01概述

學(xué)習(xí)一門新技術(shù)，最好的辦法是帶著需求去學(xué)習(xí)，在項目中不斷磨練自己，而不是漫無目的的去學(xué)，有了需求驅(qū)動，才更容易獲得學(xué)習(xí)成果和完成項目后的成就感。

本項目涉及到的技術(shù)有：RT-Thread系統(tǒng)、TouchGFX、MQTT、HTTP、JSON、微信小程序、面向?qū)ο?a target="_blank">編程思想等。每個關(guān)鍵詞里都有很多值得深究的技術(shù)細(xì)節(jié)。

本項目所要實現(xiàn)的功能有：

1. 顯示屏第一頁顯示時鐘、近三天天氣預(yù)報和傳感器數(shù)值

2. 顯示屏第二頁可以進(jìn)行傳感器閾值設(shè)置和開關(guān)控制

3. 傳感器：溫濕度傳感器（SHT30），空氣質(zhì)量傳感器 （MQ135）

4. 傳感器閾值語音提醒，鬧鐘語音提醒

5. 傳感器數(shù)值可以通過微信小程序顯示，可以通過微信小程序進(jìn)行開關(guān)控制、設(shè)置閾值和鬧鐘時間

6. 支持二次開發(fā)，增加更多擴(kuò)展功能

02硬件框架

硬件端：

主控芯片：STM32F746IGT6

操作系統(tǒng)：RT-Thread v4.0.2

GUI：TouchGFX

開發(fā)工具：MDK5.29、TouchGFX 4.13.0 Designer、STM32CubeMX5.6.0、微信開發(fā)者工具

時間：軟件模擬RTC+NTP自動網(wǎng)絡(luò)對時

天氣：通過http客戶端get心知天氣網(wǎng)絡(luò)API獲取天氣信息

溫濕度：使用I2C總線獲取傳感器SHT30模塊的數(shù)據(jù)

空氣質(zhì)量：使用ADC和IO口讀取傳感器MQ-135（氨氣、甲苯）的數(shù)據(jù)

鏈接網(wǎng)絡(luò)：使用ESP8266當(dāng)作無線網(wǎng)卡來鏈接網(wǎng)絡(luò)

5寸電容屏：LCD使用RGB565格式

語音輸出：使用中文TTS文字轉(zhuǎn)語音模塊，通過UART發(fā)送文字轉(zhuǎn)換語音

服務(wù)器端：

云端服務(wù)器：阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺

通信方式：MQTT

微信小程序端：

編程語言：CSS、XML、JavaScript

通信方式：MQTT over WebSocket

03軟件框架

設(shè)備連接物聯(lián)網(wǎng)平臺，與物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。物聯(lián)網(wǎng)平臺可將設(shè)備數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)到其他阿里云產(chǎn)品中進(jìn)行存儲和處理。以下是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)：

本項目的物聯(lián)網(wǎng)后臺部分采用的是阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，借助阿里云豐富的服務(wù)，可為后期擴(kuò)展更多實用的功能，STM32硬件平臺作為設(shè)備終端，人機(jī)設(shè)備采用微信小程序。04RT-Thread使用情況概述

RT-Thread系統(tǒng)介紹：

RT-Thread的內(nèi)核對象模型是一種非常有趣的面向?qū)ο髮崿F(xiàn)方式。系統(tǒng)級的基礎(chǔ)設(shè)施都是一種內(nèi)核對象，例如線程，信號量，互斥量，事件，郵箱，消息隊列和定時器，內(nèi)存池，設(shè)備驅(qū)動等。

對于每一種具體內(nèi)核對象和對象控制塊，除了基本結(jié)構(gòu)外，還有自己的擴(kuò)展屬性（私有屬性）。因此從面向?qū)ο蟮挠^點，可以認(rèn)為每一種具體對象是抽象對象的派生，繼承了基本對象的屬性并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了與自己相關(guān)的屬性。下圖則顯示了 RT-Thread 中各類內(nèi)核對象的派生和繼承關(guān)系：

在對象管理模塊中，定義了通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保存各種對象的共同屬性，各種具體對象只需要在此基礎(chǔ)上加上自己的某些特別的屬性，就可以清楚的表示自己的特征。這種設(shè)計方法有兩大優(yōu)點：

提高了系統(tǒng)的可重用性和擴(kuò)展性，增加新的對象類別很容易，只需要繼承通用對象的屬性再加少量擴(kuò)展即可；

提供統(tǒng)一的對象操作方式，簡化了各種具體對象的操作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

RT-Thread使用情況：

內(nèi)核部分：

線程間同步：信號量、互斥量

線程間通信：郵箱、消息隊列

內(nèi)存管理：memheap管理算法

I/O 設(shè)備管理：PIN設(shè)備、I2C設(shè)備、UART設(shè)備、ADC設(shè)備、RTC設(shè)備、TOUCH設(shè)備

組件部分：

FinSH控制臺；

ulog日志；

netdev網(wǎng)卡；

AT命令；

SAL 套接字抽象層；

軟件包部分：

阿里物聯(lián)網(wǎng)SDK包：ali-iotkit-latest；

AT設(shè)備軟件包：at_device-latest;

TLS軟件包：mbedtls-latest;

JSON軟件包：cJSON-latest;

網(wǎng)絡(luò)工具包：netutils-latest;

觸摸屏軟件包：gt9147-latest；

sht3x軟件包：sht3x-latest；

webclient軟件包：webclient-latest；

分類使用說明：

用于連接網(wǎng)絡(luò)的部分：UART設(shè)備；netdev網(wǎng)卡；AT命令；SAL 套接字抽象層；at_device-latest;

用于同步時鐘的部分：RTC設(shè)備；netutils-latest;

用于獲取天氣的部分：cJSON-latest;webclient-latest；

用于獲取溫濕度的部分：I2C設(shè)備；sht3x-latest；

用于獲取空氣質(zhì)量的部分：ADC設(shè)備；PIN設(shè)備；

用于觸摸的部分：I2C設(shè)備；gt9147-latest；

用于鏈接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的部分：ali-iotkit-latest；mbedtls-latest;cJSON-latest;

05軟件模塊說明

TouchGFX介紹：

TouchGFX 4.13版具備了將動畫推到60FPS的功能，還增加了可緩存容器、不完全幀緩沖區(qū)以及新的L8壓縮格式等性能，這表明了 ToughGFX 不斷追求優(yōu)化性能和持續(xù)迭代的匠心。4.13版本還解決了另一個問題：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的用戶界面可訪問性。通過將TouchGFX Generator集成到 STM32CubeMX 中，經(jīng)驗較少的工程師在使用 TouchGFX 4.13 時，可以通過 STM32CubeMX 這個廣為流行的 ST 實用軟件程序快速啟動項目。這樣做的目的在于降低開發(fā)者入門門檻，讓專業(yè)人士和愛好者都能受益于這個交互式的高效解決方案。
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