# speed_meter

**Repository Path**: alen2019/speed_meter

## Basic Information

- **Project Name**: speed_meter
- **Description**: 一个基于stm32f405的码表，前端由LVGL实现
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-01-11
- **Last Updated**: 2026-01-11

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# STM32 LVGL 自行车码表项目

## 项目简介

基于 **STM32F405RGT6** 微控制器和 **LVGL图形库** 开发的智能自行车码表系统。本项目集成了 GPS 定位、惯性测量、实时地图显示、电源管理等功能，提供了一个功能完整的嵌入式骑行助手解决方案。

### 主要特点

- **高性能硬件**: STM32F405 (168MHz Cortex-M4, 1MB Flash, 192KB SRAM)
- **现代化UI**: LVGL 9.4.0 图形库，支持多语言和主题切换
- **实时RTOS**: FreeRTOS 多任务并行处理
- **传感器融合**: GPS + 6轴IMU数据融合
- **在线地图**: 集成 Web Mercator 投影地图显示
- **低功耗设计**: 智能电源管理和休眠机制

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## 功能特性

### 1. 实时骑行数据监测
- **速度显示**: GPS 实时速度计算 (km/h)
- **距离统计**: 累计骑行距离跟踪
- **坡度计算**: 基于 LSM6DSM 陀螺仪/加速度计的坡度百分比
- **位置信息**: 实时经纬度坐标显示
- **时间显示**: 骑行时间统计

### 2. 地图导航 (GPX Tab)
- **在线瓦片地图**: OpenStreetMap 地图支持
- **多级缩放**: 3-14 级地图缩放
- **实时定位**: 当前位置标记和中心对齐
- **手势操作**: 支持触摸拖拽和缩放

### 3. 电源管理
- **电池监测**: 实时电量显示 (5档电量 + 充电指示)
- **电压采样**: ADC 精确电池电压测量
- **智能关机**: 长按电源键关机

### 4. 人机交互
- **多语言支持**: 中文/English 双语切换
- **主题切换**: 浅色/深色模式
- **多输入方式**: 触摸屏 + 5个物理按键
- **状态栏**: GPS卫星数、运行状态、电量实时显示

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## 硬件配置

### 核心硬件
| 组件 | 型号 | 接口 | 说明 |
|-----|------|------|------|
| **MCU** | STM32F405RGT6 | - | 168MHz Cortex-M4, FPU |
| **显示屏** | ST7789 LCD | SPI1 | 240x320 RGB565 |
| **触摸屏** | CST816 | I2C2 | 电容触摸控制器 |
| **GPS模块** | - | USART2 | 9600bps NMEA协议 |
| **陀螺仪** | LSM6DSM | I2C1 | 6轴惯性传感器 |
| **存储卡** | SD Card | SDIO | FAT32文件系统 |

### GPIO引脚分配
```
LCD控制:
  PA4  - DCX (数据/命令选择)
  PA6  - RST (复位)
  PB0  - CS  (片选)
  PB1  - BL  (背光)

触摸屏:
  PB2  - RST (复位)
  PD0  - INT (中断)

按键输入:
  PC0-3, PC5 - KEY0~3, KEY4
  PA7  - KEY4
  PB3  - KEY5

电源管理:
  PA0  - CHG (充电检测)
  PA1  - ADC (电池电压)
  PB6  - PWR (电源检测)
  PB8  - EN  (电源使能)

传感器:
  PB5  - LSM6DSM_INT (陀螺仪中断)
```

---

## 软件架构

### 系统架构图
```
┌─────────────────────────────────────────────┐
│         Application Layer (用户界面)          │
│  ┌────────────┬────────────┬────────────┐   │
│  │General Tab │  GPX Tab   │Setting Tab │   │
│  │(速度/距离)  │   (地图)    │  (设置)    │   │
│  └────────────┴────────────┴────────────┘   │
│              Status Bar (状态栏)             │
└─────────────────────────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│         LVGL Graphics Library 9.4.0          │
│   (GUI框架, Subject数据绑定, 主题系统)         │
└─────────────────────────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│         FreeRTOS Tasks (多任务调度)           │
│  main_task │ key_task │ power_task │         │
│  gyro_task │ gps_task │                      │
└─────────────────────────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│       Hardware Abstraction Layer (HAL)       │
│  GPS │ Gyro │ Key │ Power │ CST816 │        │
└─────────────────────────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│     STM32 HAL Drivers + Peripherals          │
│  SPI │ I2C │ USART │ ADC │ SDIO │ TIM │    │
└─────────────────────────────────────────────┘
```

### FreeRTOS任务列表
| 任务名称 | 优先级 | 栈大小 | 功能描述 |
|---------|-------|--------|---------|
| **main_task** | Normal | 2048B | LVGL初始化和UI更新循环 (66ms) |
| **gps_task** | AboveNormal | 256B | GPS数据解析和位置更新 |
| **gyro_task** | AboveNormal | 256B | 陀螺仪数据采集和坡度计算 |
| **key_task** | Normal | 256B | 按键扫描和防抖处理 |
| **power_task** | Normal | 256B | 电池电量监测 |

### 关键算法

#### 1. 坡度计算算法 (interface/Gyro.c:164)
```c
// 基于加速度计的俯仰角计算
float pitch = atan2(ay, sqrt(ax*ax + az*az));
float slope_percentage = tan(tilt_angle) * 100.0f;
```

#### 2. GPS距离累计 (interface/GPS.c:257)
- Haversine 公式计算两点距离
- 实时累加总里程

#### 3. Web Mercator 投影 (application/ui/tile_tool.c)
```c
// 经纬度 → 瓦片坐标
tile_x = floor((lon + 180.0) / 360.0 * (1 << zoom));
tile_y = floor((1.0 - log(tan(lat*π/180) + 1/cos(lat*π/180))/π) / 2.0 * (1 << zoom));
```

---

## 目录结构

```
speed_meter/
├── Core/                          # STM32 HAL和系统核心
│   ├── Inc/                       # 硬件配置头文件
│   │   ├── main.h
│   │   ├── FreeRTOSConfig.h       # RTOS配置
│   │   └── [外设头文件]
│   └── Src/                       # HAL和系统实现
│       ├── main.c                 # 主程序 (236行)
│       ├── freertos.c             # 任务管理 (208行)
│       └── [外设驱动实现]
│
├── application/ui/                # LVGL用户界面模块
│   ├── ui.c/h                     # 主UI框架和状态栏
│   ├── ui_general_tab.c/h         # 通用标签页
│   ├── ui_gpx_tab.c/h             # 地图标签页 (480行)
│   ├── ui_setting_tab.c/h         # 设置标签页
│   ├── ui_translation.c/h         # 国际化支持
│   ├── tile_tool.c/h              # 地图瓦片工具
│   └── noto_sans_sc_16.c          # 中文字体资源
│
├── interface/                      # 硬件驱动和传感器接口
│   ├── Key.c/h                    # 按键驱动 (86行)
│   ├── GPS.c/h                    # GPS传感器 (257行)
│   ├── GPS_Transform.c/h          # 坐标变换
│   ├── Gyro.c/h                   # 陀螺仪驱动 (164行)
│   ├── Power.c/h                  # 电源管理 (68行)
│   ├── CST816.c/h                 # 触摸屏驱动
│   └── lsm6dsm_reg.c/h            # LSM6DSM寄存器库
│
├── FATFS/                          # 文件系统驱动
│   ├── App/fatfs.c/h              # FATFS应用层
│   └── Target/                    # SD卡接口
│
├── Middlewares/
│   ├── lvgl/                       # LVGL GUI库
│   │   ├── lv_conf.h              # LVGL配置
│   │   ├── lv_port_lcd_stm32.c/h  # LCD驱动适配
│   │   ├── lv_port_indev.c/h      # 输入设备适配
│   │   └── src/                   # LVGL核心库
│   └── Third_Party/
│       ├── FreeRTOS/              # RTOS内核
│       └── FatFs/                 # FAT文件系统
│
├── USB_DEVICE/                     # USB从设备
├── Drivers/                        # STM32 HAL驱动库
├── MDK-ARM/                        # Keil工程文件
│   └── speed_meter.uvprojx        # Keil项目
├── speed_meter.ioc                # STM32CubeMX配置
└── README.md                       # 本文档
```

**代码统计**: 约 **15,400** 行代码 (不含第三方库)

---

## 编译和使用

### 开发环境要求
- **IDE**: Keil µVision 5.30 或更高版本
- **编译器**: ARM Compiler V6 (ARMCC)
- **配置工具**: STM32CubeMX 6.x
- **调试器**: ST-Link V2/V3
- **操作系统**: Windows 10/11 或 Linux (Wine)

### 编译步骤

1. **打开项目**
   ```
   双击打开: MDK-ARM/speed_meter.uvprojx
   ```

2. **配置编译选项**
   - Target: STM32F405RGT6
   - Optimization: O1 (推荐, 平衡速度和调试)
   - FPU: Use FPU (Hardware)

3. **编译**
   ```
   点击 Project → Build Target (F7)
   ```

4. **下载到设备**
   ```
   点击 Flash → Download (F8)
   ```

### 使用说明

#### 首次启动
1. 长按电源键开机
2. 等待 GPS 搜星 (状态栏显示卫星数)
3. 确保 SD 卡已插入 (地图瓦片缓存)

#### 功能操作
- **切换标签页**: 底部标签栏点击或左右滑动
- **查看地图**: 点击 GPX Tab，使用滑块缩放，拖拽平移
- **语言切换**: Setting Tab → Language → 选择语言
- **主题切换**: Setting Tab → Theme → 开关切换
- **关机**: 长按电源键 3 秒

#### 按键功能
| 按键 | 短按 | 长按 |
|-----|------|------|
| KEY0 | 上翻页 | - |
| KEY1 | 下翻页 | - |
| KEY2 | 确认 | - |
| KEY3 | 返回 | - |
| POWER | 唤醒 | 关机 (3秒) |

---

## 技术依赖

### 第三方库
| 库名称 | 版本 | 用途 | 许可证 |
|-------|------|------|--------|
| **LVGL** | 9.4.0 | GUI图形库 | MIT |
| **FreeRTOS** | 10.x | 实时操作系统 | MIT |
| **FatFs** | R0.14 | FAT文件系统 | BSD-style |
| **STM32 HAL** | F4 V1.27.1 | 硬件抽象层 | BSD-3-Clause |

### LVGL配置要点
```c
// lv_conf.h 关键配置
#define LV_COLOR_DEPTH 16          // RGB565色深
#define LV_HOR_RES_MAX 240         // 水平240像素
#define LV_VER_RES_MAX 320         // 垂直320像素
#define LV_MEM_SIZE (64 * 1024U)   // 64KB内存池
#define LV_DEF_REFR_PERIOD 66      // 66ms刷新 (15fps)
#define LV_USE_OS LV_OS_FREERTOS   // 启用RTOS集成
```

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## 项目亮点

### 1. 模块化设计
- 清晰的三层架构: 应用层 → 中间件 → 硬件层
- 高内聚低耦合的模块划分
- 便于功能扩展和维护

### 2. 数据驱动UI
- LVGL 9.4 新特性: Subject-Observer 模式
- 数据更新自动触发界面刷新
- 解耦数据逻辑和显示逻辑

### 3. 传感器融合
- GPS + IMU 数据融合计算坡度
- 提高测量精度和可靠性

### 4. 实时地图显示
- 完整的 Web Mercator 投影实现
- 在线瓦片地图加载机制
- 支持多级缩放和平滑滚动

### 5. 多任务并行
- 5个 FreeRTOS 任务协同工作
- 互斥锁保护共享资源
- 高效的任务调度

### 6. 国际化支持
- 双语界面 (可扩展更多语言)
- 中文字体嵌入
- 动态语言切换

---

## 性能指标

| 指标 | 数值 | 说明 |
|-----|------|------|
| **UI刷新率** | 15 FPS | 66ms/帧 |
| **GPS更新率** | 1 Hz | NMEA协议限制 |
| **陀螺仪采样率** | 12.5 Hz | LSM6DSM配置 |
| **内存占用** | ~120KB | SRAM (含LVGL缓冲) |
| **Flash占用** | ~600KB | 代码+资源 |
| **功耗** | <200mA | 正常运行 (背光50%) |

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## 常见问题 (FAQ)

### Q1: GPS 无法搜星？
**A**:
1. 确认 GPS 模块电源已启用
2. 移到户外开阔区域
3. 检查 USART2 波特率配置 (9600)
4. 查看调试串口输出的 NMEA 数据

### Q2: 地图无法加载？
**A**:
1. 确认 SD 卡已插入且格式化为 FAT32
2. 检查网络连接 (如需在线地图)
3. 验证瓦片 URL 是否正确

### Q3: 触摸屏无响应？
**A**:
1. 检查 I2C2 总线连接
2. 确认 CST816 中断引脚配置 (PD0)
3. 重启设备重新初始化

### Q4: 如何添加新的语言？
**A**:
1. 编辑 `ui_translation.h` 添加语言枚举
2. 在 `ui_translation.c` 添加翻译字符串数组
3. 更新设置页面下拉菜单选项

### Q5: 如何修改地图源？
**A**:
编辑 `tile_tool.c` 中的瓦片 URL 模板:
```c
char url[] = "http://tile.openstreetmap.org/{z}/{x}/{y}.png";
```

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## 后续开发计划

### 短期目标
- [ ] 添加骑行轨迹记录 (GPX文件导出)
- [ ] 实现心率监测 (蓝牙HRM传感器)
- [ ] 优化地图缓存机制
- [ ] 添加运动统计报表

### 长期目标
- [ ] 支持 ANT+ 协议 (功率计/踏频器)
- [ ] 蓝牙 BLE 手机同步
- [ ] 机器学习骑行模式识别
- [ ] 云端数据备份和分析

---

## 贡献指南

欢迎提交 Issue 和 Pull Request！

### 代码规范
- 遵循 C99 标准
- 缩进: 4空格 (不使用Tab)
- 命名: 小写字母+下划线 (snake_case)
- 注释: 英文注释 + 关键逻辑中文说明

### 提交规范
```
<type>: <subject>

<body>

类型(type):
  feat    : 新功能
  fix     : 修复Bug
  docs    : 文档更新
  style   : 代码格式调整
  refactor: 重构
  perf    : 性能优化
  test    : 测试相关
```

---

## 许可证

本项目采用 **MIT License** 开源协议。

```
Copyright (c) 2025 尚硅谷

Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy
of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal
in the Software without restriction...
```

详见 [LICENSE](LICENSE) 文件。

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## 致谢

- **LVGL团队**: 提供优秀的嵌入式GUI库
- **STMicroelectronics**: STM32 HAL库和开发工具
- **FreeRTOS**: 可靠的RTOS内核
- **OpenStreetMap**: 免费地图数据

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## 联系方式

- **项目主页**: [尚硅谷嵌入式项目]
- **技术支持**: 提交 GitHub Issue
- **文档**: 见 `docs/` 目录

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**最后更新**: 2026-01-11
**项目状态**: ✅ 功能完整，持续维护中