本帖最后由 swtman 于 2025-8-15 16:57 编辑
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@21小跑堂
高精度无线人体温度仪 1. 前言
手中持有一款瑞萨的开发板，已经吃灰很久了。关于瑞萨开发板的使用也忘记了好多，为了发挥一下开发板的余热，同时也重新熟悉一下瑞萨开发板的使用和开发过程。因此想基于这个开发板做一个小而实用的项目。一个高精度无线温度仪由此诞生了。
项目目标：
1-精度高，小于0.1度；
2-带有显示屏，方便及时查看；
3-最重要的是支持蓝牙传输，支持BLE和SPP，既可以连接手机，也可以连接电脑。
2. 最终效果图
从无数的坑里终于爬出来了，最终完成目标，实现最终效果如下：
图 1 项目验证实物图
后续手机端，若是能做成更好的APP适配，效果会更好。硬件方面可以集成一个小盒子，会更方便收纳。
本项目需要使用一些外设和模块，因此需要进行硬件设计。
3.1. 系统整体设计
主控采用RA-Eco-RA4M2-100PIN-V1.0开发板，通过IIC采集温度传感器数据，然后通过OLED显示屏显示计算的人体温度，并通过无线模块将数据发送给电脑或者手机等终端。开发通过LED显示系统正常运行。
图 2 整体硬件架构图 3.2. RA4M2开发板
RA-Eco-RA4M2-100PIN-V1.0是一款基于100MHz Arm® Cortex®-M33内核架构的核心板，主控芯片为R7FA4M2AD3CFP。 RA4M2 32 位微控制器 (MCU) 产品群使用支持 TrustZone 的高性能 Arm® Cortex®-M33 内核。 与片内的 Secure Crypto Engine (SCE) 配合使用，可实现安全芯片的功能。 RA4M2 采用高效的 40nm 工艺，由灵活配置软件包 (FSP) 这个开放且灵活的生态系统概念提供支持，FSP 基于 FREERTOS 构建，并能够进行扩展，以使用其他实时操作系统 (RTOS) 和中间件。 RA4M2 适用于物联网应用的需求， 如多样化的通信功能、面向未来应用的安全功能、大容量嵌入式 RAM 和较低的运行功耗（从闪存运行 CoreMark® 算法时功耗低至 81µA/MHz）。
以上是官方的介绍，这个开发板的相关接口和资源介绍如下：
1个复位按键，2个用户按键，2个触摸按键，3个LED，2个PMOD接口，板载USB转TTL模块，可用于串口通信和烧录，板载SWD接口，方便用户调试与下载，支持 TrustZone 的 100MHz Arm Cortex-M33安全芯片的功能，512kB 闪存、64kB SRAM（支持奇偶校验）以及 64kB ECC SRAM，8KB 数据闪存，提供与 EEPROM 类似的数据存储功能，1kB 休眠用 SRAM，电容式触摸传感单元 (CTSU)，全速 USB 2.0，支持主机模式和设备模式，CAN 2.0B，四线 SPI，SCI（UART、简单 SPI、简单 I2C），独立SPI/I2C 多主接口，SDHI 和 MMC。
本项目只是使用部分接口和资源。
3.3. OLED显示屏
0.96寸OLED显示屏窄白光IIC接口，屏幕分辨率为128X64。这个屏幕从立创商城购买来。链接如下：
https://item.szlcsc.com/5960631.html?spm=sc.ols.it2-1___sc.hm.hd.dd&lcsc_vid=TgJXAgVTFgdaUVFeQVZaBAFfFAJbU11e**MUV0FRlQxVlNTQlBdX1xQQFRaUDtW
相关参数如下：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps76.jpg
图 3 OLED显示屏采购
3.4. 温度传感器
采用敏源的M1820ZT5，该传感器具有±0.1℃精度、16bitADC、超低功耗、1-wire数字接口。是一款高精度温度传感芯片。在立创商城上购买，链接如下：
https://item.szlcsc.com/5750395.html?spm=sc.ols.it0-1___sc.hm.hd.dd&lcsc_vid=TgJXAgVTFgdaUVFeQVZaBAFfFAJbU11e**MUV0FRlQxVlNTQlBdX1xQQFRaUDtW
该高精度数字温度探头，探头直径5MM，线长1米，内部芯片型号M1820Z，最高测温精度±0.1℃@0~+50℃，1-Wire协议数字输出，16bit ADC 0.004℃分辨率，10.5ms快速测温，1.8V~5.5V宽电压供电，工作温度范围-20℃~+85℃（芯片工作温度范围-70℃~+150℃）。选择这款的原因就是精度很高啊。测量也方便哦。
图 4 M1820ZT5温度传感器
3.5. 无线模块
基于KT6368的蓝牙模块，支持SPP和BLE双模。不仅可以可以连接手机，也可以连接电脑。该模块板载PCB天线。通过串口控制收发数据。供电：3.3V。该模块采用立创开源的硬件制作，相关开源链接如下：
https://oshwhub.com/swtblue/kt86368akt6328a-bluetooth-module
具体实物如下：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps78.jpg 图 5 无线模块 3.6. LED灯
这里直接使用开发板上的3个LED灯，不再详述，相关原理图如下图所示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps79.jpg 图 6 LED控制IO
需要对相关GPIO进行配置。
4. 系统软件设计
通过RASC进行初始参数配置，基于keil MDK平台使用C语言进行编码。
4.1. OLED的IIC配置与关键代码实现
OLED使用的IIC的IO分别是SDA：P408、SCL：P409。为了屏幕刷新的更快，这里配置速度为FAST-MODE。大约400KBPS。需要注意选择IIC的通道，SLAVE的地址：0x3c，并命名好回调函数。具体配置如下图所示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps80.jpg
图 7 OLED的IIC配置
回调函数实现如下：
i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
{
i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
if (NULL != p_args)
{
/* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
i2c_event = p_args->event;
}
}
int timeout_ms = 100;
当然这里还有屏幕的驱动代码等，由于篇幅所限，不再详述。该屏幕的使用属于常规操作。具体可以查看工程源码。
在这里需要注意一下汉字取模，我采用的是在线进行汉字取模。网站链接如下：
https://www.23bei.com/tool/216.html
我需要使用的汉字是：高精度无线人体温度仪。通过在线取模，参数配置如下图所示：
该传感器单线通信，因此只需要一个IO：P115，该管脚需要外部4.7K的电阻3.3V进行上拉。否则通信会有问题。管脚P115的软件配件如下图所示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps82.jpg 图 9温度传感器通信IO
该传感器的驱动代码官方已经写好，只需要对IO和延时程序重新移植即可。
相关需要自行配置和修改的函数如下：
/*********用户可自行配置us级延时************/
#define ow_Delay_us(N) R_BSP_SoftwareDelay(N, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS)
#define DELAY_Ms(N) R_BSP_SoftwareDelay(N, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS)
#define ow_DQ_set() { R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, DQ_PIN,BSP_IO_LEVEL_HIGH); }
#define ow_DQ_reset() { R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, DQ_PIN,BSP_IO_LEVEL_LOW);}
uint8_t ow_DQ_get(void)
{
bsp_io_level_t x=0;
if(R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl,DQ_PIN,&x)==FSP_SUCCESS){
return x;
}
return 1;
}
void OW_Init(void)
{
ow_DQ_set();
}
这里需要配置三个IO分别是P405、P404、P002分别对应LED1、LED2、LED3。配置起来非常简单，将设置为输出即可，配置分别如下图所示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps85.jpg
图 10 LED控制IO配置
具体代码实现控制LED亮灭非常简单，如下所示：
R_BSP_SoftwareDelay(250, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // NOLINT
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED1, BSP_IO_LEVEL_LOW);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED2, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
R_BSP_SoftwareDelay(250, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // NOLINT
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED1, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED2, BSP_IO_LEVEL_LOW);
4.4. 无线模块的UART接口配置与关键代码实现
无线蓝牙模块的接口为串口，因此需要使用1个UART。相关配置如下：
图 11 无线模块UART通信接口配置
相关的回调函数需要自己进行实现，相关代码如下：
fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
unsigned char send_buff[100];
volatile bool uart_send_complete_flag = false;
void g_uart9_callback (uart_callback_args_t * p_args)
{
if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
{
uart_send_complete_flag = true;
}
}
为了方便调试，和打印相关信息。这里对printf函数进行了重定向，相关代码如下所示：
/* 重定向 printf 输出 */
#if defined __GNUC__ && !defined __clang__
int _write(int fd, char *pBuffer, int size); //防止编译警告
int _write(int fd, char *pBuffer, int size)
{
(void)fd;
R_SCI_UART_Write(&g_uart4_ctrl, (uint8_t *)pBuffer, (uint32_t)size);
while(uart_send_complete_flag == false);
uart_send_complete_flag = false;
return size;
}
#else
int fputc(int ch, FILE *f)
{
(void)f;
R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
while(uart_send_complete_flag == false);
uart_send_complete_flag = false;
return ch;
}
#endif
4.5. SWD调试与下载接口配置
由于我手头上有j-link调试器，所以配置SWD接口，不仅能适配我的调试器，还可以节省IO。具体配置如下图所示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps87.jpg 图 12 SWD调试下载接口配置
4.6. 主程序设计
由于在RASC中已经配置了相关的外设，这里只需要调用即可。因此主程序实现如下：
/*******************************************************************************************************************//**
* main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used. This function
* is called by main() when no RTOS is used.
**********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
/* TODO: add your own code here */
float T=0;
unsigned char str[16]={0};
err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
assert(FSP_SUCCESS == err);
/* IIC初始化*/
err = R_SCI_I2C_Open(&g_i2c0_ctrl, &g_i2c0_cfg);
assert(FSP_SUCCESS == err);
WriteCmd();//OLED初始化
OLED_Clear();//清屏
//高精度无线人体温仪
OLED_ShowCHinese(0,1,0);//高
OLED_ShowCHinese(16,1,1);//精
OLED_ShowCHinese(32,1,2);//度
OLED_ShowCHinese(48,1,3);//无
OLED_ShowCHinese(64,1,4);//线
OLED_ShowCHinese(80,1,7);//温
OLED_ShowCHinese(96,1,2);//度
OLED_ShowCHinese(112,1,8);//仪
OW_Init();
SetConfig(CFG_MPS_Single,CFG_Repeatbility_High);
while(1)
{
//printf("kwin\r\n");
T= OutputTemp();
sprintf(str,"%6.2fC",T);
printf("%s",str);
OLED_ShowString(32,5,str,16);
R_BSP_SoftwareDelay(250, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // NOLINT
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED1, BSP_IO_LEVEL_LOW);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED2, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
R_BSP_SoftwareDelay(250, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // NOLINT
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED1, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LED2, BSP_IO_LEVEL_LOW);
}
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
/* Enter non-secure code */
R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}
代码编译成功后，会有如下提示：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps88.jpg
图 13 代码编译成功提示
下载之前需要进行配置：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps89.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml13540/wps90.jpg
图 15 程序调试输出验证
说明程序运行正常。温度输出为实验室环境温度。
最终的效果图参见第二章节的最终成品图。
系统演示可以查看如下链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1WUbJzpEgQ/?vd_source=e36622a05269c0356d6cd566056a2488
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