本帖最后由 lulugl 于 2023-7-7 09:08 编辑
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【系统功能】
CW32l083为主控制的无线终端数据收发。运行国产RT-Thread操作系统。主要功能为实现用E31-TTL-50接收各个模块发送上来的数据，解析数据，分析数据，显示数据，并实现信息的显示，以及异常情况的显示、警告功能。
无线终端主要以cw32L031为主控，采集sht30温湿度传感器数据，通过E31-TTL-50无线模块将数据上传。实现5微安的待机电流的超低功耗。
【功能模块】
主机：
- 接收模块：接收无线终端模块发送的温湿度数据,解析数据后，更新模块数据。
- 巡检模块：定时巡检各个无线终端的数据，判定工作状况、更新显示、报警标志。
- 显示模块：根据各个模块的工作状态，生成为示数据，用TFT屏展示。
报警模块：驱动pwm模块，装载pwm重载值，发出警示声音。
无线终端：
- 温湿采集模块：采集sht30数据。
- 发送模块：将数据打包，通过无线发送。
- 休眠模块：发送完数据后进入深度休眠状态，由AWT模块定时唤醒。
【硬件】
主机：
- CW32L083VxTx StartKit REV01开发板。
- ST7735TFT显示屏。
- E31-TTL-50无线串口模块。
无线终端：
- cw32l031开发板
- Sht30温湿度传感器。
- E31-TTL-50无线串口模块。
- 可充电锂电池。
【开发环境】
- 代码编译环境采集ubuntu20.4;
- 代码编辑工具为vscode 1.79.2;
- 交叉编译器为arm-nano-eabi-gcc;
- 固件库为cw32提供的固件库;
- gcc启动文件与链接由作者在cortex-M0+的其他软件上移植过来;
- 下载器为CW32配送的wch-link;
- 代码下载软件为pyocd;
- 调式工具为gdb。
本次开发板的编译环境、工具均采用开源工具。
【操作系统】
本工程的主控，作者移植了RTT-Thread Nano 3.15版本。RTT作为一款国产开源免费的操作系统可以提供强大的功能，为CW32的性能发挥提供强力的支持。
【程序流程图】
- 主机端由RTT开启两个主要任务，用于数据显示与巡检，同时利用串口中断来实时处理接收的数据。GTIM定时开启PWM任务，来驱动开发板板载的BEEP。流程图如下：
- 无线终端采用单线流程，主要是采集数据后进入休眠，做到极简才能实现最好的功耗控制。流程图如下：
【原理图】
【程序设计】
无线采集端
IIC初始化，采用模拟I2C主要代码是对
主机端
- 主机端我们处理数据的核心为sht30数据，声明结构体如下：
typedefstruct_sht30_data
{
uint32_tID;
inttemp; //温度值
inttemp_upper_limit; //温度值上限
inttemp_lower_limit; //温度值下限
uint16_thumi; //湿度
uint16_thumi_upper_limit; //湿度上限
uint16_thumi_lower_limit; //湿度上限
uint32_t time_tick; //更新数据计时
enum_sht30_errcodesht_errcode;
} SHT30_infor;
主要用于存储数据的核心，以后所有的任务都是针对这个模块进行。2、同时声明一个枚举，来确定测量点的状态：
enum_sht30_errcode{
NORMAL=0,
ABNORMAL,
OFFLINE,
};
3、先约定好默的一些参数，最大传感器个数，温湿度报警上下限，巡检次数初值：
#define maxID 2
#define MaxTime 300
#define HUMI_LOWER 500
#define HUMI_UPPER 750
#define TMPE_LOWER 100
#define TMPE_UPPER 300
到此我们的数据结构设计完成。
4、时钟的初始化，由于主机端需要高速处理数据这里配置为64MHz：
voidRCC_cofiguration(void)
{
RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV6);
// 使能PLL，通过HSI倍频到 64MHz
RCC_PLL_Enable(RCC_PLLSOURCE_HSI, 8000000, 8); //HSI 默输出8MHz
///< 当使用的时钟源HCLK大于24M,小于等于48MHz：设置FLASH 读等待周期为2 cycle
///< 当使用的时钟源HCLK大于48M,小于等于72MHz：设置FLASH 读等待周期为3 cycle
__RCC_FLASH_CLK_ENABLE();
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_3);
//时钟切换到PLL
RCC_SysClk_Switch(RCC_SYSCLKSRC_PLL);
RCC_SystemCoreClockUpdate(64000000);
}
5、主机端的无线接收使用了uart1,端口选择了PE8与PE9作为TXD、RXD,初始化代码为：
voidE31_UART_Init(void)
{
uint32_tPCLK_Freq;
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure= {0};
UART_InitTypeDefUART_InitStructure= {0};
PCLK_Freq=SystemCoreClock>>pow2_table[CW_SYSCTRL->CR0_f.HCLKPRS];
PCLK_Freq>>=pow2_table[CW_SYSCTRL->CR0_f.PCLKPRS];
// 调试串口使用UART3
// PA8->TX
// PA9<-RX
// 时钟使能
RCC_AHBPeriphClk_Enable(E31_UART_GPIO_CLK, ENABLE);
E31_UART_APBClkENx(E31_UART_CLK, ENABLE);
// 先设置UART TX RX 复用，后设置GPIO的属性，避免口线上出现毛刺
E31_UART_AFTX;
E31_UART_AFRX;
GPIO_InitStructure.Pins=E31_UART_TX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_Init(E31_UART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pins=E31_UART_RX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;
GPIO_Init(E31_UART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
UART_InitStructure.UART_BaudRate=E31_UART_BaudRate;
UART_InitStructure.UART_Over=UART_Over_16;
UART_InitStructure.UART_Source=UART_Source_PCLK;
UART_InitStructure.UART_UclkFreq=PCLK_Freq;
UART_InitStructure.UART_StartBit=UART_StartBit_FE;
UART_InitStructure.UART_StopBits=UART_StopBits_1;
UART_InitStructure.UART_Parity=UART_Parity_No ;
UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl=UART_HardwareFlowControl_None;
UART_InitStructure.UART_Mode=UART_Mode_Rx|UART_Mode_Tx;
UART_Init(E31_UARTx, &UART_InitStructure);
//优先级，无优先级分组
NVIC_SetPriority(E31_UART_IRQ, 0);
//UARTx中断使能
NVIC_EnableIRQ(E31_UART_IRQ);
}
6、同时配置中断函数，主要功能是判断是否接到了帧属，如果接收到帧尾则把数据交给回调函数进行处理，代码如下：
voidUART1_UART4_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN */
uint8_tTxRxBuffer;
if(UART_GetITStatus(CW_UART1, UART_IT_RC) !=RESET)
{
TxRxBuffer=UART_ReceiveData_8bit(CW_UART1);
if(e31_rx_cnt<E31_RX_MAXLEN)
{
if ((TxRxBuffer==0x0A) && (e31_rx_state==1))
{
e31_rx_state=2;
e31_exp_data();
}
elseif ((TxRxBuffer==0x0D) && (e31_rx_state==0))
{
e31_rx_state=1;
}
elseif (e31_rx_state==0)
{
e31_rx_buff[e31_rx_cnt] =TxRxBuffer;
e31_rx_cnt++;
}
}
else
{
e31_rx_cnt=0;
e31_rx_state=0;
}
UART_ClearITPendingBit(CW_UART1, UART_IT_RC);
}
/* USER CODE END */
}
7、同时回调函数，为处理与解析数据更新到sht30数据之中：
voide31_exp_data(void)
{
inttemp;
uint16_thumi;
uint32_tID;
if(e31_rx_state==2)
{
if(e31_rx_cnt==14)
{
temp=e31_rx_buff[10]<<8|e31_rx_buff[11];
humi=e31_rx_buff[12]<<8|e31_rx_buff[14];
ID= e31_rx_buff[6]<<24|e31_rx_buff[7]<<16|e31_rx_buff[8]<<8|e31_rx_buff[9];
updata_sht30(temp, humi, ID);
rt_kprintf("ID:%X, temp:%d, humi:%d\r\n", ID, temp, humi);
}
}
e31_rx_cnt=0;
e31_rx_state=0;
}
8、ST7735的驱动，驱动采集模拟SPI进行驱动，详细的驱动见工程源码包。
9、PWM驱动，pwm选用PA6为pwm输出端，初始化为1KHz的输出来驱动板载的蜂鸣器。在初始化驱动后，我们装载最大的装截时，占空比为100%，使得蜂鸣器停止，在后面的需要输入报警声后，调整为50%的占空比，来实现蜂鸣器的报警声:
voidinit_beep(void)
{
GTIM_InitTypeDefGTIM_InitStruct= {0};
__RCC_GTIM1_CLK_ENABLE(); // GTIM2时钟使能
/* PA6 PWM 输出 */
__RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
PA06_AFx_GTIM1CH1();
PA06_DIR_OUTPUT();
PA06_DIGTAL_ENABLE();
GTIM_InitStruct.Mode=GTIM_MODE_TIME;
GTIM_InitStruct.OneShotMode=GTIM_COUNT_CONTINUE;
GTIM_InitStruct.Prescaler=GTIM_PRESCALER_DIV2;
// GTIM_InitStruct.ReloadValue = 60100UL - 1; // PWM频率为 48M/60100=800Hz, SPWM周期 = 800/2/1000= 0.4Hz
GTIM_InitStruct.ReloadValue=32000UL-1; // PWM频率为 64M/2/64000=1000Hz, SPWM周期 = 800/2/1000= 0.4Hz
GTIM_InitStruct.ToggleOutState=DISABLE;
GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM1, >IM_InitStruct);
GTIM_OCInit(CW_GTIM1, GTIM_CHANNEL1, GTIM_OC_OUTPUT_PWM_HIGH);
GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, 32000-1);
GTIM_Cmd(CW_GTIM1, ENABLE);
}
voidalarm_ON(void)
{
GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, 16000-1);;
}
voidalarm_OFF(void)
{
GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, 32000-1);
}
10、按照程序流程图，我们创建了两个任务，一个为巡检任务来实现对传感器模块的数据监控，并实理更新工作状态，代码如下：
/* 巡检任务 */
voidthread_sht30_check_entry(void*parameter)
{
inti;
uint8_talarm_sta;
while(1)
{ alarm_sta=0;
for(i=0; i<maxID; i++)
{
if(sht30.time_tick==0)
{
//发送离线的警告
sht30.sht_errcode=OFFLINE;
sht30.temp=0;
sht30.humi=0;
alarm_sta++;
}
elseif (sht30.temp<sht30.temp_lower_limit\
||sht30.temp>sht30.temp_upper_limit\
||sht30.humi<sht30.humi_lower_limit\
||sht30.humi>sht30.humi_upper_limit )
{
sht30.sht_errcode=ABNORMAL;
sht30.time_tick--;
alarm_sta++;
}
else
{
sht30.sht_errcode=NORMAL;
sht30.time_tick--;
}
}
if(alarm_sta>0)
{
alarm_ON();
}
else
{
alarm_OFF();
}
rt_thread_mdelay(500);
}
}
/* 巡检任务 */
voidsht30_check(void)
{
rt_thread_init(&tid_check_sht30,
"sht30_check",
thread_sht30_check_entry,
RT_NULL,
&thread_sht30_check_stack[0],
sizeof(thread_sht30_check_stack),
THREAD_PRIORITY-1, THREAD_TIMESLICE);
rt_thread_startup(&tid_check_sht30);
}
12、显示任务，为定时按照传感器的工作状态来实现数据的展示，主要是根据三个状态、以及温湿度是否超过或者低于限值来显示不同的颜色，代码如下：
/* 线程 显示 的入口函数 */
staticvoidthread_lcd_entry(void*parameter)
{
sht30_data_Init();
charbuff_temp[15];
charbuff_humi[15];
uint16_ttemp_background_color, temp_font_color;
uint16_thumi_background_color, humi_font_color;
inty_offset=0;
inti=0;
while (1)
{
y_offset=46;
for(i=0;i<maxID;i++)
{
rt_kprintf("sensorID:%d stata: %d", i+1, sht30.sht_errcode);
y_offset=y_offset+i*70;
sprintf(buff_temp,"%d%d.%d",sht30.temp/100, sht30.temp/10%10, sht30.temp%10);
sprintf(buff_humi,"%d%d.%d",sht30.humi/100, sht30.humi/10%10, sht30.humi%10);
switch (sht30.sht_errcode)
{
caseNORMAL:
temp_background_color=GRAY0;
temp_font_color=BLUE;
humi_background_color=GRAY0;
humi_font_color=BLUE;
break;
caseOFFLINE:
temp_background_color=GRAY2;
temp_font_color=BLUE;
humi_background_color=GRAY2;
humi_font_color=BLUE;
sprintf(buff_temp, " ");
sprintf(buff_humi, " ");
break;
caseABNORMAL:
if(sht30.humi<sht30.humi_lower_limit||sht30.humi>sht30.humi_upper_limit)
{
humi_background_color=YELLOW;
humi_font_color=BLACK;
}
else
{
humi_background_color=GRAY0;
humi_font_color=BLUE;
}
if(sht30.temp<sht30.temp_lower_limit||sht30.temp>sht30.temp_upper_limit)
{
temp_background_color=YELLOW;
temp_font_color=BLACK;
}
else
{
temp_background_color=GRAY0;
temp_font_color=BLUE;
}
break;
default:
break;
}
Gui_DrawFont_GBK16(90,y_offset,temp_font_color,temp_background_color,buff_temp); //更新显示
Gui_DrawFont_GBK16(90,y_offset+20,humi_font_color,humi_background_color,buff_humi);
}
rt_thread_mdelay(10000);
}
}
/* 显示任务 */
voidlcd_show(void)
{
rt_thread_init(&tid_show_sht30,
"lcd show",
thread_lcd_entry,
RT_NULL,
&thread_lcd_show_stack[0],
sizeof(thread_lcd_show_stack),
THREAD_PRIORITY-1, THREAD_TIMESLICE);
rt_thread_startup(&tid_show_sht30);
}
【工程效果】
采集终端搭建型1：
采集终端搭建型2：
无线数据采集端能实现的采集数据，并按照设定的时间实现超远距离、超低功耗的长时间运行，经测量功耗情况如下：
从上面的数据我们可以看出，待机电流为7.5微安左右，在每两分钟启用一次数据上报，最在工作电流为46.5mA，平均电流为110uA，平均功率为362微瓦。可以推算一下，1000mAH的电池可以持续供电100天左右。如果我们采用在温湿度正常的范围内缓存，每一个小时做一次数据上传，那么预计可以延长30倍的工作时间，那就是10年左右的待机。
主机端，我们可以实时的监控无线数据采集工作站的实现状况。
离线的警示：
温度异常：
【项目总结】
经过半个月的项目开发，主要实现了RT-Thread Nano移植，温湿度传感器、无线串口模块、LCD屏的驱动。实现了一套温湿度监测系统的基本功能。
【项目拓展计划】
下一步，将继续完善监控系统。
- 进行数据储存。
- 数据的历史数据查看。
- 连接互联网，把数据分发给服务器。
【视频展示】
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