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 比赛地址：国民技术N32开源移植挑战赛

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：

硬件架构

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：

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：

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。
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。
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

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：

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

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

心率采集图片:

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。