<div> <p style="line-height:1.8"> </p> <h3 style="line-height:1.8">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> <div><span style="font-size:12pt">      本项目旨在开发一套集成多种传感器的数据采集与显示系统，基于LVGL图形库实现用户界面，提供高效、直观的数据展示和操作体验。系统涵盖温湿度、方位角、气压、VOC浓度检测，并具备热成像功能，旨在为用户提供全面的环境监测与分析服务。</span></div> <h2>**  主要功能**</h2> <h3> 1. 温湿度测量</h3> <div><span style="font-size:12pt">传感器: SHT40温度湿度传感器</span></div> <div><span style="font-size:12pt">功能: 实时测量环境温度和湿度，提供精准的数据反馈。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 通过LVGL绘制的界面，直观显示温度和湿度值。</span></div> <h3> 2. 方位角测量</h3> <div><span style="font-size:12pt">传感器: QML地磁传感器</span></div> <div><span style="font-size:12pt">功能: 测量当前方位角，支持多种方向的实时监测。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 显示方位角数据，可以通过图形界面查看方位变化。</span></div> <h3> 3. 气压与海拔计算</h3> <div><span style="font-size:12pt">传感器: SQL气压传感器</span></div> <div><span style="font-size:12pt">功能: 测量环境气压，并通过算法计算当前海拔高度。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 显示气压与海拔高度数据。</span></div> <h3> 4. <strong><span style="font-size:16px">VOC</span></strong>浓度检测</h3> <div><span style="font-size:12pt">传感器: SGP40气体传感器</span></div> <div><span style="font-size:12pt">功能: 检测空气中VOC，提供实时数据监测。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 通过LVGL界面，显示VOC浓度指标，超标警告。</span></div> <h3> 5. 热成像功能</h3> <div><span style="font-size:12pt">传感器: 配合MLX热成像传感器</span></div> <div><span style="font-size:12pt">功能: 实时获取环境热图。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 展示热成像图像，支持热图与其他传感器数据的叠加显示，便于用户快速识别温度异常区域。(尚未实现)</span></div> <h3> 用户界面设计</h3> <div><span style="font-size:12pt">界面风格: 采用现代化的界面设计，使用LVGL图形库实现流畅的用户交互体验。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">数据展示: 直观的数据可视化，包括数字显示等，增强用户对数据的理解和分析能力。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">操作便捷: 提供简洁的快捷操作按钮，用户可轻松切换各项功能，进行数据查看和设置。</span></div> <h3> 未来扩展功能</h3> <h3>热成像在LVGL显示功能（未来计划）</h3> <div><span style="font-size:12pt">因为本次训练营时间较短，且本人科研任务繁重，目前尚未有精力在此训练营期限内完成LVGL和热成像的结合。</span></div> <div><span style="font-size:12pt">思路：在LVGL中使用文件系统，来定时显示传递的图片</span></div> <div><span style="font-size:12pt">界面展示: 未来计划在LVGL界面中展示热成像图像，支持热图与其他传感器数据的叠加显示，便于用户快速识别温度异常区域。</span></div> <div><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/U1TVnf7oIo5zT14JNSIqzkMK9U6IcZaXoJRGOYwV.png" alt="" width="646" height="568"></div> <div> <p style="text-align:center"><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt">系统框图</span></p> </div> </div> <div> <h3 style="line-height:1.8">* 2、项目属性</h3> <hr> <p style="line-height:1.8"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px">首次公开，未曾在比赛中获奖</span></p> <h3 style="line-height:1.8">* 3、开源协议</h3> <hr> <p style="line-height:1.8"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px">GPL3.0开源</span></p> <h3 style="line-height:1.8">*4、硬件部分</h3> <hr> <div> <h2> **  硬件设计**</h2> <h3>MCU选型：</h3> <ul> <li><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt">明确项目需求：如时钟，内存等。</span><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:16px">STM32F411CEU6作为主控芯片，其具备512KB Flash和128KB RAM</span></li> <li><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt">明确项目所需的IO和外设</span></li> </ul> <p><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt">因本项目界面采用LVGL来进行编写，因此对于主控的内存有一定要求，此次选取，完全满足需求，为了更好的适配热成像功能，本次采取增设外部FLASH来存储图片</span><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt">芯片选型为W25Q128</span></p> <p> </p> <h3>PCB设计：</h3> <p><span style="font-size:12pt">    对于本设计，没有高速信号，也没有高精度采样场合，更没有大电压的走线，因此对Layout，无需进行特殊的手段处理，满足基本走线规范即可。</span></p> </div> <div> <h3> 1.充电电路设计与选型</h3> <p><span style="font-size:12pt">    对于便携式设备来说，一直连接USB接口显然是不合适的，如果选取干电池，那么体积和重量无疑也会增加，并且无法充电，因此设计采用锂电池，并设计了电路选择和充电电路</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/O8axxGg3PBrjvxtGU7VuE4ZWfRjNr6hL22kDkAtU.png" alt=""></p> <p><span style="font-size:12pt">    对于充电电路，选取常见的TP4056，这款芯片设计简单，价格便宜非常适合与小型化设备的开发中，但是它也有一个非常明显的问题，就是发热比较严重，因此需要对充电电流进行限制和选择，经过多次的设计验证后发现，对于</span><span style="font-size:12pt">充电电流以0.2A为好，虽然会降低充电速度但是至少发热不在明显。</span></p> <h3> 2.电源选择设计</h3> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/aIgwoXPupkrnR7qythXNWPLFGIYWJxXunebwOIDC.png" alt=""></p> <p><span style="font-size:12pt">    采用MOS管来进行切换，一般锂电池电压为4.2V左右，当锂电池接入时usb没有接入时，锂电池流过Q1的体二极管压降，此时源极电压为3.5V，所以此时Pmos导通，体二极管短路，源极电压4.2V。</span></p> <p><span style="font-size:12pt">    当usb接入时，Q1的栅极为5V，此时漏极电压为4.2V，而USB经过二极管压降为4.7V也就是此时源极电压，Pmos不导通。对于Q2，Q2的源极此时可能是4.7或者4.2V，而此时的栅极接到了开关上，如果开关断开，那么此时Q2不导通，开关闭合则导通供电（为什么要采用两个二极管？看起来帅气）</span></p> <h3> 3.降压电路设计</h3> <p><span style="font-size:12pt">此为芯片整体3V3电源</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/52eF5PKzayKLUjvFR926lHSooVs0O8vNPdkqGlqB.png" alt=""></p> <p><span style="font-size:12pt">此为心率传感器1V8电源</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/yItn1JALKdc91pwuG9PML1xlQUDdDm8RXEWY8Nac.png" alt=""></p> </div> <p style="line-height:1.8"> </p> <h3 style="line-height:1.8">*5、软件部分</h3> <hr> <h2> ** 软件设计**</h2> <p><span style="font-size:12pt">软件架构如图所示：</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/VbzR07UDvtUKgzKXLVCXfiea4zSHSaR83jlErWIj.png" alt="" width="532" height="460"></p> <p><span style="font-size:12pt">系统流程框图如图所示：</span></p> <p><span style="font-size:12pt">    对于编写程序，需要养成良好习惯，而非是想到哪里写到哪里，全局变量满天飞，整篇代码中充满了0和1等定义，这样编写的代码，可读性极差且逻辑非常混乱，不易于维护和排错，因此在设计程序之前，设计好程序的流程以及架构才是代码水平提升的关键。</span></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Lw9PCykXWcISKThsdYxYCzspbFOKh2gtqG95eAjE.png" alt="" width="1255" height="1445"></p> <h2 style="line-height:1.8">传感器驱动：</h2> <p><span style="font-size:12pt">设计采用软件IIC驱动，对于传感器按照数据手册对应的时序和寄存器编写命令即可。如SGP40数据手册：</span></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ngQWQz66d2xn2ckFWeVS6uQuQqnwZtJ412b0MsVY.png" alt=""></p> <p><span style="font-size:12pt">对于软件IIC，在设计中将EEPROM和SERSOR的区分开了，因此在编写程序时候，采用结构体的框架来编写，这样只需要一份IIC的代码</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/MmEwj47U1eJOBo4ewqaNZ4a4pme8DeXPHsHkJAmc.png" alt=""></p> <p>在使用FreeRtos时，创建不同任务的信号量，需要注意优先级问题，对于执行任务时，IIC代码需要加入互斥锁，在每次执行时，调用互斥锁。</p> <h2 style="line-height:1.8">按键和WIFI：</h2> <p><span style="font-size:12pt">    对于按键检测，如果采用延时死等的方式，非常不可取，尤其是图形界面和多任务系统中，因此在此处介绍状态机，将按键的多种时态表述成为多种状态，对于每种状态进行处理.</span></p> <p><span style="font-size:12pt">   其中获取系统运行时间，在系统中断或者定时器中断中获取即可。wifi同理</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/ljFaJINif4oMJ83BLvR3tHztTRH9NppdmeMR9RyW.png" alt="" width="600" height="379"></p> <p> </p> <h2 style="line-height:1.8">LVGL：</h2> <p><span style="font-size:12pt">    因采用了FreeRtos，因此对于LVGL来说虽然支持操作系统，但是存在线程不安全问题，对于一些操作需要注意，而移植LVGL到Rtos中也非常简单，只需要将LVGL当成一个任务创建即可：</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/JfG9aKIORpLOdEE2YzCnlMhA8hFAogS1xaZd6beZ.png" alt=""></p> <p><span style="font-size:12pt">    在任务中创建while（1）循环，来调度LVGL计时器即可。</span></p> <p><span style="font-size:12pt">    如果遇到LVGL卡死的情况，基本就是内存泄露的问题，因此对于界面管理，采用栈的操作是不错的方式，入栈界面指针。</span></p> <h2 style="line-height:1.8">电池驱动：</h2> <p><span style="font-size:12pt">   电池电量通过ADC获取，然后数据进行软件滤波，滤波算法采用中位值滤波。</span></p> <p><span style="font-size:12pt">   电池开路电压的容量关系：如下所示，对于恒流放电，其对应关系相应减去0.15左右即可</span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">100%----4.20V                     </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">40%-----3.79V</span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">90%-----4.06V                      </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">30%-----3.77V</span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">80%-----3.98V                      </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">20%-----3.74V</span><span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt">  </span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">70%-----3.92V                    </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">10%-----3.68V</span><span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt"> </span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">60%-----3.87V                     </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">5%------3.45V</span><span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt">        </span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt"><span style="font-family:宋体">　　</span><span style="font-family:Calibri">50%-----3.82V                     </span></span><span style="font-family:'Times New Roman';font-size:10.5pt">0%------3.00V</span></p> <p> </p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="font-family:宋体;font-size:12pt"><span style="font-family:Calibri">     但对于电量采集，随着使用时间的增加，比例一定会失调，因此，采取分段设计充电状态，以设备的实际功耗，设置对应挡位</span></span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/B7k0MNDlW499mZ2fbmCHFg2pU1V06Z0ix5eAom47.png" alt=""><span style="font-size:12pt"><span style="font-family:宋体"><span style="font-family:Calibri"> 如何计算？对于片上ADC，采样最大3.3V，对应0xfff，所以计算公式：（3.3/0xfff）*V*(分压)。需要注意的是，采取中位值滤波，需要去掉头尾，因为要对数据不够三个的情况进行处理，</span></span><span style="font-family:宋体"><span style="font-family:Calibri">相应伪代码：if(</span></span><span style="font-family:Calibri">s_Num < 3</span><span style="font-family:Calibri">) { V = g_adcVal[0] }</span></span></p> <p style="line-height:150%;text-align:center"><span style="font-size:12pt"><span style="font-family:Calibri"><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/EX1r2P4nCcZ6n7XYOVJH19ZqLHkgIBJJ2WheNnVk.png" alt="">中位值平均滤波</span></span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"> </p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"><span style="font-size:12pt;font-family:Calibri">    最后电池管理分为两个状态，没有充电和正在充电的状态，需要分开处理，并且由于在非开路情况下，电池电压会有波动，因此我们需要控制电池上述的状态中不能回升，即未充电时，数值只可以下降不可以上升，反之同理。</span></p> <p style="mso-para-margin-left:0.0000gd;text-autospace:ideograph-numeric;mso-pagination:none;line-height:150%"> </p> <h2 style="line-height:1.8">总结：</h2> <p><span style="color:#000000;font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt;background-color:#fdfdfe">   参加了两期训练营了，分别是泰山派和示波器，感觉收获满满。立创的工程师们非常专业，整个学习和参加过程也清晰流畅。之前因为科研任务繁重，一直没时间进行独立的创造，基本上就是复刻，没进行独立的设计。这次趁着暑假的小假期，碰巧又遇到了训练营，这不的毫不犹豫地加入。</span></p> <p><span style="color:#000000;font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt;background-color:#fdfdfe">    本设计整体比较简单，但是有一些地方也有一定的难度，比如热成像的显示框架，和尚未实现的心率传感器，其数据需要进行FIR滤波算法的处理还需要各种舍弃和前移等操作，让人头大，暂且搁置。还有对于MQTT协议，虽然操作比较简单，但是本次训练营时间有限（我要放假了），准备对下一版在重新构造界面时，在完成这个模块的实现。</span></p> <p><span style="color:#000000;font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt;background-color:#fdfdfe">   问题：本以为使用SPI+DMA可以对热成像的刷新率进行一些提升，但是刷新还是比较慢，因此最好采用8080并口的屏幕。此外还没有成功实现LVGL和热城乡的结合，基本想法就是采用文件系统然后去刷新图片，不知道是否可行，待下段时间进行研究一下。</span></p> <p><span style="font-family:helvetica, arial, sans-serif;font-size:12pt;color:#000000"><span style="background-color:#fdfdfe">   最后，感谢立创提供的支持，和立创的工程师们提供的帮助，</span><span style="background-color:#fdfdfe">这次训练营让我学到了很多，未来，我会继续努力，不断提升自己的技能水平。</span></span></p> <h3 style="line-height:1.8">* 6、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> <h3 style="line-height:1.8"><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/JeunHJIFo18lGkdN3nu4KqLzq8Uu43RnejcVp0vS.jpeg" alt="" width="600" height="450"></h3> <p style="text-align:center"><span style="font-size:12pt">图1：插上电池后，电池指示变化</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/PvZwYGuxottXOs5KF1cvESQ93MIZIH2uZI5amrJx.png" alt="" width="600" height="464"></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/Z5PdmKcyBkF4UesRajL5VILEJopAxoED9PLpshvo.jpeg" alt="" width="600" height="450"></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/7Z8dAfONrXUIufxwEeI6eFeXX153ucfaXSmOl7H8.jpeg" alt="" width="600" height="450"></p> <p style="text-align:center"><span style="font-size:12pt">图2：热成像</span></p> <p><img style="display:block;margin-left:auto;margin-right:auto" src="//image.lceda.cn/pullimage/2JqqP9OYyq0sIiQnrCauQFJlw2MOkFZd60VbrOcq.jpeg" alt="" width="600" height="800"></p> <p style="text-align:center"><span style="font-size:12pt">图3：温湿度对比</span></p> <p> </p> <p style="line-height:1.8"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px">视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；</span></p> <p style="line-height:1.8"><span style="color:#95a5a6;font-size:14px">视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。</span></p> <p style="line-height:1.8"><span style="font-size:14px"><a href="/posts/de460543d4cf4dacb5f0326612455578" target="_blank">前往查看更多详情 ＞</a></span></p> <p style="line-height:1.8"> </p> </div>