知微智居 — 面向 AIoT 的多传感器感知与自主决策家居 Agent

基于 openvela 的新平台适配与 AI Agent 智能应用开发（第三届中国研究生操作系统开源创新大赛 · 应用创新赛道）

知微智居取意”见微知著”——从细微的环境传感信号中洞察需求，主动完成决策与控制。作品将 openvela 深度适配到 Allwinner R528（Gemini-S1）开发板，并在该平台上基于 openvela 内置 AI Agent 框架，开发了一个能”感知环境 → 自主推理 → 联动家电“的智能家居管家：温湿度、光照、空气质量等多路传感器经 uORB 汇聚，用户通过语音或文字下达指令，Agent 调用自定义硬件工具完成灯光调节、空调红外控制等操作。

作品亮点

多传感器环境感知：SHTC3 温湿度、LTR553 光照/接近、SGP30 空气质量（CO₂/TVOC）经 uORB 消息总线统一汇聚与综合诊断。
AI Agent 硬件联动：27 个自定义 C 语言 Tool + 45 个 Markdown Skill，覆盖环境诊断、RGB 灯控、空调红外场景收发等，注册进 openvela Agent 工具系统。
红外空调控制：原创红外场景管理服务，支持遥控信号学习、A/B 双份持久化与重放，实测可发射红外并控制空调等家电响应；语音可按温度/模式（制冷、除湿、送风）匹配并发送对应场景。
语音交互：接入 ASR/TTS，支持”打开空调””设置为 22 度””根据环境帮我处理”等中文语音指令，管家语音应答并播报实际执行的模式与温度。
环境自适应决策：一句”根据环境帮我处理”即可让 Agent 读取环境、调节灯光，并在室温超过阈值时自动发送制冷场景——一次多工具协作的端到端闭环。
LVGL 图形界面：SPI 屏上显示环境仪表盘、时间与空调管理界面。

平台与移植路径

项目	规格
开发板	Allwinner R528 / Gemini-S1
主控	ARM Cortex-A7 双核 @ 1.2GHz，128MB DDR3，256MB SPI NAND
无线	Realtek RTL8733BS（SDIO WiFi + 蓝牙）
显示	SPI LCD（ILI9341）+ 触摸

移植采用路径 B（已有平台深度适配）：在 openvela vendor 层提供的 R528 芯片支持之上，完成 openvela 独有框架适配（AI Agent / LVGL / uORB / 蓝牙），并新增 NuttX 上游不存在的外设驱动（SGP30 空气质量、红外收发场景链路等）。详见移植指南。

文档

文档	内容
快速上手	硬件连接、编译、打包、烧录、WiFi/LLM/语音配置、命令速查
端到端演示记录	实机运行日志：多工具协作的多步推理闭环演示
移植指南	BSP 结构、启动链、框架适配、新增驱动
代码原创说明	第三方库引用与代码来源
可执行文件说明	烧录镜像信息、烧录方法、重新构建

可执行文件下载

烧录镜像（约 26 MB）作为本仓库发行版（Release）附件发布：

文件：rtos_nuttx_r528s3-gemini-s1_uart0_128Mnand.img
SHA256：d214d4f6c972c5dc256c6fbbfc6791279b44029bca31c487a86d73472020455a
获取方式：仓库页面右侧「发行版」→ 下载附件

烧录步骤与首次配置见可执行文件说明。

目录结构

packages/ai_agent/                     # openvela AI Agent 框架 + 本队自定义 Tool/Skill
├── src/tools/                         # 自定义 C 语言硬件工具(空调、环境等)
├── src/voice/                         # 语音 ASR/TTS 集成
└── ...
vendor/allwinnertech/
├── apps/                              # 板级应用
│   ├── ir_scene_manager/              # 【原创】红外场景管理服务
│   ├── env_housekeeper/               # 【原创】环境管家核心
│   ├── luncher_mini/                  # LVGL 主界面(环境仪表盘 + 空调管理)
│   ├── led_rgb/ ltr553/ shtc3/ ...    # 传感器/外设应用
│   └── ir_gpio_test/                  # 【原创】红外发射硬件诊断
├── boards/r528/r528s3-gemini-s1/      # 板级 BSP(Kconfig/defconfig/链接脚本/启动)
└── chips/r528/.../hal/source/         # 外设驱动
    ├── sensor/sgp30/                  # 【新增】SGP30 空气质量 uORB 驱动
    ├── cir_tx/ cir_rx/                # 红外发射/接收驱动
    └── sensor/temperature、als/       # SHTC3、LTR553
docs/                                  # 移植指南、赛题说明、代码原创说明

编译与烧录

# 在完整 openvela 源码树中，将本仓库内容按上述路径放置后配置构建
./build.sh r528s3-gemini-s1:nsh_minidisplay

# 产物经 USB Type-C 烧录到 SPI NAND
# 串口 UART2(115200)可见启动日志与 NSH 提示符

注：本仓库为参赛作品源码集，需置于 openvela 完整源码树（含 nuttx 内核与 vendor 芯片支持）对应目录下编译。LLM / 语音服务的 API Key 需自行申请并配置（密钥文件 agent_config.h 按约定不纳入版本库）。

使用示例（语音 / 文字指令）

指令	行为
打开空调 / 关闭空调	发送默认开机 / 关机红外场景，语音播报模式与温度
空调设置为 22 度	匹配并发送已学习的 22 度制冷场景
空调除湿 / 送风	发送对应模式场景
根据环境帮我处理	读取环境 → 调节灯光 + 室温超阈值时自动制冷（多工具协作）
帮我看看当前环境	综合诊断并语音播报温湿度、光照、空气质量

社区贡献

本作品在平台适配过程中开发的通用传感器驱动，已回馈给 openvela 上游社区，共提交 3 个 PR：

PR	标题	内容
#1	`drivers/sensors: add SGP30 uORB driver`	SGP30 空气质量传感器（CO₂eq / TVOC）uORB 驱动
#2	`drivers/sensors: add LTR553 uORB driver`	LTR553 光照 + 接近传感器双通道 uORB 驱动
#3	`drivers/sensors: add SHTC3 uORB driver`	SHTC3 温湿度传感器 uORB 驱动

目标仓库均为 openvela/nuttx 的 dev 分支。三个驱动合计新增约 2900 行原创代码，为 openvela 补齐了三款上游此前不支持（或缺少 uORB 接口）的常用环境传感器。

PR #1 — SGP30 uORB 驱动

上游已有 SGP30 的字符设备驱动（sgp30.c），但缺少接入 uORB 传感器框架 的实现。本 PR 补齐这一能力：

 drivers/sensors/sgp30_uorb.c   | 新增 617 行
 drivers/sensors/sgp30.c        | +50   （新增 sgp30_measure_for_service）
 include/nuttx/sensors/sgp30.h  | +52   （质量枚举、快照结构、函数声明）
 drivers/sensors/Kconfig        | +19
 drivers/sensors/Make.defs      | +4
 drivers/sensors/CMakeLists.txt | +6/-1

为何需要 uORB 版：SGP30 依赖持续 1 Hz 采样维持其内部基线补偿算法，而字符设备接口仅在 read() 时测量，无法保证采样节奏。uORB 版以独立内核线程按固定周期采样并发布 SENSOR_TYPE_CO2 / SENSOR_TYPE_TVOC 两个 topic。

两种接口由 CONFIG_SENSORS_SGP30_UORB 二选一编译，沿用上游 BMP180 驱动（bmp180.c / bmp180_uorb.c）的既有惯例。

PR #2 — LTR553 uORB 驱动

上游支持同厂的 LTR308 环境光传感器（ltr308_uorb.c），但完全没有 LTR553 支持。LTR553 在单一封装内集成环境光与红外接近两个通道，本 PR 为其提供驱动：

 drivers/sensors/ltr553_uorb.c   | 新增 1027 行
 include/nuttx/sensors/ltr553.h  | 新增
 drivers/sensors/Kconfig         | +26
 drivers/sensors/Make.defs       | +4
 drivers/sensors/CMakeLists.txt  | +4

单个内核线程轮询设备并发布两个 topic（SENSOR_TYPE_LIGHT 含 lux 与原始红外通道、SENSOR_TYPE_PROXIMITY 含近似距离），两通道共用一组 I2C 事务与一次唤醒。照度按数据手册的 CH0/CH1 比值分段公式换算。

PR #3 — SHTC3 uORB 驱动

上游已支持多款 Sensirion 温湿度传感器（sht21.c、sht3x.c、sht4x.c），但 没有 SHTC3 —— 该型号使用不同的命令集，并采用 wake/sleep 低功耗模型：

 drivers/sensors/shtc3_uorb.c   | 新增 1224 行
 include/nuttx/sensors/shtc3.h  | 新增
 drivers/sensors/Kconfig        | +9
 drivers/sensors/Make.defs      | +4
 drivers/sensors/CMakeLists.txt | +4

发布 SENSOR_TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE 与 SENSOR_TYPE_RELATIVE_HUMIDITY 两个 topic。实现要点：

电源管理：SHTC3 默认处于睡眠态，每次测量前需唤醒。驱动跟踪睡眠状态并在测量前后收发唤醒/睡眠命令，以降低空闲功耗。
数据完整性：每次 I2C 读取均按数据手册做 CRC-8 校验（多项式 0x31），校验失败时上报错误而非发布脏数据。
故障恢复：测量失败时先尝试软复位再放弃，避免总线瞬时干扰导致传感器卡死。
双通道独立：温度与湿度各自持有工作队列项，两个 topic 可独立启用与调速。

共同的工程约束

纯新增、零侵入：对既有文件的改动全部是新增，未修改或删除任何既有函数，现有用户不受影响。
无平台耦合：仅依赖 NuttX 标准接口（i2c_master、sensors/sensor.h、 kthread、mutex），可用于任意支持 I2C 的 NuttX 平台。
代码规范：经 nuttx/tools/uncrustify.cfg 官方配置格式化，nxstyle 检查 零报错；提交均含 DCO Signed-off-by 签名。
实机验证：三个驱动均在 Allwinner R528（Gemini-S1）开发板实测通过。SGP30 验证了 1 Hz 发布节奏与 warm-up → valid 状态转换；LTR553 验证了手部靠近时接近读数随距离变化、遮挡时照度读数下降；SHTC3 验证了温湿度读数在数据手册量程内正常发布。

参考资料

本作品基于 openvela 开发，移植与适配参考以下官方资源：

资源	地址
openvela 源码	https://github.com/open-vela （Gitee: https://gitee.com/open-vela ，GitCode: https://gitcode.com/open-vela ）
openvela 官网	https://openvela.com/
openvela 文档站	https://doc.openvela.com
openvela AI Agent 文档	源码仓 `packages/ai_agent/docs/`（架构、工具列表、Skills、CLI、通道说明）
NuttX 移植指南	https://nuttx.apache.org/docs/latest/guides/porting.html
现有 BSP 参考	源码仓 `nuttx/boards/` 目录

基线版本：openvela manifest trunk-5.4。

许可证

本作品以 Apache License 2.0 开源，详见 LICENSE。第三方库引用与代码来源说明见代码原创说明。