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[活动专区] 【N32G430开发板试用】智能手表功能演示样机

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 楼主| GrandLine 发表于 2022-7-26 08:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
N32G430, 智能手表, 心率监测, 知心天气
@安小芯    @21小跑堂


概述
基于N32G430C8L7-STB开发板结合圆形TFT、Wi-Fi模块、RTC、心率模块、按键模块做一个简单功能的智能手表，具有显示时钟、心率、实时天气的功能。


软件功能
  • 通过板载的按键实现智能手表不同功能界面的切换：待机界面、时间界面、日期界面、天气界面、心率监测界面；
  • 通过SPI接口驱动SPI接口的圆形TFT，显示相应的功能界面
  • 通过SPI接口驱动SPI FLASH；SPI FLASH中存放着字库、图片等信息（天气图片、心率波形图等）；
  • 通过USART2与ESP8266 Wi-Fi模块进行通讯，连接远程的知心天气，获取本地数据，更新显示到显示屏上；
  • 通过I2C驱动心率监测模块，读取当前的心率信息，结合官方的算法，在屏幕上进行显示；


系统框图
天气数据获取我们使用ESP8266 Wi-Fi模块与知心天气网进行连接，注册用户可以创建一个免费版的数据通道（访问频次有限制，只能固定获取一个地址的天气数据），我们向知心天气发送一个带有特定参数的GET请求，然后根据知心天气反馈的数据通过cJSON解析得到天气代码和温度信息，然后对应相应的天气图标显示的屏幕上。在使用cJSON解析数据时，是动态开辟的内存空间，在解析完成后切记一定要将刚刚开辟的内存空间释放掉，否则会产生内存溢出，导致程序程序运行异常的情况发生！！！
心率监测我们使用官方开放的算法库，这个算法库存在不稳定性，是不能商用的，但作为演示测试是可以的，官方或者第三方提供收费的算法库，可用于商用监测。
系统框图.jpg


硬件准备
  • N32G430C8L7-STB开发板
  • N32G430C8L7-STB_EBK功能扩展板（ESP8266 Wi-Fi模块、心率监测模块、SPI FLASH模块、TFT显示屏）
  • 相关数据连接线
硬件准备.jpg


N32G430C8L7-STB_EBK功能扩展板
原理图
原理图.png

PCB-2D正面图
扩展板PCB.png


代码实现
代码部分仅摘录了部分，完整的功能代码可以下载文末的软件工程源代码附件。

ESP8266 Wi-Fi模块相关部分
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  1. void ATK_ESP01_StartProcess(void)
    

  2. {
    

  3.     uint8_t Result = 0;
    


  4. 

  5.     do
    

  6.     {
    

  7.         SysTick_DelayMS(10);
    


  8. 

  9.         Result = ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT", "OK", 100);
    


  10. 

  11.     } while(Result == 0);
    


  12. 

  13.     /* 开回显 */
    

  14.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("ATE1",   "OK", 100);
    


  15. 

  16.     /* 查询版本信息 */
    

  17.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+GMR", "OK", 100);
    


  18. 

  19.     /* 设置当前Wi-Fi模式: Station模式 */
    

  20.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CWMODE=1", "OK", 100);
    


  21. 

  22.     /* 连接WiFi */
    

  23.     if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CWJAP="********","********"", "OK", 8000) == 0)
    

  24.     {
    

  25.         if(ATK_ESP01_AT_SendCommand(NULL, "OK", 8000) == 0)
    

  26.         {
    

  27.             printf("\r\nWi-Fi Connect Error!");
    

  28.             return;
    

  29.         }
    

  30.     }
    


  31. 

  32.     ESP01S_WiFiFlag = 1;
    


  33. 

  34.     /* 查询IP地址 */
    

  35.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIFSR", "OK", 100);
    


  36. 

  37.     /* 设置单链接 */
    

  38.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPMUX=0", "OK", 100);
    


  39. 


  40. 

  41.     /* 连接服务器 */
    

  42.     if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPSTART="TCP","api.seniverse.com",80", "OK", 8000) == 0)
    

  43.     {
    

  44.         printf("\r\nServer Connect Error!");
    

  45.         return;
    

  46.     }
    


  47. 

  48.     ESP01S_ServerFlag = 1;
    


  49. 

  50.     /* 透明传输 */
    

  51.     ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPMODE=1", "OK", 100);
    


  52. 

  53.     /* 开始传输 */
    

  54.     if(ATK_ESP01_AT_SendCommand("AT+CIPSEND", ">", 1000) == 0)
    

  55.     {
    

  56.         printf("\r\nTransfer Not Ready...");
    

  57.         return;
    

  58.     }
    


  59. 

  60.     ESP01S_InitFlag = 1;
    

  61. }
    


  62. 

  63. void ATK_ESP01_Init(void)
    

  64. {
    

  65.     ATK_ESP01_InitRESET();
    


  66. 

  67.     ATK_ESP01_InitUSART();
    


  68. 

  69.     ATK_ESP01_StartProcess();
    


  70. 

  71.     TASK_Append(TASK_ID_ATK, ATK_ESP01_Handler, 5000);
    

  72. }
    


  73. 

  74. void ATK_ESP01_Handler(void)
    

  75. {
    

  76.     if(ESP01S_InitFlag)
    

  77.     {
    

  78.         /* 每间隔5秒获取一次天气信息, 服务器限制每分钟最多20次!!! */
    

  79.         ATK_ESP01_SendString("GET https://api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=*****************&location=shanghai&language=zh-Hans&unit=c\r\n");
    

  80.     }
    

  81. }


界面显示相关部分
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  1. void SmartWatch_CreatePageIDLE(void)
    

  2. {
    

  3.     static uint8_t StartX = 120, StartY = 120;
    

  4.     static uint8_t StepX  = 10,  StepY  = 10;
    

  5.     static uint8_t DirX   = 0,   DirY   = 0;
    


  6. 

  7.     char *cText = "     ";
    

  8.     char *dText = "你好!";
    


  9. 

  10.     uint8_t Height = 16;
    

  11.     uint8_t Width  = strlen(dText) * 8;
    


  12. 

  13.     srand(SysTick_Tick);
    


  14. 

  15.     LCD_ShowLOG(StartX, StartY, cText);
    


  16. 

  17.     if(DirX == 0)
    

  18.     {
    

  19.         StartX -= StepX;
    


  20. 

  21.         if(StartX <= 36)
    

  22.         {
    

  23.             StartX = 36;
    

  24.             DirX   = 1;
    


  25. 

  26.             StepX = rand() % 10 + 5;
    

  27.             StepY = rand() % 10 + 5;
    

  28.         }
    

  29.     }
    

  30.     else
    

  31.     {
    

  32.         StartX += StepX;
    


  33. 

  34.         if((StartX + Width) >= 204)
    

  35.         {
    

  36.             StartX = 204 - Width;
    

  37.             DirX   = 0;
    


  38. 

  39.             StepX = rand() % 10 + 5;
    

  40.             StepY = rand() % 10 + 5;
    

  41.         }
    

  42.     }
    


  43. 

  44.     if(DirY == 0)
    

  45.     {
    

  46.         StartY -= StepY;
    


  47. 

  48.         if(StartY <= 36)
    

  49.         {
    

  50.             StartY = 36;
    

  51.             DirY   = 1;
    


  52. 

  53.             StepX = rand() % 10 + 5;
    

  54.             StepY = rand() % 10 + 5;
    

  55.         }
    

  56.     }
    

  57.     else
    

  58.     {
    

  59.         StartY += StepY;
    


  60. 

  61.         if((StartY + Height) >= 204)
    

  62.         {
    

  63.             StartY = 204 - Height;
    

  64.             DirY   = 0;
    


  65. 

  66.             StepX = rand() % 10 + 5;
    

  67.             StepY = rand() % 10 + 5;
    

  68.         }
    

  69.     }
    


  70. 

  71.     LCD_ShowLOG(StartX, StartY, dText);
    

  72. }
    


  73. 

  74. void SmartWatch_CreatePageRTC(void)
    

  75. {
    

  76.     uint8_t YearNumber[4] = {0x02, 0x00, 0x00, 0x00};
    

  77.     uint8_t DateNumber[5] = {0x00, 0x00, 0x0E, 0x00, 0x00};
    

  78.     uint8_t TimeNumber[5] = {0x00, 0x00, 0x0B, 0x00, 0x00};
    

  79.     uint8_t MiaoNumber[2] = {0x00, 0x00};
    


  80. 

  81.     if(SmartWatch_PageState == 0)
    

  82.     {
    

  83.         TimeNumber[0] = (RTC_Calendar.hour   / 10) % 10;
    

  84.         TimeNumber[1] = (RTC_Calendar.hour   % 10);
    

  85.         TimeNumber[3] = (RTC_Calendar.minute / 10) % 10;
    

  86.         TimeNumber[4] = (RTC_Calendar.minute % 10);
    


  87. 

  88.         for(uint8_t i = 0; i < sizeof(TimeNumber); i++)
    

  89.         {
    

  90.             LCD_DrawFontLED(40+i*32,  80, TimeNumber[i]);
    

  91.         }
    


  92. 

  93.         MiaoNumber[0] = (RTC_Calendar.second / 10) % 10;
    

  94.         MiaoNumber[1] = (RTC_Calendar.second % 10);
    


  95. 

  96.         for(uint8_t i = 0; i < sizeof(MiaoNumber); i++)
    

  97.         {
    

  98.             LCD_DrawFontLED(88+i*32, 140, MiaoNumber[i]);
    

  99.         }
    

  100.     }
    

  101.     else
    

  102.     {
    

  103.         YearNumber[2] = (RTC_Calendar.year / 10) % 10;
    

  104.         YearNumber[3] = (RTC_Calendar.year % 10);
    


  105. 

  106.         for(uint8_t i = 0; i < sizeof(YearNumber); i++)
    

  107.         {
    

  108.             LCD_DrawFontLED(56+i*32,  80, YearNumber[i]);
    

  109.         }
    


  110. 

  111.         DateNumber[0] = (RTC_Calendar.month / 10) % 10;
    

  112.         DateNumber[1] = (RTC_Calendar.month % 10);
    

  113.         DateNumber[3] = (RTC_Calendar.day   / 10) % 10;
    

  114.         DateNumber[4] = (RTC_Calendar.day   % 10);
    


  115. 

  116.         for(uint8_t i = 0; i < sizeof(DateNumber); i++)
    

  117.         {
    

  118.             LCD_DrawFontLED(40+i*32, 140, DateNumber[i]);
    

  119.         }
    

  120.     }
    

  121. }
    


  122. 

  123. void SmartWatch_CreatePageWeather(void)
    

  124. {
    

  125.     uint8_t TempNumber[3] = {0x00, 0x00, 0x0D};
    


  126. 

  127.     for(uint8_t i = 0; i < 40; i++)
    

  128.     {
    

  129.         if(Weather[i].Value == atoi(Weather_Code))
    

  130.         {
    

  131.             uint8_t StartX = (240 - strlen(Weather[i].Chinese) * 8) / 2;
    


  132. 

  133.             LCD_ShowLOG(StartX, 115, Weather[i].Chinese);
    


  134. 

  135.             LCD_DrawImage(0x100000, Weather[i].Offset, Weather[i].Length, 0);
    


  136. 

  137.             break;
    

  138.         }
    

  139.     }
    


  140. 

  141.     TempNumber[0] = (atoi(Weather_Temp) / 10) % 10;
    

  142.     TempNumber[1] = (atoi(Weather_Temp) % 10);
    


  143. 

  144.     for(uint8_t i = 0; i < sizeof(TempNumber); i++)
    

  145.     {
    

  146.         LCD_DrawFontLED(72+i*32, 150, TempNumber[i]);
    

  147.     }
    

  148. }
    


  149. 

  150. extern int32_t  n_sp02;
    

  151. extern int32_t  n_heart_rate;
    


  152. 

  153. void SmartWatch_CreatePageHeartRate(void)
    

  154. {
    

  155.     static uint8_t Index = 0, Heartrate = 0;
    

  156.     static uint8_t OldWeiShu = 0;
    


  157. 

  158.     uint8_t HR_Number[3] = {0x00, 0x00, 0x00};
    

  159.     uint8_t HR_WeiShu    = 0, StartX = 0;
    


  160. 

  161.     LCD_DrawImage(0x200000, HR_IMAGE[Index][0], HR_IMAGE[Index][1], 1);
    


  162. 

  163.     Index = (Index + 1) % 46;
    


  164. 

  165.     Heartrate = n_heart_rate;
    


  166. 

  167.     if(Heartrate < 10)
    

  168.     {
    

  169.         HR_WeiShu = 1;
    

  170.         HR_Number[0] = Heartrate % 10;
    


  171. 

  172.         StartX = (240 - 32 * 1) / 2;
    

  173.     }
    

  174.     else if(Heartrate < 99)
    

  175.     {
    

  176.         HR_WeiShu = 2;
    

  177.         HR_Number[0] = (Heartrate / 10) % 10;
    

  178.         HR_Number[1] = (Heartrate % 10);
    


  179. 

  180.         StartX = (240 - 32 * 2) / 2;
    

  181.     }
    

  182.     else
    

  183.     {
    

  184.         HR_WeiShu = 3;
    

  185.         HR_Number[0] = (Heartrate / 100);
    

  186.         HR_Number[1] = (Heartrate / 10) % 10;
    

  187.         HR_Number[2] = (Heartrate % 10);
    


  188. 

  189.         StartX = (240 - 32 * 3) / 2;
    

  190.     }
    


  191. 

  192.     if(OldWeiShu > HR_WeiShu)
    

  193.     {
    

  194.         LCD_ShowLOG(72, 150, "            ");
    

  195.         LCD_ShowLOG(72, 166, "            ");
    

  196.     }
    


  197. 

  198.     OldWeiShu = HR_WeiShu;
    


  199. 

  200.     for(uint8_t i = 0; i < HR_WeiShu; i++)
    

  201.     {
    

  202.         LCD_DrawFontLED(StartX+i*32, 150, HR_Number[i]);
    

  203.     }
    


  204. 

  205.     Heartrate++;
    


  206. 

  207.     LCD_ShowLOG(108, 190, "BPM");
    

  208. }



心率监测相关部分
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  1. void maxim_max30102_startup(void)
    

  2. {
    

  3.     uint8_t dummy = 0;
    


  4. 

  5.     /* resets the MAX30102 */
    

  6.     maxim_max30102_reset();
    


  7. 

  8.     /* read and clear status register */
    

  9.     maxim_max30102_read_reg(0, &dummy);
    


  10. 

  11.     /* initializes the MAX30102 */
    

  12.     maxim_max30102_init();
    


  13. 

  14.     /* read the first 500 samples, and determine the signal range */
    

  15.     for(uint16_t i = 0; i < 500; i++)
    

  16.     {
    

  17.         /* wait until the interrupt pin asserts */
    

  18.         while(GPIO_Input_Pin_Data_Get(GPIOB, GPIO_PIN_2) == PIN_SET);
    


  19. 

  20.         /* read from MAX30102 FIFO */
    

  21.         maxim_max30102_read_fifo((aun_red_buffer + i),  (aun_ir_buffer + i));
    


  22. 

  23.         printf("\r\nred = %i, ir = %i", aun_red_buffer[i], aun_ir_buffer[i]);
    

  24.     }
    


  25. 

  26.     /* calculate heart rate and SpO2 after first 500 samples (first 5 seconds of samples) */
    

  27.     maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer, 500, aun_red_buffer, &n_sp02, &ch_spo2_valid, &n_heart_rate, &ch_hr_valid); 
    

  28. }
    


  29. 

  30. void MAX30102_Handler(void)
    

  31. {
    

  32.     static uint8_t  maxim_max30102_staus = 0;
    

  33.     static uint16_t maxim_max30102_index = 0;
    


  34. 

  35.     switch(maxim_max30102_staus)
    

  36.     {
    

  37.         case 0:
    

  38.             for(uint16_t i = 100; i < 500; i++)
    

  39.             {
    

  40.                 aun_red_buffer[i - 100] = aun_red_buffer[i];
    

  41.                 aun_ir_buffer [i - 100] = aun_ir_buffer [i];
    

  42.             }
    


  43. 

  44.             maxim_max30102_staus = 1;
    

  45.             maxim_max30102_index = 400;
    

  46.             break;
    


  47. 

  48.         case 1:
    

  49.             if(GPIO_Input_Pin_Data_Get(GPIOB, GPIO_PIN_2) != PIN_SET)
    

  50.             {
    

  51.                 maxim_max30102_read_fifo((aun_red_buffer + maxim_max30102_index),
    

  52.                                          (aun_ir_buffer  + maxim_max30102_index));
    


  53. 

  54.                 if(maxim_max30102_index++ >= 500)
    

  55.                 {
    

  56.                     maxim_max30102_staus = 2;
    

  57.                 }
    

  58.             }
    

  59.             break;
    


  60. 

  61.         case 2:
    

  62.             maxim_heart_rate_and_oxygen_saturation(aun_ir_buffer, 500, aun_red_buffer, &n_sp02, &ch_spo2_valid, &n_heart_rate, &ch_hr_valid);
    

  63.             maxim_max30102_staus = 0;
    


  64. 

  65.             if(ch_hr_valid   == 1 && n_heart_rate < 120)
    

  66.             {
    

  67.                 printf("\r\nvalid heart rate : %d", n_heart_rate);
    

  68.             }
    


  69. 

  70.             if(ch_spo2_valid == 1 && n_sp02      <= 100)
    

  71.             {
    

  72.                 printf("\r\nvalid heart rate : %d", n_heart_rate);                    
    

  73.                 printf("\r\nvalid spO2       : %d", n_sp02);
    

  74.             }
    

  75.             break;
    


  76. 

  77.         default:
    

  78.             break;
    

  79.     }
    

  80. }

KEY相关部分
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  1. void KEY_Handler(char *Name, uint8_t State)
    

  2. {
    

  3.     if(strcmp(Name, "WAKEUP") == 0)
    

  4.     {
    

  5.         if(State == 0)
    

  6.         {
    

  7.             LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);
    

  8.             SmartWatch_PageIndex  =  0;
    

  9.         }
    

  10.     }
    


  11. 

  12.     if(strcmp(Name, "KEY1") == 0)
    

  13.     {
    

  14.         if(State == 0)
    

  15.         {
    

  16.             if(SmartWatch_PageIndex != 1)
    

  17.             {
    

  18.                 SmartWatch_PageState = 0;
    

  19.             }
    

  20.             else
    

  21.             {
    

  22.                 if(SmartWatch_PageState == 0)
    

  23.                 {
    

  24.                     SmartWatch_PageState = 1;
    

  25.                 }
    

  26.                 else
    

  27.                 {
    

  28.                     SmartWatch_PageState = 0;
    

  29.                 }
    

  30.             }
    


  31. 

  32.             LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);
    

  33.             SmartWatch_PageIndex  =  1;
    

  34.         }
    

  35.     }
    


  36. 

  37.     if(strcmp(Name, "KEY2") == 0)
    

  38.     {
    

  39.         if(State == 0)
    

  40.         {
    

  41.             LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);
    

  42.             SmartWatch_PageIndex  =  2;
    

  43.         }
    

  44.     }
    


  45. 

  46.     if(strcmp(Name, "KEY3") == 0)
    

  47.     {
    

  48.         if(State == 0)
    

  49.         {
    

  50.             LCD_ClearScreen(BACKCOLOR);
    

  51.             SmartWatch_PageIndex  =  3;
    

  52.         }
    

  53.     }
    

  54. }



运行界面 & 演示视频
待机界面.jpg 显示时间.jpg 显示日期.jpg 显示天气.jpg 监测心率.jpg

https://www.bilibili.com/video/BV1Ka411T7iG/


附件
软件工程源代码： SmartWatch.zip (3.64 MB, 下载次数: 80)
功能扩展板原理图： Schematic_N32G430C8L7-STB_EBK_SmartWatch_2022-07-25.pdf (94.14 KB, 下载次数: 36)


其它
当前智能手表的随着显示内容越来越丰富，功能越来越强大，显示分辨率也越来越高；之前240*240的分辨率使用SPI就可以满足刷屏需求；现在使用在智能手表上的高分辨率的320*320、480*480等等液晶显示屏，如果还使用SPI已经有明显的卡顿/迟钝的现象，所以现在很多这样高分辨率的显示屏使用了MIPI或者QSPI的接口来进行通讯控制，国民技术在N32G45X系列MCU上配备了QSPI接口，后面有机会可以申请一块板子来验证一下QSPI接口驱动显示屏的效果方案（模块已到位就差开发板来验证了）。
微信图片_20220726085056.jpg

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www5911839 发表于 2022-7-26 12:28 | 显示全部楼层
感谢分享好文章，大佬强无敌
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xld0932 发表于 2022-7-26 12:56 | 显示全部楼层
www5911839 发表于 2022-7-26 12:28
感谢分享好文章，大佬强无敌

这都被发现了……
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WoodData 发表于 2022-7-26 15:12 | 显示全部楼层
真不错
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www5911839 发表于 2022-7-26 17:45 | 显示全部楼层
xld0932 发表于 2022-7-26 12:56
这都被发现了……

每天用爬虫抓得21ic的精华帖，大佬文章篇篇精华，优秀的藏也藏不住啊
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gyh974 发表于 2022-7-27 18:59 | 显示全部楼层
www5911839 发表于 2022-7-26 17:45
每天用爬虫抓得21ic的精华帖，大佬文章篇篇精华，优秀的藏也藏不住啊 ...

怎么爬取？
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 楼主| GrandLine 发表于 2022-8-24 15:15 | 显示全部楼层

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niceguy 发表于 2022-11-3 17:39 | 显示全部楼层
这个QSPI屏的资料可以分享下吗
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zhouchen605768 发表于 2023-2-1 19:05 | 显示全部楼层
学习了
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abotomson 发表于 2023-3-9 12:03 | 显示全部楼层
网上有资料可以参考的吗？              
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ulystronglll 发表于 2023-3-9 12:48 | 显示全部楼层
心率监测使用的是什么模块？              
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everyrobin 发表于 2023-3-9 13:14 | 显示全部楼层
这个esp8266是at指令操作的吗
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backlugin 发表于 2023-3-10 11:42 | 显示全部楼层
flash是用来保存数据数据的？
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macpherson 发表于 2023-3-10 12:55 | 显示全部楼层
图片是怎么保存进去的 ？              
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loutin 发表于 2023-3-10 13:29 | 显示全部楼层
这个界面做的非常好看呢。              
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burgessmaggie 发表于 2023-3-10 13:40 | 显示全部楼层
GET请求是必须要参数的吗？              
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