#第九届立创电赛#便携式多功能助手
简介
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
简介：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，并具备热成像功能开源协议
：GPL 3.0
描述
* 1、项目功能介绍
** 主要功能**
1. 温湿度测量
2. 方位角测量
3. 气压与海拔计算
4. VOC浓度检测
5. 热成像功能
用户界面设计
未来扩展功能
热成像在LVGL显示功能（未来计划）
系统框图
* 2、项目属性
首次公开，未曾在比赛中获奖
* 3、开源协议
GPL3.0开源
*4、硬件部分
** 硬件设计**
MCU选型：
- 明确项目需求：如时钟，内存等。STM32F411CEU6作为主控芯片，其具备512KB Flash和128KB RAM
- 明确项目所需的IO和外设
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来存储图片芯片选型为W25Q128
PCB设计：
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。
1.充电电路设计与选型
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
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。
2.电源选择设计
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。
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）
3.降压电路设计
此为芯片整体3V3电源
此为心率传感器1V8电源
*5、软件部分
** 软件设计**
软件架构如图所示：
系统流程框图如图所示：
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。
传感器驱动：
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：
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
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。
按键和WIFI：
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.
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
LVGL：
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：
在任务中创建while（1）循环，来调度LVGL计时器即可。
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。
电池驱动：
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。
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
100%----4.20V 40%-----3.79V
90%-----4.06V 30%-----3.77V
80%-----3.98V 20%-----3.74V
70%-----3.92V 10%-----3.68V
60%-----3.87V 5%------3.45V
50%-----3.82V 0%------3.00V
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
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，相应伪代码：if(s_Num < 3) { V = g_adcVal[0] }
中位值平均滤波
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。
总结：
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。
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。
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。
最后，感谢立创提供的支持，和立创的工程师们提供的帮助，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。
* 6、演示您的项目并录制成视频上传
图1：插上电池后，电池指示变化
图2：热成像
图3：温湿度对比
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；
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。
设计图
未生成预览图，请在编辑器重新保存一次BOM
暂无BOM
克隆工程工程成员
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