【RT-Thread作品秀】運動手表

作者：何雄

概述

該作品是基于ART-PI硬件平臺，外接OLED，蜂鳴器，按鍵，X-NUCLEO-IKS01A3傳感器套件完成實現(xiàn)的運動手表。

運動手表應該能夠兼顧溫濕度，氣壓信息，指南針以及步數(shù)等，能夠?qū)崟r監(jiān)控環(huán)境的狀態(tài)。

該運動手表實現(xiàn)功能如下：

1. 時間日期星期顯示；
2. 網(wǎng)絡時間獲取；
3. 天氣獲取并顯示；
4. 溫度(HTS221)，濕度(HTS221)，氣壓(LPS2HH)信息的獲取并顯示；
5. 指南針功能(LIS2MDL)；
6. 步數(shù)(LSM6DSO)監(jiān)控；
7. 鬧鐘功能，蜂鳴器鬧鐘；
8. 設置功能，開啟網(wǎng)絡時間以及設置鬧鐘；
9. OLED顯示功能
10. 板載按鍵
11. 秒表

開發(fā)環(huán)境

硬件：STM32H750-RT-ART-PI, X-NUCLEO-IKS01A3傳感器,OLED，蜂鳴器，板載按鍵

RT-Thread版本：4.0.3

開發(fā)工具及版本：RT-thread studio 2.0.0

RT-Thread使用情況概述

內(nèi)核部分：線程管理(靜態(tài)線程創(chuàng)建/刪除)，臨界操作，時鐘管理。

組件部分：FinSH控制臺，虛擬文件系統(tǒng)，LwIP，SAL

軟件包部分：cjson，netutils，easyflash，u8g2

其他：串口，pin，RTC，IIC

硬件框架

項目中使用到了STM32H750中的RTC實時時鐘不在原理圖中。

同時用到了ART-PI板載的wifi模塊對天氣獲取以及網(wǎng)絡時間的獲取。

硬件部分比較簡單主要是通過IIC控制OLED以及傳感器數(shù)據(jù)的讀?。ㄗx取4個傳感器數(shù)據(jù)分別用作溫濕度，氣壓以及磁場和運動檢測），通過GPIO控制蜂鳴器。

按鍵用來切換查看界面以及設置信息，本項目只采用了一個按鍵，通過軟件邏輯實現(xiàn)對4中按下狀態(tài)的識別。

硬件線路連接：

蜂鳴器 - PA9

OLED SCL - PH13

OLED SDA - PH15

X-NUCLEO-IKS01A3傳感器 SCL - PB0

X-NUCLEO-IKS01A3傳感器 SDA - PB2

軟件框架說明

整體軟件實現(xiàn)了功能框架如下：

軟件中主要包括了下面的功能：

1. 按鍵狀態(tài)的信號采集以及濾波功能，由于只有一個按鍵，所以將這一個，按鍵的按下狀態(tài)做了不同的識別，分為了4種按下的狀態(tài)可以用來處理所有的任務。
2. OLED的顯示功能

1. 啟動界面，會顯示RT-Thread的logo以及項目logo。
2. 時間顯示界面：會顯示時間，日期，星期，wifi連接狀態(tài)，天氣信息，在wifi沒有連接的狀態(tài)下，wifi圖標會閃爍。
3. 菜單列表：用來切換顯示的界面，包含設置，秒表、步數(shù)、溫度、濕度、氣壓、方位。通過短按按鈕切換。
4. 設置界面?？梢栽O置是否開啟網(wǎng)絡時間更新以及設置鬧鐘。鬧鐘設置界面中可以設置鬧鐘是否啟用以及設置鬧鐘時間。
5. 秒表功能，在該界面下，秒表線程被創(chuàng)建，按下按鈕切換到開啟按鈕下按下按鈕可以開啟計時，再次按下暫停計時，退出該界面自動刪除線程。
6. 步數(shù)查看。步數(shù)線程會一直運行，用于記錄運動狀態(tài)，使用LSM6DSO獲取加速度數(shù)，由此進行步數(shù)算法檢測步數(shù)。
7. 溫度、濕度、氣壓查看。獲取傳感器的數(shù)據(jù)進行處理之后顯示在界面上。
8. 指南針（方位）界面，可以查看當前面向的方向，使用了LIS2MDL磁力傳感器以及LSM6DSO加速度傳感器通過算法結(jié)合計算出指向方位，并通過圖形顯示以及問題提示的方式指向當前的方位（東、南、西、北、東南、東北、西南、西北）。
9. 返回。返回時間顯示界面。

3. 鬧鐘功能

RTC獲取的時間到了鬧鐘設置中設置的指定的時間之后將觸發(fā)鬧鐘功能。在主界面下通過短按按鈕關(guān)閉。

軟件模塊說明

一、按鍵功能介紹：

因為板載只有一個按鍵，我也沒有外接按鍵資源，所以將這一個按鍵通過按鍵時間的長短分為了4種按下狀態(tài)，通過松手判斷按鈕按下的時間長短。

按鍵線程中使用了軟件按鍵濾波功能，濾波時間是50ms。

四種按鍵狀態(tài)分別如下：

1 【短按】：按下時間小于等于500ms

2 【中長按】：按下時間大于500ms小于等于1.5s

3 【偏長按】：按下時間大于1.5s小于等于2.5s

4 【長按】：按下時間大于2.5s

按鍵線程在初始化的時候創(chuàng)建。

• OLED顯示功能

OLED的顯示功能是主要的功能，這里對OLED的功能做詳述說明。

1. 開機動畫。上電的時候會顯示開機界面，首先顯示RT-Thread的圖標，之后顯示運動手表的logo，顯示完成之后自動進入主界面。
2. 主界面就是時間顯示界面，如下圖：

1. 最上邊顯示【星期 - 月份 日期】；
2. 中間部分顯示時間，如果網(wǎng)絡連接之后會自動更新時間，可以在設置界面關(guān)閉自動更新，網(wǎng)絡時間會更新到RTC中，時間直接讀取自RTC。；
3. 最下面一列顯示wifi連接狀態(tài)以及天氣信息，在wifi沒有連接的狀況下會500ms閃爍一次，wifi連接之后，wifi圖標不再閃爍，天氣圖標會自動循環(huán)顯示。
4. 天氣包括晴天，雨天，多云，夜晚，晴轉(zhuǎn)陰。
5. 天氣信息通過網(wǎng)絡獲取，獲取網(wǎng)絡天氣的json信息，處理出信息，所以需要線連接網(wǎng)絡才可以使用。
6. 如果按下開關(guān)，最下一列中間會顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右圖，沒有開關(guān)按下的時候不顯示。
7. 長按按鈕進入菜單選擇界面
8. 中長按按鈕進入設置界面

3. 菜單界面

1. 菜單界面顯示【返回】【設置】【秒表】【步數(shù)】【溫度】【濕度】【氣壓】【方位】，如下左圖。
2. 最上邊顯示左邊菜單圖標，右邊顯示退出圖標。
3. 短按按鈕切換菜單在上述1)中的菜單列表中循環(huán)切換
4. 中長按按鈕進入選中的菜單功能中。
5. 長按按鈕退回主界面
6. 按下按鈕的時候屏幕最上面中間會顯示按鈕按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右圖           

• 設置

設置界面顯示【是否啟動網(wǎng)絡時間】以及【鬧鐘設置】

1. 網(wǎng)絡時間后面的方框表示是否啟用，實心方框表示啟用，默認是啟用的
2. 短按按鈕切換菜單
3. 中長按按鈕設置

選中【鬧鐘設置】，短按進入鬧鐘設置界面。

1. 中長按切換選中菜單，分別有【啟用鬧鐘】【小時設置】【分鐘設置】
2. 選中啟用菜單，短按啟用或者禁止，啟用了鬧鐘之后會創(chuàng)建鬧鐘線程，運行鬧鐘功能，禁止鬧鐘之后會刪除鬧鐘線程。
3. 選中小時設置或者分鐘該設置，短按時間會增加。
4. 鬧鐘設置好了之后，到達指定時間會啟動蜂鳴器報警，在主界面下短按按鈕會關(guān)閉鬧鐘，到下一次到指定時間會重新報警。

四、秒表

當切換到秒表界面的時候會自動創(chuàng)新秒表線程，在退出秒表顯示界面時會自動刪除秒表任務，秒表任務100ms運行一次。

1、秒表顯示界面，最上邊左邊顯示秒表圖標，右邊顯示退出圖標

2、中間顯示記錄秒表時間

3、下面顯示操作菜單

1) 第一個是開始按鈕，短按啟動計時，菜單編程停止，短按停止計時，如下左圖。

2) 中間是清空按鈕，短按按下清空計時數(shù)據(jù)

3) 右邊是返回，短按返回菜單列表

4、中長按切換下列的菜單

5、長按退回主界面

6、按下按鈕的時候屏幕最上面中間會顯示按鈕按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右圖                                       

• 步數(shù)

1、在菜單欄中，選中【步數(shù)】，中長按進入界面，顯示當前步數(shù)。

2、步數(shù)是通過LSM6DSO加速度計和角速度計獲取的數(shù)據(jù)計算出來的。通過采樣加速度值，連續(xù)多次采集數(shù)據(jù)，通過算法計算各個軸的加速度值是否滿足步數(shù)運動的條件，以此計算是否運動，步數(shù)檢測的靈敏度也可以在代碼中進行調(diào)節(jié)。

3、該界面中間顯示當前步數(shù)信息。

4、該界面下最下邊顯示【清空】和【返回】菜單，通過短按進行切換

5、選中【清空】，中長按之后清空步數(shù)，選中【返回】，中長按退回菜單列表。

6、步數(shù)線程在啟動時創(chuàng)建，會一直監(jiān)控步數(shù)。

7、長按按鈕退出

8、按下按鈕會在上方中間顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 溫度

1、在菜單列表中，選中【溫度】，中長按進入界面，顯示當前溫度。

2、溫度是通過HST221傳感器，采集的，該傳感器中存在標定數(shù)據(jù)，通過獲取標定數(shù)據(jù)，然后利用一次線性方程公式對讀取出來的數(shù)據(jù)進行處理，最后會的溫度。

3、該界面中間顯示溫度數(shù)據(jù)，每1s刷新一次。

4、該界面下顯示有【刷新】和【返回】，短按進行菜單切換。

5、選中【刷新】，中長按刷新當前溫度

6、選中【返回】，中長按會返回菜單列表界面

7、溫度數(shù)據(jù)在該界面下才會從傳感器中讀取

8、長按按鈕退出

9、按下按鈕會在上方中間顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 濕度

1、在菜單列表中，選中【濕度】，中長按進入界面，顯示當前濕度百分比。

2、濕度是通過HST221傳感器，采集的，該傳感器中存在標定數(shù)據(jù)，通過獲取標定數(shù)據(jù)，然后利用一次線性方程公式對讀取出來的數(shù)據(jù)進行處理，最后會的濕度。

3、該界面中間顯示濕度數(shù)據(jù)，每1s刷新一次。

4、該界面下顯示有【刷新】和【返回】，短按進行菜單切換。

5、選中【刷新】，中長按刷新當前濕度

6、選中【返回】，中長按會返回菜單列表界面

7、濕度數(shù)據(jù)在該界面下才會從傳感器中讀取

8、長按按鈕退出

9、按下按鈕會在上方中間顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 氣壓

1、在菜單列表中，選中【氣壓】，中長按進入界面，顯示當前氣壓值。

2、氣壓是通過LPS2HH傳感器獲取，每1s刷新一次

3、該界面中間顯示氣壓數(shù)據(jù)。

4、該界面下顯示有【刷新】和【返回】，短按進行菜單切換。

5、選中【刷新】，中長按刷新當前氣壓值

6、選中【返回】，中長按會返回菜單列表界面

7、氣壓數(shù)據(jù)在該界面下才會從傳感器中讀取

8、長按按鈕退出

9、按下按鈕會在上方中間顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 指南針

1、在菜單列表中，選中【方位】，中長按進入界面，指南針功能，創(chuàng)建指南針線程。

2、指南針數(shù)據(jù)是通過LIS2MDL傳感器獲取，LIS2MDL獲取磁力數(shù)據(jù)，通過，用LSM6DSO的加速度數(shù)據(jù)進行補償，通過公式計算出X軸與Y軸方向的磁力強度，進而計算當前傳感器所指向的方向。

3、該界面通過圖形顯示指示的方向，中間的指針會指向當前的方位；

左下角的文字會顯示指向的方位數(shù)據(jù)，分別有東、南、西、北、東南、東北、西南、西北。

4、長按按鈕退出

5. 按下按鈕會在上方中間顯示開關(guān)按下的狀態(tài)【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• RTC功能

RTC線程會在初始化的時候創(chuàng)建，最開始會顯示設定的時間，這個時候會等待網(wǎng)絡連接，在設置了獲取網(wǎng)絡時間的狀態(tài)下，網(wǎng)絡連接之后會獲取網(wǎng)絡時間并更新到RTC，網(wǎng)咯時間每24小時更新一次，如果關(guān)閉網(wǎng)絡時間功能則不會更新。

演示效果

演示效果圖：

演示視頻

比賽感悟

本次比賽是第一次接觸rt-thread，之前也僅僅是聽說過，沒有上手實踐。這次比賽收獲還是挺多的，首先就是了解了RT-thread這個操作系統(tǒng)。給我的感覺就是操作方便，組件豐富，應用靈活，可以使用該系統(tǒng)直接實現(xiàn)很多功能而不需要過多的編程，可以讓實現(xiàn)應用的工程師將更多的精力放在功能的實現(xiàn)上面，通過使用該系統(tǒng)，極大的提升里的開發(fā)效率。

本次比賽我學到了rt-thread的基本的使用方式，線程創(chuàng)建刪除暫停以及恢復，信號量，臨界操作等功能的使用，同時也學習了一些組件的使用，像是網(wǎng)絡組件，OLED顯示組件等。

在作品完成過程中也遇到了一些困難，比如IIC調(diào)試總是報錯，OLED顯示問題，傳感器數(shù)據(jù)獲取不出來獲取獲取出來的數(shù)據(jù)不對，堆棧溢出之類的問題，通過各種調(diào)試手段以及串口打印錯誤信息一一排除，完成作品。

本次比賽也只是對RT-Thread有了一些基本的了解，接下來會抽時間對該系統(tǒng)做深入的學習，今我在使用過程中感覺惟一的不足就是內(nèi)存消耗比較大，但是在使用便捷性，功能等方便優(yōu)于我使用過的其他操作系統(tǒng)，希望RT-Thread越做越好。