[GD32L233C-START 评测] 【GD32L233C-START评测】17. 作品完成之室内环境监控设备

hehung 2022-2-27 16:05 楼主

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# 前言
  使用GD32L233制作了一个室内环境监控装置，使用了嵌入式软件系统RT-Thread。可以实现时间日期显示，温湿度显示，气压显示，可燃气体监控以及蜂鸣器报警等功能，能够对室内环境实时监控，用户可以自行设置可燃气体报警阈值，阈值存储在Flash中，掉电不会丢失。

# 使用板载资源
1. 普通IO输入输出 - 用于LED输出控制以及按键采样输入；
2. PWM - 用于LED呼吸输出以及蜂鸣器输出控制；
3. ADC - 用于可燃气体传感器采样以及模拟按键采样；
4. IIC - 用于温湿度，气压传感器数据采集以及OLED显示控制；
5. RTC - 用于时间输出；
6. FMC - 用于保存可燃气体阈值，上电时读出阈值，设置阈值时保存早指定FLASH地址；
7. 串口 - 用于RT-Thread嵌入式系统的shell；
8. 嵌入式系统RT-Thread。

# 硬件连接以及功能介绍
## LED功能
  本作品使用了两个LED，一个由PWM控制（控制周期性呼吸），一个是普通IO控制（控制周期性闪烁），主要是用于表示环境监控装置是否正常工作。有一个线程专门控制LED呼吸以及闪烁，线程周期是500ms，线程优先级为5。
LED使用了板载的LED1以及LED4：
-- LED1作为普通IO口，每500ms翻转一次；
-- LED4为PWM控制，呼吸周期为12.5s。

### 线路连接
**LED1 --> PA7
LED4 --> PC7**

**PC7的端口复用关系如下，使用了Timer2 CH1，复用关系为AF1**：

## 按键功能
  按键共有三个，其中一个是板载的按键，位普通IO控制，另两个为外部连接的按键，这两个按键是模拟按键，两个按键接在同一个ADC口上。按键采样程序有单独的线程控制，线程周期是40ms，优先级为3。

### 数字按键
数字按键为板载按键。**电路连接：PA0**

**定义数字按键为按键1**，模拟按键分别为按键2和按键3。

### 模拟按键
模拟按键原理图如下，两个按键接在同一个模拟信号上。

实物图:，**定义左边的按键为按键2，右边的按键为按键3**：

通过计算就可以算出来每个按键按下的时候switch端口会采集到的电压。
Switch端电压计算（使用12bit精度）：
--S1按下：Switch = (3.3V)*[1/(4.7+1)] = 0.58V，转换为12bit精度数字为0.58/3.3 * 4096 ≈ **718.6**
--S2按下：Switch = (3.3V)*[2/(4.7+2)] = 0.99V，转换为12bit精度数字为0.99/3.3 * 4096 ≈ **1222.7**
实测结果也如上所示。
硬件连接：**switch连接到PA1, 使用的是ADC_IN1**

## 蜂鸣器
  蜂鸣器主要用于报警用，当可燃气体传感器检测到可燃气体超过阈值只有就会报警。使用的是无源蜂鸣器，需要用PWM驱动，人耳能听到的声音频率为20Hz到20kHz，在设置PWM频率的时候要注意保持在这个频率，而且频率不能太高，过高的频率声音很尖锐刺耳，本作品使用的频率为1000Hz，驱动占空比为50%，为最大音量。
  蜂鸣器控制有专门的线程，优先级为2.
  蜂鸣器根据可燃气体监测的浓度输出两种不同间断的声音，当为一级警报（见可燃气体传感器说明）时，输出声音间断周期为1s；当为二级警报（见可燃气体传感器说明）时，输出声音的间断周期为100ms。
蜂鸣器电路图如下：

实物图：

**BEEP引脚连接到了PA3**.
**PA3复用为Timer1 CH3，复用关系为AF1**，如下图.

## 可燃气体传感器MQ-2
  可燃气体传感器使用的是MQ2，可以高灵敏度的监测大部分可燃气体以及烟雾，其使用ADC输出监测结果，当检测到的可燃气体(如甲烷)溶度越高，输出的ADC值越大。
  软件中使用12bit ADC，然后将采集到的值转换成百分比形式，为0%~100%。
  可燃气体检测有专门的线程，优先级为1，因为检测可燃气体为最优任务，线程周期为1s。
  可燃气体报警阈值设置了两个，一个为一级阈值，一个为二级阈值，一级阈值对应的浓度较低，只是可能存在可燃气体泄漏；二级阈值对应浓度较高，肯定可燃气体存在泄漏的情况，这两个数值可以使用按键进行设置。
**注意：MQ2的供电电压为5V**，最开始我接的是3.3V导致ADC输出总是为0，为此花了很多时间排查问题。
电路图如下：

实物图：

**ADC引脚连接到了PA2，即ADC_IN2，采样精度为12bit**

## 温度、湿度、气压传感器
- 温度传感器使用的是STTS751，用来采集温度；
- 湿度传感器使用的是HTS221，用来采集湿度；
- 气压传感器使用的是LPS22HH，用来采集大气压强。
上面的传感器使用的详细介绍请参考我的帖子，这里不在赘述：
[【GD32L233C-START评测】16. IIC获取x-nucleo-iks01a3板子温湿度以及大气压](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1195070-1-1.html "【GD32L233C-START评测】16. IIC获取x-nucleo-iks01a3板子温湿度以及大气压")

实物图：

硬件连接：这个三个传感器都使用了IIC控制，使用的IIC接线为:
**SCL - PB10
SDA - PB11**

## OLED显示屏
  OLED显示屏单色,分辨率为128*64，控制方式为IIC。
### 功能
1. 时间显示
  间隔读出RTC输出的时钟信息并显示出来。
2. 传感器数值显示
  显示温度值，湿度值，气压值，可燃气体浓度值。
3. 设置
  显示设置界面，用于设置可燃气体报警阈值，初始一级报警阈值为30，二级报警阈值为45；可以调整参数。
4. 设置完成
  在设置完成阈值之后会显示这个界面，表示设置成功。
硬件连接:
**SCL - PB10
SDA - PB11**

## RTC
  使用RTC实时时钟组件来获取当前的时间并在显示屏上显示出来。
可以参考帖子：[【GD32L233C-START评测】6. 获取RTC时间并通过OLED显示](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1192907-1-1.html "【GD32L233C-START评测】6. 获取RTC时间并通过OLED显示")

## FMC flash擦写控制
  主要用于将可燃气体的报警阈值写入到FLASH的固定地址中。上电时先从改地址中读取数值，如果全是0xFFFF,表示没有数据写入，读取默认的阈值,一级阈值30,二级阈值45；如果读出来的数值不是0xFFFF，就将读出来的数值装载到一级阈值以及二级阈值的变量中。
  当用于通过按键重新设置了阈值之后，擦除指定FLASH page，然后将阈值数据重新写入到指定地址中。
阈值写入地址：
**1. 一级阈值：0x0803E000;**
**2. 二级阈值：0x0803E001。**
0x0803E000地址对应的FLASH page为62，当用户重新设置了阈值之后，先擦除FLASH的62页，然后再将两个阈值重新入到0x0803E000以及0x0803E001中。
FMC的操作参考帖子：[【GD32L233C-START评测】15. flash擦写操作，将FLASH当做EEPROM使用](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1194416-1-1.html "【GD32L233C-START评测】15. flash擦写操作，将FLASH当做EEPROM使用")

# 功能描述
  功能是基于OLED显示界面而有所区分的。
## 上电时
上面时会显示 环境监控仪界面，持续一秒钟。

。

## 时间显示
时间显示界面会显示从RTC读出来的时间，也会显示日期（年月日）在最下面，左上角显示当前温度，右上角显示当前湿度。

**
在这个界面下按下按键3，可以切换到【环境监控界面】
在这个界面下按下按键2，可以切换到【设置界面】
**

## 环境监控
环境监控显示传感器读取到的温度，湿度，气压，可燃气体浓度等数据并显示出来。

**
在该界面下，按下按键3可以切换到【设置界面】
在该界面下，按下按键2可以切换到【时间显示界面】
**

## 设置
设置界面可以对可燃气体的浓度进行设置，在开始进入到这个界面的时候，光标在最下面的【开始】上，表示还没有进入到对阈值的设置逻辑中，如下图。

**
在此界面下，按下按键3可以切换到【时间显示界面】
在此界面下，按下按键2可以切换到【环境监控界面】
在此界面下，按下按键1（短按，时间不超过1s）光标会切换到一级阈值设置处。
**

当光标在一级阈值设置处，如下图

**
按下按键3阈值+1，当阈值等于二级阈值-1时，再次按下会变为101，
按下按键2阈值-1，当阈值=10时，再次按下会变为二级阈值-1.
按下按键1（短按，时间不超过1s）光标会切换到二级阈值设置处。
**

当光标在二级阈值设置处。
**
按下按键3阈值+1，当阈值等于99时，再次按下阈值会变为一级阈值+1或者20，
按下按键2阈值-1，当阈值=20或者等于一级阈值+1时，再次按下会变为99.
按下按键1（短按，时间不超过1s）光标会切换到【确认】上。
**

当光标在【确认】处。
**
按键2和按键3将失效。
按键1短按（时间不超过1s），光标会切换到一级阈值设置处
按键1长按（时间超过1s），切换到【设置成功界面】，开始存储新的阈值到FLASH中
**

## 设置完成
设置完成界面，表示阈值设置成功，新的阈值值已经存入了FLASH中，一秒钟之后退回到【设置界面】。光标处变为【开始】，此时可以按照【设置界面】中的描述来做。

# 显示效果
显示视频在Bilibili中：https://www.bilibili.com/video/BV1pT4y1Q7sc/
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# 代码
代码放在了码云中：https://gitee.com/hehung/EnvironmentalMonitoring
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