數(shù)據(jù)差分線(D0P,D0N;D1P,D1N;D2P,D2N;D3P,D3N),每一對之間有GND線,4對數(shù)據(jù)差分線并不一定要全部使用,很多屏只需要2對就可以了;

  • RESET(復位腳),
  • STBYB(高電平有效),
  • VGL,VGH(像素點上開關管的開啟關閉電壓,加在開關管的柵極上,VGH 高電平打開給像素點電容充電, VGL 負電壓 關閉開關管),
  • VCOM( 液晶像素點的存儲電容共用電極),
  • VLED-(背光負極),VLED+(背光正極),
  • 電源有1.8V和3.3V。

MIPI DSI不僅能夠傳輸視頻數(shù)據(jù),還能傳輸控制指令;MIPI DSI接口則按照特定的握手順序和指令規(guī)則傳輸屏幕控制所需的視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。ba4b26ba-46f7-11ed-b116-dac502259ad0.png原文地址:https://blog.csdn.net/pigdreams/article/details/104351352

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    本文介紹在Android11系統(tǒng)下,修改攝像頭前后置屬性的方法。使用觸覺智能EVB3568鴻蒙開發(fā)板演示,搭載瑞芯微RK3568,四核A55處理器,主頻2.0Ghz,1T算力NPU;支持
    的頭像 發(fā)表于 11-28 18:40 ?604次閱讀
    <b class='flag-5'>Android</b>11修改攝像頭前后置方法,觸覺<b class='flag-5'>智能</b>RK3568<b class='flag-5'>開發(fā)</b>板演示

    Android11修改攝像頭前后置方法,觸覺智能RK3568開發(fā)板演示

    本文介紹在Android11系統(tǒng)下,修改攝像頭前后置屬性的方法。使用觸覺智能EVB3568鴻蒙開發(fā)板演示,搭載瑞芯微RK3568,四核A55處理器,主頻2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、
    的頭像 發(fā)表于 11-28 15:25 ?71次閱讀
    <b class='flag-5'>Android</b>11修改攝像頭前后置方法,觸覺<b class='flag-5'>智能</b>RK3568<b class='flag-5'>開發(fā)</b>板演示

    在TI開發(fā)板上啟用Android Automotive

    電子發(fā)燒友網(wǎng)站提供《在TI開發(fā)板上啟用Android Automotive.pdf》資料免費下載
    發(fā)表于 09-18 14:52 ?0次下載
    在TI<b class='flag-5'>開發(fā)</b>板上啟用<b class='flag-5'>Android</b> Automotive

    瑞芯微RK3566開發(fā)板USB OTG模式介紹及命令切換,觸覺智能EVB3566主板鴻蒙硬件廠商

    本文USB OTG模式介紹及命令切換,適用于嵌入式工程師、硬件開發(fā)教程入門學習課程。設備為觸覺智能開發(fā)的瑞芯微RK3566開發(fā)板,型號IDO-EVB3566,支持開源鴻蒙Openhar
    的頭像 發(fā)表于 09-05 17:01 ?2745次閱讀
    瑞芯微RK3566<b class='flag-5'>開發(fā)</b>板USB OTG模式介紹及命令切換,觸覺<b class='flag-5'>智能</b>EVB3566主板鴻蒙<b class='flag-5'>硬件</b>廠商

    迅為RK3568 開發(fā)板賦能數(shù)字廣告,推動智能化新時代

    核心板支持 Android 11 和 Android 12 系統(tǒng),能夠滿足廣告機各種 Android 系統(tǒng)應用的開發(fā)需求。配備高性能的四核 ARM Cortex-A55 處理器,主頻
    發(fā)表于 08-08 11:29

    硬件工程師的開發(fā)心得

    的內(nèi)容(用WinHEX看的內(nèi)容)對不上。也不知道是什么原因。 好難啊!以為就是個小問題,結果被困擾了將近兩周。下次用RISC的單片機試試。希望能成功! 搞硬件,有時候真的挺難,被一個小問題卡主,影響整個開發(fā)進度。
    發(fā)表于 07-29 21:55