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【RT-Thread作品秀】智能天气小站

2020/12/17 20:23
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方案介绍

【RT-Thread作品秀】智能天气小站

作者:AlgoIdeas

概述

嵌入式开发需要多动手,多实践才能不断取得成长和进步。第一次接触新的知识,难免会遇到挫折和困难,只要有足够的耐心和不断探索的信心,并不断学习和实践,同时有所思考,就会有收获。智能天气小站是一个很好的切入点,同时自己作为一名STM32新手,第一次接触RT-Thread、也第一次接触TouchGFX,感受颇多,收获颇丰。

开发环境

硬件:ART-Pi

RT-Thread版本:4.0.3

开发工具及版本:RT-ThreadStudio 2.0

ART-Pi SDK版本: SDK v1.0.1

RT-Thread使用情况概述

项目主要基于ART-Pi SDK中的art_pi_factory例程,并在例程基础上增加其他软件基础组件。

内核采用RT-Thread原生内核,版本RT-Thread v4.0.3

组件列表:

rt_ota_lib – 升级相关

touchgfx_lib – TouchGFX相关界面实现

wlan_wiced_lib – WLAN库

涉及软件包:

EasyFlash-v4.1.0  -- 轻量级物联网存储库

adbd-v1.1.1 – ADB远程调试

btstack-v0.0.1 – 蓝牙协议栈

cJSON-v1.0.2 – JSON库

dht11-latest – DHT11温度传感器库

fal-v0.5.0 -

gt9147-latest  -- 触摸驱动

littlefs-v2.0.5 --

lwgps-latest  -- 轻量级GPS解析库

netutils-v1.2.0 – 网络相关工具

webclient-v2.1.2 – WEB客户端

webnet-v2.0.2 – web接口相关实现

注:gps和presssensor相关包或模块可供二次开发

 

硬件框架

主控芯片:STM32H750XB (ART-Pi开发板)

图形框架:TouchGFX

SD卡1张: 8G

温湿度传感器DHT11:使用GPIO获取数据

网络:板端自带的AP6212A WIFI+蓝牙一体芯片

4.3寸电容屏:使用I2C总线驱动触摸(触摸芯片GT9147),LCD使用RGB888格式

时间的获取:例程自带的RTC+NTP自动网络对时

天气的获取:通过http客户端的方式获取网络开放API接口的天气数据,目前主要从心知天气(https://www.seniverse.com/api)获取,

后续二次开发,也可采用其他网站获取,如openweathermap(https://api.openweathermap.org/data/2.5/)等

 

软件框架说明

       软件如果需要通过网络获取天气信息,需要先进行联网,目前支持蓝牙配网(具体请参考ART-Pi官方教程),目前仅支持本地预先设置好的地区的温度的获取,后续可以扩展UI设计,或通过GPS定位来获取位置信息。

       同时,默认支持DHT11数字温度传感器获取本地的实时温湿度数据,并通过GUI进行显示。软件主体框架如下图所示:

       系统设置界面,支持将温湿度数据存储为日志文件到SD卡(后续可以二次开发,读取历史文件并直接在UI界面显示历史数据),可以开启或关闭该功能,同时支持自动关屏设置。

软件模块说明

UI设计

GUI采用TouchGFX来设计,目前采用的版本是TouchGFX 4.15.0,主要分为3个主要界面:主页、系统设置和历史温度数据分析,分别如下图图1、图2和图3所示。

TouchGFX官方介绍

TouchGFX 4.13 版本是继TouchGFX 4.12 之后的又一重要版本。4.13版具备了将动画推到60FPS的功能,还增加了可缓存容器、不完全帧缓冲区以及新的L8压缩格式等性能,这表明了 ToughGFX 不断追求优化性能和持续迭代的匠心。4.13版本还解决了另一个问题:嵌入式系统开发人员的用户界面可访问性。通过将TouchGFX Generator集成到 STM32CubeMX 中,经验较少的工程师在使用 TouchGFX 4.13 时,可以通过 STM32CubeMX 这个广为流行的 ST 实用软件程序快速启动项目。这样做的目的在于降低开发者入门门槛,让专业人士和爱好者都能受益于这个交互式的高效解决方案。

天气数据获取

  1. 通过DHT11数字温湿度传感器获取;

  2. 通过注册心知天气(https://www.seniverse.com/),采用其Weather API,并配合web相关API获取当地的天气;

演示效果

       视频演示:

        界面设计效果:

图1 主页

图2 系统设置

图3 温度历史数据与分析

比赛感悟

        一次偶然翻看网页的机会,让我看到了 RT-Thread x STM32 全连接创意创客大赛,于是顺手点了进去,并于第二天才最终确认参加比赛。在这近一天的时间里,经历了比较纠结的思想历程。

首先,工作虽然一直涉及到嵌入式Linux或Android,但未涉及过RT-Thread,且没有任何STM32使用或开发经验,不清楚这个学习的过程需要多久,毕竟大赛1个月,除去平时还需要工作和周末的其他安排,时间倍感不够。而且,这个过程是需要有一定的积累才能出好的作品。时间方面和学习成本方面,让自己刚开始很犹豫,甚至不打算报名。

其次,报名前一天才去大概了解了下RT-Thread,是什么样的一款RTOS,了解到RT-Thread是一个集实时操作系统(RTOS)内核、中间件组件和开发者社区于一体的技术平台,具有极小内核、稳定可靠、简单易用、高度可伸缩、组件丰富等特点。

刚开始看到简介,最吸引我的还是,它是用C语言开发的,且包含丰富的组件,这一点于平时工作有着不可分割的关系。同时,考虑到官方还提供了ART-Pi开发板,对于手上没有任何STM32硬件开发板的我来说,无疑降低的入门硬件的门槛。

主要由于第二点与工作比较契合,第二天最终还是决定先报名参加比赛。

到比赛前作品的提交,自己其实算比较晚提交了。期间,利用空闲时间,从头到尾,熟悉了STM32相关工具的使用,及UI设计工具TouchGFX Desinger的使用,同时也熟悉了官方的IDE工具 —— RT-Studio,以及最最核心的RT-Thread的使用,及一些设计理念。

作为一个新手或小白,第一次烧写程序都存在问题,后面阅读了相关文档,才搞定。类似这样的事情,期间也都通过查阅相关文档,或通过网络及热心的网友才一一解决,在此表示感谢。

比赛前期,计划是做一个功能强大的智能天气助手,因此也申请了气压传感器,刚开始接触这款气压传感器也是一头雾水,不清楚如果使用,需要用到SPI,没有现成的可以直接拿来用的驱动,后面经过差不多几天折腾,驱动有了,但通信还是没有成功,不得不调整方案,这一点是没有预估到的,所以开发计划得做详细些,就像平时工作的项目开发一样。

最终,作品通过DHT11和网络获取本地天气,保留了定位功能,需要额外的硬件。虽然,在其他人看来,难度不大,但是对于第一次接触STM32、第一次接触TouchGFX,第一次接触RT-Thread的人来说,有些为难,甚至,遇到一些不知下手的BUG,曾一度想放弃提交作品,放弃比赛,即使放弃自己也学到了东西。还好自己通过不断地自我反省,不断的去学习相关知识,和家人和同时的关切,才坚持了下来,才完成了此次比赛。在此,也谢谢他(她)们,相信通过此次比赛,未来在其他新的领域也会有所精进,也相信未来会有更加好的关于IOT,关于RT-Thread的作品,无论是生活上的,还是工作上的。

为了未来,加油!加油!加油!

 

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