01項(xiàng)目簡介

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了基于啟明RA6M5的《物聯(lián)網(wǎng)居家環(huán)境健康監(jiān)控設(shè)備》。項(xiàng)目以啟明RA6M5為主控，OLED為顯示設(shè)備用于顯示信息，HS3003傳感器用于采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，MQ-5可燃?xì)怏w傳感器采集空氣中可燃?xì)怏w濃度，Max30102傳感器采集人體心率以及血氧值，遙感模塊為設(shè)備的本地控制端，內(nèi)部RTC用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘，ESP8266模塊用于連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及更新實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的連接，用于數(shù)據(jù)上傳與下發(fā)，蜂鳴器用于環(huán)境危險(xiǎn)報(bào)警。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了集環(huán)境監(jiān)控，健康監(jiān)控以及物聯(lián)網(wǎng)為一體的多功能監(jiān)控裝置。

02系統(tǒng)架構(gòu)

使用到的外設(shè)模塊有：

LED：紅色用于模擬燈，可以被遠(yuǎn)程控制打開與關(guān)閉。綠色LED周期性呼吸，指示系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。

蜂鳴器：用于可燃?xì)怏w超閾值報(bào)警。

搖桿模塊：用于搖桿控制顯示界面切換以及報(bào)警關(guān)閉。

MQ-5可燃?xì)怏w傳感器：用于檢測空氣中可燃?xì)怏w濃度值。

EEPROM：用于保存MQ-5可燃?xì)怏w濃度閾值。

ESP8266 WIFI模塊：用于更新網(wǎng)絡(luò)時(shí)間以及連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

MAX30102：用于采集人體的心率以及血氧值。

HS3003：用于采集環(huán)境溫濕度信息。

OLED：用于顯示時(shí)間，溫濕度信息，可燃?xì)怏w濃度，心率，血氧數(shù)值，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)鏈接狀態(tài)等信息。

詳細(xì)結(jié)構(gòu)描述見下圖：

所使用的板載資源以及OS資源見下圖所示：

03硬件資源說明

3.1 線路連接

板載資源不做說明(連線參考開發(fā)板原理圖)，只說外接模塊的連線。

3.1.1 OLED

使用了SCI I2C6:

SCL - P505

SDA - P506

VCC - 3.3V

GND - GND

3.1.2 HS3003
同OLED，使用了SCI6 I2C:

SCL - P505

SDA - P506

VCC - 3.3V

GND - GND

3.1.3 MQ-5

使用了ADC0 AN003:

ADC- P003（AN003）

3.1.4 MAX30102
使用了SCI3 I2C：

SCL - P408

SDA - P409

VCC - 3.3V

GND - GND

INT引腳使用了外部中斷：

INT - P804

3.1.5 搖桿模塊
使用了ADC0 AN001，AN002，AN010：

X軸 - P001（AN001）

Y軸 - P002（AN002）

Z軸（按鈕） - P010（AN010）

+5V - 3.3V

GND - GND

04軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 OS資源說明

軟件使用了FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，創(chuàng)建了7個(gè)任務(wù)，功能如下：

Os_Display：用于控制OLED顯示信息。

Os_LedCtrl：用于控制LED功能。

Os_HwInit：用于初始化公共資源，并且該任務(wù)是首先執(zhí)行的，執(zhí)行完畢之后其他任務(wù)才允許執(zhí)行，避免資源在未初始化之前使用。

Os_WifiCtrl：用于控制ESP8266模塊，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制以及網(wǎng)絡(luò)資源管理。

Os_Sensor：用于采集傳感器信息，包括HS3003，MQ-5。

Os_JoystickCtrl：用于采集搖桿模塊信息，并且判斷搖桿模塊的動(dòng)作。

Os_Max30102Ctrl：用于采集人體的心率以及血樣數(shù)值。

下圖簡單描述了各個(gè)任務(wù)的工作，由于各個(gè)部分的關(guān)系型較為復(fù)雜，下面以文字和示例圖詳細(xì)說明。

4.2 功能說明

首先上一張全家福：

4.2.1 HS3003溫濕度采集

通信方式：

HS3003通過I2C通信，與OLED控制使用了同一路SCI的I2C，通過互斥量相互隔離，實(shí)現(xiàn)一路I2C控制兩個(gè)從設(shè)備的目的。功能：

HS3003可以測量環(huán)境的溫度以及濕度信息，通過計(jì)算公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換成攝氏度以及百分比值。

周期性采集，每一秒鐘采集一次。供其他模塊使用。

4.2.2 MQ-5 可燃?xì)怏w濃度采集

通信方式：

MQ-5通過將采集到的可燃?xì)怏w濃度值轉(zhuǎn)換為ADC值輸出，單片機(jī)周期性采集ADC信號(hào)用于計(jì)算空氣中可燃?xì)怏w濃度。

功能：

MQ-5可燃?xì)怏w濃度傳感器可以采集空氣中的可燃?xì)怏w濃度，單位為ppm（百萬分之一），每一秒鐘更新一次數(shù)據(jù)。供其他模塊使用。

4.2.3 MAX30102心率血樣采集

通信方式：

MAX30102使用I2C通信，為了精度以及采集速率，使用了單獨(dú)的一路I2C來工作（其實(shí)和OLED使用同一路也是可以的）

功能：

MAX30102上面的INT中斷引腳用于判斷數(shù)據(jù)是否更新，當(dāng)有更新數(shù)據(jù)時(shí)，中斷會(huì)拉高，數(shù)據(jù)被讀取之后拉低。

MAX30102會(huì)一直處于通信狀態(tài)，當(dāng)中斷引腳變高之后，開始采集數(shù)據(jù)。當(dāng)沒有手指放上去的時(shí)候，采集到的傳感器輸出值RED以及IR數(shù)值，輸出值大概在2000以內(nèi)，但是當(dāng)手指放上去之后，輸出值會(huì)突變?yōu)?00000以上，以此來判斷是否有手指放在傳感器上做數(shù)據(jù)采集。

采集到的RED以及IR值會(huì)周期性變化，以此來計(jì)算心率以及血樣數(shù)值。

手指剛放上去的時(shí)候采集到的數(shù)值是不穩(wěn)定的，需要等待一段時(shí)間才會(huì)采集到穩(wěn)定的數(shù)值，血氧值大于95%，心率在60到120之前是較為正常的值。

4.2.4 搖桿模塊控制功能
通信方式：

搖桿模塊有兩個(gè)方向（X軸和Y軸）以及一個(gè)按鈕（Z軸），都是通過ADC進(jìn)行采樣。

功能：

對(duì)搖桿模塊的控制，在X軸，Y軸和Z軸上都會(huì)輸出一個(gè)ADC值，通過對(duì)采樣值進(jìn)行分析判斷可以直到當(dāng)前搖桿處于什么位置，以此來實(shí)現(xiàn)控制的功能。

搖桿模塊用于對(duì)現(xiàn)實(shí)界面進(jìn)行切換，當(dāng)搖桿模塊滑向右和上方時(shí)（即X軸以及Y軸的正方向），則會(huì)切換到傳感器顯示界面；當(dāng)搖桿模塊滑向左或者下方時(shí)（即X軸和Y軸的負(fù)方向）則切換到時(shí)間顯示界面。

4.2.5 報(bào)警功能

報(bào)警使用了板載的蜂鳴器，當(dāng)MQ-5采集到的空氣中可燃?xì)怏w濃度大于設(shè)定閾值的時(shí)候就會(huì)打開蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警閾值可以通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置。也可以通過物聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)警功能打開/關(guān)閉。

當(dāng)設(shè)定閾值更新時(shí)，會(huì)判斷更新的閾值是否和當(dāng)前閾值相等，不等則寫入EEPROM，下次系統(tǒng)上電的時(shí)候會(huì)自動(dòng)從EEPROM中讀取閾值

4.2.6 ESP8266 網(wǎng)絡(luò)通信

板載的ESP8266 WIFI模塊用于物聯(lián)網(wǎng)通信，通信平臺(tái)為阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通信方式為MQTT。

ESP8266上電工作流程：

復(fù)位ESP8266

關(guān)閉回顯，連接AP

連接AP完成之后更新SNTP時(shí)間，并將時(shí)間寫入到RTC

時(shí)間更新完成之后MQTT通信連接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

數(shù)據(jù)通信（上載和下發(fā)），上載一秒鐘更新一次

使用了一個(gè)定時(shí)器用來判斷ESP8266 AT指令是否響應(yīng)超時(shí)，如果超時(shí)，會(huì)重新發(fā)送。

連接了物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之后，會(huì)將溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度、血氧數(shù)值，心率數(shù)值，可燃?xì)怏w報(bào)警閾值、報(bào)警開關(guān)以及LED亮度上傳到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以下發(fā)LED亮度百分比命令來控制本地LED的亮度。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以下發(fā)可燃?xì)怏w濃度報(bào)警閾值到本地。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以下發(fā)可燃?xì)怏w報(bào)警使能命令到本地。

下圖為阿里云平臺(tái)收到的數(shù)據(jù)：

下圖為阿里云平臺(tái)下發(fā)數(shù)據(jù)的調(diào)試界面：

4.2.7 OLED顯示功能

OLED提供顯示功能，包括：

上電顯示

日期時(shí)間星期顯示

wifi連接狀態(tài)顯示

IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接狀態(tài)顯示

溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度顯示

心率、血氧顯示

上電之后會(huì)顯示啟動(dòng)界面，1s之后切換到時(shí)間顯示界面

時(shí)間顯示界面下會(huì)顯示W(wǎng)IFI連接狀態(tài)，IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接狀態(tài)，日期時(shí)間星期，空氣濕度和溫度。wifi圖標(biāo)閃爍，表示在連接AP，常亮表示連接成功；IoT圖標(biāo)閃爍表示在連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，常亮表示連接成功；時(shí)間或從RTC中讀取并顯示。

當(dāng)搖桿模塊滑向X軸或者Y軸正方向時(shí)，切換到傳感器數(shù)據(jù)顯示界面，此界面下，搖桿模塊滑到X軸或者Y軸負(fù)方向時(shí)，切換到時(shí)間顯示界面

當(dāng)手指放到MAX30102傳感器上進(jìn)行測量時(shí)，切換到心率血樣顯示界面，此界面下，手指離開MAX30102，則退回到之前的界面

4.2.8 燈控制功能

板載的LED1來模擬普通LED燈，亮度控制位百分比，支持0~100：0為關(guān)閉LED；100為全亮度。

通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下發(fā)控制亮度命令，本地接收到命令之后使用PWM控制LED的亮度。

4.2.9 RTC

RTC用于本地實(shí)時(shí)時(shí)鐘

上電會(huì)自動(dòng)從上一次的時(shí)間開始計(jì)時(shí)，EAP8266成功連接AP之后之后會(huì)自動(dòng)發(fā)起時(shí)間更新命令獲取SNTP時(shí)間，并更新到本地RTC中。

06總結(jié)

本人是第一次使用野火的開發(fā)板，之前聽說過野火，但是一直沒機(jī)會(huì)接觸。無意間在公眾號(hào)中看到了本次比賽，遂毫不猶豫的參加了。啟明RA6M5給我的感覺就是精簡，美觀，板載資源豐富，擴(kuò)展性強(qiáng)，給作品開發(fā)帶來了很多便攜性，像是板載ESP8266以及蜂鳴器，就減少了外擴(kuò)模塊的工作。歷時(shí)三個(gè)月，終于算是完成了比賽，期間的心酸以及收獲也難以述說，遇到了很多難題，也收獲了很多知識(shí)。

簡而言之，本次比賽學(xué)習(xí)到了很多東西，也讓我了解了更多野火的產(chǎn)品。感謝野火提供的本次機(jī)會(huì)。祝愿野火越來越好，開發(fā)更多物美價(jià)廉的產(chǎn)品，方便廣大愛好者以及工程師。

審核編輯：湯梓紅