# 项目背景

该项目是参加elecfans举办的N32开源项目移植所完成的项目，移植于我之前所完成的项目《物联网心率监控设备》。
被移植的开源地址：[心率监控设备](https://gitee.com/hehung/heart-rate-monitoring)
比赛地址：[国民技术N32开源移植挑战赛](https://bbs.elecfans.com/jishu_2313370_1_1.html)

# 项目简介

支持能够通过OLED显示检测的心率波形以及数值，并且将心率数值上传到贝壳物联云平台；还可以显示时间，天气，日期等信息。ESP8266作为wifi模块，上电会自动获取天气以及NTP时间并更新到本地，每1小时会自动更新一次时间以及天气，也可以通过手动按按键设置进行更新。支持通过物联网平台设置不同的城市获取不同城市的天气信息，兼顾心率监控功能的同时也可以作为一个桌面心率监控摆件使用。

# 应用背景

该项目作为一个办公或者居家桌面摆件使用，随时随地监控心率值，然自己了解自己的身体状况，因为兼顾了获取时间，天气等功能，平时也可以当做一个天气/时钟摆件使用。

# 实现功能

1. 心率采集
2. 心率波形以及数值在OLED上显示
3. 心率数据上传贝壳物联云平台
4. 自动更新天气以及时间（NTP）
5. 通过贝壳物联设置当前城市，用于更新本地城市天气
6. 时间，日期，天气等信息显示
7. 按键切换显示界面以及更新时间以及天气信息

# 整体系统框架

## RT-Thread使用情况

使用了RT-Thread OS以及组件，如下：
![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a4554757feff33e133a7.jpg)

## 硬件架构

<a id="hardware"></a>
使用到的硬件设备：

1. LED控制 - PA0，PB5（普通IO口输出）
2. 按键采集 - PA4，PA5（普通IO口输入）
3. 串口USART1 - USB串口打印输出
4. ESP8266-01 WIFI模块 - UART6 - TXD：PB0， RXD：PB1
5. OLED 12864显示屏 - IIC - SCL：PB8， SDA：PB9
6. Pluse sensor心率采集模块  - ADC1 IN2 - PA1
7. 定时器 timer1 - 用于周期性采集心率传感器数据以及处理心率值
8. RTC - 用于本地实时时钟

框图如下：
![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a4554757feff33e133e3.jpg)

## 软件框图

软件使用了多个线程，定时器以及外部中断:

1. 线程1用来驱动OLED显示
2. 线程2用来驱动LED周期性呼吸
3. 线程3用来驱动ESP8266工作
4. 线程4用来接收socket数据
   具体框图如下：
   ![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a4554757feff33e13400.jpg)

# 软件模块说明

1. 时间显示界面
   左上角显示wifi连接状态（未连接时闪烁）；
   IoT表示物联网平台连接状态（未连接时闪烁）；
   右上角显示的是天气（未获取最新天气显示天气更新中）；
   中间显示时间
   左下角显示年月日
   右下角显示星期
   系统上电之后会自动更新天气以及时间，也会自动连接云平台。
   该界面下长按按键切换到心率显示界面。
   ![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a4554757feff33e13415.jpg)
2. 心率波形显示界面
   显示采集到的心率波形以及心率数值（次每分钟）
   该界面下会自动上传采集到的心率数值到贝壳物联云平台，5s上传一次。
   短按按键返回时间显示界面。
   ![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a4554757feff33e13422.jpg)
3. 设置界面
   如下，该界面会显示如下三种设置，通过短按按键来切换。
   当光标切换到某个选上上就表示该选项被选中，长按按键实现功能。
   在更新时间上长按按键，自动更新时间；
   在更新天气上长按按键，自动更新天气；
   在退出上长按按键，退回到时间显示界面
![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a45d4757feff33e14815.jpg)

![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a45e4757feff33e14b95.jpg)

![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a45e4757feff33e14bd1.jpg)

4. ESP8266任务
   ESP8266会根据当前的命令自动决定是获取NTP时间还是更新天气还是上传数据等逻辑。当ESP8266处于idle状态时，会每10s中向贝壳物联云平台发送一个获取状态的命令表示设备在线，防止云平台自动关闭设备。
5. 心率传感器
   心率传感器的采集在定时器1中完成，每2ms采集一次数据并进行计算，计算出心率值，一般经过10s左右，数据会比较稳定。
   心率数据使用ADC采集。
6. 按键采集
   按键通过外部中断来采集，并通过定时器0来处理按键状态，用于计算长按还是短按。
7. LED闪烁
   红色LED会周期性闪烁。

- 当闪烁周期为100ms时，表示wifi没有连接；
- 当闪烁周期为500ms时，表示物联网平台没有连接；
- 当闪烁周期为1s时，表示wifi和物联网平台都连接了。
  绿色LED闪烁表示心率传感器采集到了心率值。

# N32G45X资源使用

使用到的N32G45的资源有，详见上述 [硬件架构](#hardware)：

1. GPIO - 用于LED控制以及读取按键的按下状态；
2. UART - 用于串口打印（RT-Thread OS）以及ESP8266通信;
3. ADC - 用于采集心率数值；
4. 定时器 - 用于2ms标准周期处理心率数据；
5. IIC - 用于OLED屏幕的驱动；
6. RTC - 用于内部实时时钟

# 移植过程

之前的项目是基于RA6M4单片机完成，采用了RT-Thread OS，本次移植过程同样使用RT-Thread OS，这样可以最大程度保证移植的完整性，同时也便捷的多。

## 资源使用对比

### 硬件资源对比

| 资源 | RA4M2  |  N32G45 |
| --- | ---     |   ---   |
| 内核 | Cortex-M33 | Cortex-M4 |
| 主频 | 200MHz | 144MHz |
| SRAM |192KB+64KB | 144KB |
| FLASH |1MB | 512KB |

从上表可以看出，RA4M2的资源比N32G45的资源丰富一些，主频相比而言也高一些，但是不影响项目移植。

### 资源应用对比

资源使用上基本一致，存在下面的区别：

1. 按键处理逻辑
   开源项目RA6M4使用了中断来采集按键信息，但是N32G45使用了普通IO口来作为输入模式采集信息。
   原因：RA6M4只有一个user按键，操作不便，这一个按钮需要负责所有按键操作，使用中断采集信息准确可靠，不易出错；而N32G45XVL-STB有四个user按键，每个user可以负责一种类型的操作，不需使用中断，减轻复杂性，本项目采用了开发板的KEY1和KEY2这两个按键。
2. IIC应用
   开源项目RA6M4使用了软件IIC，而N32G45使用了硬件IIC。加快OLED刷新率，显示波形图不会卡顿。
3. LED驱动
   开源项目RA6M4使用了一个PWM驱动的LED，而N32G45采用了普通IO口驱动LED。由于N32G45有三个颜色不同的LED，无需使用PWM驱动来标记不同的状态，普通IO驱动更简单。

## 测试验证/性能对比

因为我的开源项目对单片机性能要求不高，所以性能对比中并不能看出来什么结果。
N32G45的OLED刷新会快一些，因为使用了硬件IIC。
测试结果显示，N32G45上可以完美运行物联网心率监控设备。

## 移植过程总结

移植过程中重要集中在对硬件资源的了解以及应用上，本次比赛是我第一次接触国民技术的单片机，通过将项目移植到N32G45，我对国民技术的单片机有了更多的了解，单片机的资源丰富，接口操作简单，项目移植起来也比较轻松，最主要的是国民技术提供的芯片资料很丰富，分类清晰，想要查找的时候很简单快速，点赞。
同时我也了解到了过敏技术在单片机领域的发展，以及未来的发展前景，总的来时过敏技术的单片机还是很不错，不输国外芯片大厂的单片机，期望国产芯片越来越好，走向世界。
本次项目移植过程中，我还修改了一些发现的缺陷项，减少了项目的bug。

# 项目展示

全家福
![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a45e4757feff33e14c1c.jpg)

心率采集图片:
![](https://pic.imgdb.cn/item/63e8a3f94757feff33e064e4.gif)

# 演示视频

https://www.bilibili.com/video/BV1MR4y1B7r5/

# 结语

感谢elecfans以及国民技术给予的本次比赛的机会，本次比赛学到了很多，也了解到了国民技术的强大，期望越做越好，将中国芯带向世界。

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