【系統功能】

CW32l083為主控制的無線終端數據收發。運行國產RT-Thread操作系統。主要功能為實現用E31-TTL-50接收各個模塊發送上來的數據，解析數據，分析數據，顯示數據，并實現信息的顯示，以及異常情況的顯示、警告功能。

無線終端主要以cw32L031為主控，采集sht30溫濕度傳感器數據，通過E31-TTL-50無線模塊將數據上傳。實現5微安的待機電流的超低功耗。

【功能模塊】

主機：

1、接收模塊：接收無線終端模塊發送的溫濕度數據,解析數據后，更新模塊數據。

2、巡檢模塊：定時巡檢各個無線終端的數據，判定工作狀況、更新顯示、報警標志。

3、顯示模塊：根據各個模塊的工作狀態，生成為示數據，用TFT屏展示。

4、報警模塊：驅動pwm模塊，裝載pwm重載值，發出警示聲音。

無線終端：

1、溫濕采集模塊：采集sht30數據。

2、發送模塊：將數據打包，通過無線發送。

3、休眠模塊：發送完數據后進入深度休眠狀態，由AWT模塊定時喚醒。

【硬件】

主機：

1、CW32L083VxTx StartKit REV01開發板。

2、ST7735TFT顯示屏。

3、E31-TTL-50無線串口模塊。

無線終端：

1、cw32l031開發板

2、Sht30溫濕度傳感器。

3、E31-TTL-50無線串口模塊。

4、可充電鋰電池。

【開發環境】

1、代碼編譯環境采集ubuntu20.4;

2、代碼編輯工具為vscode 1.79.2;

3、交叉編譯器為arm-nano-eabi-gcc;

4、固件庫為cw32提供的固件庫;

5、gcc啟動文件與鏈接由作者在cortex-M0+的其他軟件上移植過來;

6、下載器為CW32配送的wch-link;

7、代碼下載軟件為pyocd;

8、調式工具為gdb。

本次開發板的編譯環境、工具均采用開源工具。

【操作系統】

本工程的主控，作者移植了RTT-Thread Nano 3.15版本。RTT作為一款國產開源免費的操作系統可以提供強大的功能，為CW32的性能發揮提供強力的支持。

【程序流程圖】

1、主機端由RTT開啟兩個主要任務，用于數據顯示與巡檢，同時利用串口中斷來實時處理接收的數據。GTIM定時開啟PWM任務，來驅動開發板板載的BEEP。流程圖如下：

2、無線終端采用單線流程，主要是采集數據后進入休眠，做到極簡才能實現最好的功耗控制。流程圖如下：

【原理圖】

1、無線端終采集：

2、主機端：

【程序設計】

一、無線采集端

1．IIC初始化，采用模擬I2C主要代碼是對

二、主機端

1．主機端我們處理數據的核心為sht30數據，聲明結構體如下：

typedef struct _sht30_data

{

uint32_t ID;

int temp; //溫度值

int temp_upper_limit; //溫度值上限

int temp_lower_limit; //溫度值下限

uint16_t humi; //濕度

uint16_t humi_upper_limit; //濕度上限

uint16_t humi_lower_limit; //濕度上限

uint32_t  time_tick;      //更新數據計時

enum _sht30_errcode sht_errcode;

} SHT30_infor;

主要用于存儲數據的核心，以后所有的任務都是針對這個模塊進行。

2．同時聲明一個枚舉，來確定測量點的狀態：

enum _sht30_errcode{

NORMAL=0,

ABNORMAL,

OFFLINE,

};

3．先約定好默的一些參數，最大傳感器個數，溫濕度報警上下限，巡檢次數初值：

#define maxID 2

#define MaxTime 300

#define HUMI_LOWER 500

#define HUMI_UPPER 750

#define TMPE_LOWER 100

#define TMPE_UPPER 300

到此我們的數據結構設計完成。

4．時鐘的初始化，由于主機端需要高速處理數據這里配置為64MHz：

void RCC_cofiguration(void)

{

RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV6);



// 使能PLL，通過HSI倍頻到 64MHz

RCC_PLL_Enable(RCC_PLLSOURCE_HSI, 8000000, 8); //HSI 默輸出8MHz

///< 當使用的時鐘源HCLK大于24M,小于等于48MHz：設置FLASH 讀等待周期為2 cycle

///< 當使用的時鐘源HCLK大于48M,小于等于72MHz：設置FLASH 讀等待周期為3 cycle

__RCC_FLASH_CLK_ENABLE();

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_3);

//時鐘切換到PLL

RCC_SysClk_Switch(RCC_SYSCLKSRC_PLL);

RCC_SystemCoreClockUpdate(64000000);

}

5．主機端的無線接收使用了uart1,端口選擇了PE8與PE9作為TXD、RXD,初始化代碼為：

void E31_UART_Init(void)

{

uint32_t PCLK_Freq;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

UART_InitTypeDef UART_InitStructure = {0};



PCLK_Freq = SystemCoreClock > > pow2_table[CW_SYSCTRL- >CR0_f.HCLKPRS];

PCLK_Freq > >= pow2_table[CW_SYSCTRL- >CR0_f.PCLKPRS];

// 調試串口使用UART3

//  PA8- >TX

//  PA9< -RX

// 時鐘使能

RCC_AHBPeriphClk_Enable(E31_UART_GPIO_CLK, ENABLE);

E31_UART_APBClkENx(E31_UART_CLK, ENABLE);



// 先設置UART TX RX 復用，后設置GPIO的屬性，避免口線上出現毛刺

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);    

//優先級，無優先級分組

NVIC_SetPriority(E31_UART_IRQ, 0);

//UARTx中斷使能

NVIC_EnableIRQ(E31_UART_IRQ);

}

同時配置中斷函數，主要功能是判斷是否接到了幀屬，如果接收到幀尾則把數據交給回調函數進行處理，代碼如下：

void UART1_UART4_IRQHandler(void)

{

/* USER CODE BEGIN */

uint8_t TxRxBuffer;

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();

        }

        else if ((TxRxBuffer == 0x0D) && (e31_rx_state == 0))

        {

            e31_rx_state = 1;

        }

        else if (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 */

}

同時回調函數，為處理與解析數據更新到sht30數據之中：

void e31_exp_data(void)

{

int temp;

uint16_t humi;

uint32_t ID;

if(e31_rx_state == 2)

{

    if(e31_rx_cnt == 14)

    {

        temp = e31_rx_buff[10]< 
        humi = e31_rx_buff[12]< 
        ID =  e31_rx_buff[6]< 
        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;

}

6．ST7735的驅動，驅動采集模擬SPI進行驅動，詳細的驅動見工程源碼包。

7．PWM驅動，pwm選用PA6為pwm輸出端，初始化為1KHz的輸出來驅動板載的蜂鳴器。在初始化驅動后，我們裝載最大的裝截時，占空比為100%，使得蜂鳴器停止，在后面的需要輸入報警聲后，調整為50%的占空比，來實現蜂鳴器的報警聲:

void init_beep(void)

{

GTIM_InitTypeDef GTIM_InitStruct = {0};



__RCC_GTIM1_CLK_ENABLE();   // GTIM2時鐘使能

/* PA6 PWM 輸出 */

__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頻率為 48M/60100=800Hz, SPWM周期 = 800/2/1000= 0.4Hz

GTIM_InitStruct.ReloadValue = 32000UL - 1;    // PWM頻率為 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);

}

void alarm_ON(void)

{

GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, 16000-1);;

}

void alarm_OFF(void)

{

GTIM_SetCompare1(CW_GTIM1, 32000-1);

}

8．按照程序流程圖，我們創建了兩個任務，一個為巡檢任務來實現對傳感器模塊的數據監控，并實理更新工作狀態，代碼如下：

/* 巡檢任務 */

void thread_sht30_check_entry(void *parameter)

{

int i;

uint8_t alarm_sta;

while(1)

{   alarm_sta = 0;

    for(i=0; i< maxID; i++)

    {

        if(sht30[i].time_tick == 0)

        {

            //發送離線的警告

            sht30[i].sht_errcode = OFFLINE;

            sht30[i].temp = 0;

            sht30[i].humi = 0;

            alarm_sta ++;

        }

        else if (sht30[i].temp < sht30[i].temp_lower_limit \\

                 || sht30[i].temp > sht30[i].temp_upper_limit \\

                 || sht30[i].humi < sht30[i].humi_lower_limit \\

                 || sht30[i].humi > sht30[i].humi_upper_limit )

        {

            sht30[i].sht_errcode = ABNORMAL;

            sht30[i].time_tick--;

            alarm_sta++;

        }

        else

        {

            sht30[i].sht_errcode = NORMAL;

            sht30[i].time_tick--;

        }

        

    }

    if(alarm_sta > 0)

    {

        alarm_ON();

    }

    else

    {

        alarm_OFF();

    }

    rt_thread_mdelay(500);

}

}

/* 巡檢任務 */

void sht30_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);

}

9．顯示任務，為定時按照傳感器的工作狀態來實現數據的展示，主要是根據三個狀態、以及溫濕度是否超過或者低于限值來顯示不同的顏色，代碼如下：

/* 線程 顯示 的入口函數 */

static void thread_lcd_entry(void *parameter)

{

sht30_data_Init();

char buff_temp[15];

char buff_humi[15];

uint16_t temp_background_color, temp_font_color;

uint16_t humi_background_color, humi_font_color;

int y_offset = 0;

int i = 0;

while (1)

{

    y_offset = 46;

    for(i=0;i< maxID;i++)

    {

        rt_kprintf("sensorID:%d  stata: %d", i+1, sht30[i].sht_errcode);

        y_offset = y_offset + i*70;

        sprintf(buff_temp,"%d%d.%d",sht30[i].temp/100, sht30[i].temp/10%10, sht30[i].temp%10);

        sprintf(buff_humi,"%d%d.%d",sht30[i].humi/100, sht30[i].humi/10%10, sht30[i].humi%10);  

        switch (sht30[i].sht_errcode)

        {

        case NORMAL:

            temp_background_color = GRAY0;

            temp_font_color = BLUE;

            humi_background_color = GRAY0;

            humi_font_color = BLUE;

            break;

        case OFFLINE: 

            temp_background_color = GRAY2;

            temp_font_color = BLUE;

            humi_background_color = GRAY2;

            humi_font_color = BLUE;

            sprintf(buff_temp, "    ");

            sprintf(buff_humi, "    ");

            break;      

        case ABNORMAL:

            if(sht30[i].humi< sht30[i].humi_lower_limit || sht30[i].humi > sht30[i].humi_upper_limit)

            {

                humi_background_color = YELLOW;

                humi_font_color = BLACK;

            }

            else

            {

                humi_background_color = GRAY0;

                humi_font_color = BLUE;

            }

            if(sht30[i].temp< sht30[i].temp_lower_limit || sht30[i].temp > sht30[i].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);        //更新顯示

        Gui_DrawFont_GBK16(90,y_offset+20,humi_font_color,humi_background_color,buff_humi);



    }

      

    rt_thread_mdelay(10000);

}

}

/* 顯示任務 */

void lcd_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】

1、無線數據采集端能實現的采集數據，并按照設定的時間實現超遠距離、超低功耗的長時間運行，經測量功耗情況如下：

從上面的數據我們可以看出，待機電流為7.5微安左右，在每兩分鐘啟用一次數據上報，最在工作電流為46.5mA，平均電流為110uA，平均功率為362微瓦。可以推算一下，1000mAH的電池可以持續供電100天左右。如果我們采用在溫濕度正常的范圍內緩存，每一個小時做一次數據上傳，那么預計可以延長30倍的工作時間，那就是10年左右的待機。

2、主機端，我們可以實時的監控無線數據采集工作站的實現狀況。

離線的警示：

溫度異常：

【項目總結】

經過半個月的項目開發，主要實現了RT-Thread Nano移植，溫濕度計、無線串口模塊、LCD屏的驅動。實現了一套溫濕度監測系統的基本功能。

【項目拓展計劃】

下一步，將繼續完善監控系統。

1、進行數據儲存。

2、數據的歷史數據查看。

3、連接互聯網，把數據分發給服務器。

審核編輯：湯梓紅