Initial import of STM32 IoT sensor node
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yzfh
@@ -0,0 +1,376 @@
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# 实现逻辑详解
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## 1. 系统工作流程
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### 1.1 主程序流程图
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```
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┌─────────────────┐
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│ 系统初始化 │
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├─────────────────┤
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│ 硬件模块初始化 │
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├─────────────────┤
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│ WiFi连接尝试 │
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├─────────────────┤
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│ TCP连接建立 │
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├─────────────────┤
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│ 设备注册发送 │
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├─────────────────┤
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│ 主循环处理 │
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└─────────────────┘
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```
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### 1.2 详细工作流程
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#### 第一阶段：系统初始化 (main.c:32-50)
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```c
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// 1. 中断优先级配置
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NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
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// 2. 硬件模块初始化顺序
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led_init(); // LED状态指示
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beep_init(); // 蜂鸣器控制
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systick_init(); // 系统时钟
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usart1_init(115200); // 调试串口
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eeprom_init(); // 配置存储
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oled_init(); // 显示屏
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dht11_init(); // 温湿度传感器
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adc1_init(); // ADC采集
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```
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**初始化逻辑说明**：
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- LED初始关闭，避免误触发
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- 串口初始化为115200波特率，用于调试输出
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- OLED显示屏初始化后立即准备显示数据
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#### 第二阶段：网络连接 (main.c:52-79)
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```c
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// WiFi连接逻辑
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if (esp8266_connect_wifi(WIFI_SSID, WIFI_PASS)) {
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printf("Connected to WiFi\r\n");
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// TCP连接逻辑
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if (esp8266_tcp_connect(SERVER_IP, SERVER_PORT)) {
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tcp_connected = 1;
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// 设备注册消息
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char reg_msg[128];
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int reg_len = snprintf(reg_msg, sizeof(reg_msg),
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"{\"type\":\"register\",\"device_id\":\"%s\",\"action\":\"connect\"}\n",
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DEVICE_ID);
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}
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}
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```
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**连接策略**：
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- 先建立WiFi连接，再尝试TCP连接
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- 连接成功后发送设备注册消息
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- 失败时设置tcp_connected=0，进入重连机制
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## 2. 主循环实现逻辑
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### 2.1 数据采集与显示 (main.c:95-112)
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```c
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// 传感器数据采集
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u8 value[5];
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dht11_get_values(value); // 获取温湿度数据
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// OLED显示更新
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sprintf(buf, "\xce\xc2\xb6\xc8: %5.1f \xa1\xe6", (float)value[2]); // 温度
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oled_draw_text16(8, 8, buf);
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sprintf(buf, "\xca\xaa\xb6\xc8: %5.1f%%", (float)value[0]); // 湿度
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oled_draw_text16(8, 24, buf);
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sprintf(buf, "ADC Value: %04d", adc1_get_value(10)); // ADC
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oled_draw_text8(8, 40, buf);
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sprintf(buf, "LED(0): %3s", led_get_status(0) ? "ON" : "OFF"); // LED状态
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oled_draw_text8(8, 48, buf);
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oled_refresh_framebuffer(); // 刷新显示
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```
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**实现细节**：
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- DHT11数据格式：`value[0-1]`湿度，`value[2-3]`温度，`value[4]`校验和
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- OLED使用GBK编码显示中文
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- 显示区域划分：温度(8,8)，湿度(8,24)，ADC(8,40)，LED状态(8,48)
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### 2.2 网络重连机制 (main.c:116-148)
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```c
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static int reconnect_counter = 0;
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int reconnect_threshold = RECONNECT_PERIOD_MS / SEND_INTERVAL_MS;
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if (!tcp_connected) {
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if (reconnect_counter >= reconnect_threshold) {
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reconnect_counter = 0;
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// 尝试重连
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if (esp8266_tcp_connect(SERVER_IP, SERVER_PORT)) {
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tcp_connected = 1;
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||||
// 重连后重新注册
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char reg_msg[128];
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int reg_len = snprintf(reg_msg, sizeof(reg_msg),
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"{\"type\":\"register\",\"device_id\":\"%s\",\"action\":\"reconnect\"}\n",
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||||
DEVICE_ID);
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}
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} else {
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printf("Not connected to TCP server, skipping send\r\n");
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delay_ms(SEND_INTERVAL_MS);
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continue; // 跳过本次循环的数据发送
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}
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}
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```
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**重连策略**：
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- 每5秒尝试一次重连（RECONNECT_PERIOD_MS = 5000ms）
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- 重连成功后发送"reconnect"类型的注册消息
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- 连接断开期间跳过数据发送，避免错误
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### 2.3 数据发送逻辑 (main.c:150-169)
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```c
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// JSON数据构造
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char json[256];
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int msg_len = snprintf(json, sizeof(json),
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||||
"{\"device_id\":\"%s\",\"temp\":%.1f,\"humidity\":%.1f,\"buzzer\":%d,\"led0\":%d,\"led1\":%d,\"led2\":%d}\n",
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||||
DEVICE_ID,
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||||
(float)value[2], // 温度
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||||
(float)value[0], // 湿度
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||||
beep_get_status(), // 蜂鸣器状态
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||||
led_get_status(0), // LED0状态
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||||
led_get_status(1), // LED1状态
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led_get_status(2)); // LED2状态
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// 发送数据
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esp8266_clear_read_buf(); // 清空接收缓冲区
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int sent = esp8266_write(json, (uint16_t)msg_len);
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```
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**数据格式说明**：
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- 发送频率：200ms一次（SEND_INTERVAL_MS）
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- 数据格式：JSON，以换行符结束
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- 包含设备ID、传感器数据、执行器状态
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### 2.4 控制命令接收与解析 (main.c:171-218)
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```c
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// 主动请求控制命令
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if (tcp_connected) {
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char getcmd[64];
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snprintf(getcmd, sizeof(getcmd), "GET control %s\n", DEVICE_ID);
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||||
int gsent = esp8266_write(getcmd, (uint16_t)strlen(getcmd));
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||||
}
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// 接收并解析控制命令
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char inbuf[256];
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int rlen = esp8266_read(inbuf, sizeof(inbuf));
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||||
if (rlen > 0) {
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inbuf[rlen] = '\0';
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printf("Control recv: %s\r\n", inbuf);
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||||
// 解析蜂鸣器控制
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char *p = strstr(inbuf, "\"buzzer\"");
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||||
if (p) {
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p = strchr(p, ':');
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if (p && sscanf(p+1, "%d", &val) == 1) {
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if (val) {
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beep_on();
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} else {
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beep_off();
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}
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}
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||||
}
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// 解析LED控制 (led0, led1, led2)
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for (int i = 0; i < 3; i++) {
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char key[16];
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sprintf(key, "\"led%d\"", i);
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p = strstr(inbuf, key);
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||||
if (p) {
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||||
p = strchr(p, ':');
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||||
if (p && sscanf(p+1, "%d", &val) == 1) {
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||||
led_set_status(i, val ? 1 : 0);
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}
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}
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}
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}
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```
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**控制协议解析**：
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- 使用轮询模式主动获取控制命令
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- 支持的控制命令：`{"buzzer":1,"led0":1,"led1":0,"led2":0}`
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- 实时应用控制命令到硬件设备
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## 3. 关键算法实现
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### 3.1 DHT11时序控制算法 (dht11.c)
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```c
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int dht11_get_values(u8 buf[5]) {
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// 1. 发送起始信号
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DHT11_DATA_OUT = 0; // 拉低数据线
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delay_ms(20); // 保持18ms以上
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DHT11_DATA_OUT = 1; // 拉高数据线
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delay_us(30); // 等待20-40us
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// 2. 等待传感器响应
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while(DHT11_DATA_IN && timeout < 20) {
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delay_us(2);
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timeout++;
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}
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// 3. 读取40位数据
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for(int i = 0; i < 5; i++) {
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for(int bit = 0; bit < 8; bit++) {
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// 等待50us低电平
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while(!DHT11_DATA_IN);
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||||
// 等待高电平结束
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delay_us(40);
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if(DHT11_DATA_IN) {
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data_bit = 1; // '1'位
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} else {
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data_bit = 0; // '0'位
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}
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||||
// 等待高电平结束
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||||
while(DHT11_DATA_IN);
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// 组装字节
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buf[i] <<= 1;
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buf[i] |= data_bit;
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}
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}
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return 1;
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}
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```
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**时序要点**：
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- 起始信号：拉低18ms，拉高20-40us
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- 数据位判断：40us后检测电平状态
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- 完整数据：40位（5字节），包含校验和
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### 3.2 ESP8266 AT指令控制 (esp8266.c)
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```c
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int esp8266_connect_wifi(const char *ssid, const char *passwd) {
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char cmd[128];
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// 1. 设置WiFi模式
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usart2_send_string("AT+CWMODE=1\r\n");
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||||
if(!esp8266_wait_response("OK", 2000)) return 0;
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||||
// 2. 连接WiFi
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||||
sprintf(cmd, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", ssid, passwd);
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||||
usart2_send_string(cmd);
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||||
if(!esp8266_wait_response("OK", 10000)) return 0;
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|
||||
return 1;
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}
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||||
int esp8266_tcp_connect(const char *ip, uint16_t port) {
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||||
char cmd[64];
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||||
sprintf(cmd, "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n", ip, port);
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||||
usart2_send_string(cmd);
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||||
return esp8266_wait_response("CONNECT", 5000);
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}
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```
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**AT指令流程**：
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- 设置WiFi模式为Station模式
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- 连接指定WiFi网络（最长等待10秒）
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- 建立TCP连接到服务器
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### 3.3 OLED显示驱动 (oled.c)
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```c
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void oled_refresh_framebuffer(void) {
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// 1. 设置列地址范围
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OLED_write_command(0x21); // 列地址设置命令
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OLED_write_command(0); // 起始列
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OLED_write_command(127); // 结束列
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// 2. 设置页地址范围
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OLED_write_command(0x22); // 页地址设置命令
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OLED_write_command(0); // 起始页
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OLED_write_command(7); // 结束页
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// 3. 发送帧缓冲区数据
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for(int i = 0; i < 1024; i++) {
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OLED_write_data(OLED_FrameBuffer[i]);
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}
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}
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```
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**显示原理**：
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- 使用1024字节帧缓冲区（128×64÷8）
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- SSD1306支持页寻址模式，每页8行
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- 批量发送整个帧缓冲区内容
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## 4. 错误处理与容错机制
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### 4.1 网络错误处理
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```c
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// 发送失败处理
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int sent = esp8266_write(json, (uint16_t)msg_len);
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if (sent > 0) {
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printf("Sent: %s\r\n", json);
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} else {
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||||
printf("Send failed\r\n");
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||||
tcp_connected = 0; // 标记连接断开
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||||
}
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||||
```
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||||
### 4.2 传感器读取异常处理
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```c
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||||
u8 dht11_data[5];
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||||
if (dht11_get_values(dht11_data)) {
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||||
// 数据校验
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u8 checksum = dht11_data[0] + dht11_data[1] + dht11_data[2] + dht11_data[3];
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if (checksum != dht11_data[4]) {
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||||
printf("DHT11 checksum error\r\n");
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||||
// 使用上一次的有效数据或默认值
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}
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}
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```
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### 4.3 内存保护机制
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```c
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// 缓冲区溢出保护
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||||
int msg_len = snprintf(json, sizeof(json), "...");
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||||
if (msg_len >= sizeof(json)) {
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||||
msg_len = sizeof(json) - 1; // 截断过长数据
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||||
json[msg_len] = '\0';
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}
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```
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## 5. 性能优化策略
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### 5.1 时间片调度
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- 数据采集：每次循环执行
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- 网络发送：200ms间隔
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- 显示刷新：每次循环执行
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- 控制请求：每次循环执行
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### 5.2 资源使用优化
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- 静态内存分配，避免动态内存碎片
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- 字符串缓冲区复用
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- 中断驱动的外设操作
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### 5.3 网络通信优化
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- 批量发送JSON数据
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- 清空接收缓冲区避免数据累积
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- 连接断开时跳过发送操作
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---
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||||
**文档版本**: v1.0
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**最后更新**: 2025-11-16
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||||
**作者**: STM32项目组
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