基于max32650实现智能植物监护器
所选任务：赛道5创新应用的智能植物监护器
任务内容:采集土壤湿度、环境温湿度及光照等数据，实时显示植物生长环境，并根据设定阈值进行缺水提醒，可扩展自动浇水控制功能。
项目描述
本项目是一个基于 MAX32650 + Zephyr RTOS的智能植物监护器：以 SHT45 采集植物所处环境的温湿度，同时读取土壤与光照两路开关量，在 OLED 上显示对应的温湿度，光照，土壤湿度数据，并提供按键本地设置、蓝牙远程设置、越限报警与定时浇水，用于植物生长环境的实时监护与异常提示。
开发环境
采用vscode+CodeFusion Studio插件进行开发
下图是所用到的外设
硬件
硬件采用了max32650，0.96oled，sht45，光敏模块，土壤湿度传感器，mx-01ps蓝牙模块，面包板，杜邦线若干
接线关系
P2_17 、P2_18 ---------- OLED SHT45
P2_14 、P2_16 ----------- 蓝牙模块
P2_13 ------------- 土壤湿度模块
P2_15 -------------- 光敏模块
max32650
超低功耗Arm Cortex-M4 FPU微控制器，用于电池供电应用；DARWIN系列UP微控制器让小容量电池支持大型应用。MAX32650—MAX32652为超低功耗、存储器可扩展微控制器，专门设计用于高性能、电池供电应用。
0.96oled
0.96寸OLED显示屏是嵌入式开发和电子制作中非常经典的一款小尺寸、自发光、高对比度的显示模块。它以极低的功耗和简单的接线方式，成为Arduino、STM32、ESP32等单片机项目显示信息的首选。
sht45
SHT45 传感器属于第四代产品。在 20%到 70%的相对湿度范围内，SHT45 的精度高达±1.0%；在 5°C 到 60°C 的温度范围内，其精度则可达到±0.1°C。
实际硬件图
系统框图
设计思路
系统设计遵循"中断轻量化、线程解耦、总线串行化"原则：中断上下文仅做字节搬运与中断线开关，采样、解析、渲染等耗时逻辑全部下沉至独立线程；采集与显示经"最新样本优先"消息队列异步衔接，显示仅在文本变化时整帧刷屏以节省 I2C 带宽；初始化采用事件广播避免线程饿死，按键以"边沿中断—关闭中断—延时复检"实现规范化消抖，并辅以读取重试、栈分析与崩溃转储保障系统健壮性与可观测性。
下面是线程与优先级
软件流程图
系统总流程图
main.c — 启动与主循环
采样线程
显示线程
界面切换流程
命令接收与解析
代码
按键代码：
按键驱动模块（buttons.c）负责 SW0（P1.19）与 SW1（P1.21）的消抖与事件分发：按键中断仅关闭该引脚中断并调度 20 ms 延迟工作，消抖工作重新读取引脚电平，确认按下后分别触发"切换视图"与"阈值加一"事件，随后恢复双边沿中断。该"中断触发—延迟消抖—电平确认"机制可有效避免抖动误触发，使中断上下文保持极短，并通过统一的结构体与容器宏实现双按键的规范化驱动。
static void button_decode(struct k_work *w)
{
struct k_work_delayable *dw = k_work_delayable_from_work(w);
struct button *b = CONTAINER_OF(dw, struct button, dwork);
if (gpio_pin_get_dt(&b->spec) == 1) {
menu_event(b->ev);
}
gpio_pin_interrupt_configure_dt(&b->spec, GPIO_INT_EDGE_BOTH);
}
static void button_isr(const struct device *dev, struct gpio_callback *cb,
uint32_t pins)
{
struct button *b = CONTAINER_OF(cb, struct button, cb);
ARG_UNUSED(dev);
ARG_UNUSED(pins);
/* mute the line until the debounced decode re-reads the level */
gpio_pin_interrupt_configure_dt(&b->spec, GPIO_INT_DISABLE);
k_work_schedule(&b->dwork, K_MSEC(BTN_DEBOUNCE_MS));
}
static int button_init(struct button *b)
{
int ret;
if (!gpio_is_ready_dt(&b->spec)) {
return -ENODEV;
}
ret = gpio_pin_configure_dt(&b->spec, GPIO_INPUT);
if (ret < 0) {
return ret;
}
k_work_init_delayable(&b->dwork, button_decode);
gpio_init_callback(&b->cb, button_isr, BIT(b->spec.pin));
ret = gpio_add_callback_dt(&b->spec, &b->cb);
if (ret < 0) {
return ret;
}
return gpio_pin_interrupt_configure_dt(&b->spec, GPIO_INT_EDGE_BOTH);
}
static struct button btn_sw0 = {
.spec = GPIO_DT_SPEC_GET(SW0_NODE, gpios),
.ev = UI_EV_SW0_SHORT,
};
static struct button btn_sw1 = {
.spec = GPIO_DT_SPEC_GET(SW1_NODE, gpios),
.ev = UI_EV_SW1_SHORT,
};
界面代码 ：
OLED 菜单模块（menu.c）实现视图状态机、阈值管理与 10 Hz 显示线程：SW0 循环切换主界面（实时温湿度与光照/土壤数字电平）、温度阈值、湿度阈值与 LED1 点亮时间四个视图，SW1 对当前设置视图的数值加一（钳位 0~99 / 1~99）；显示线程从传感器消息队列中仅取最新样本渲染，并仅在文本内容变化时才刷新屏幕，未变化帧不产生任何 I2C 开销，配合互斥锁保障视图、阈值与总线访问的并发安全，兼顾显示实时性与总线效率。
void menu_event(enum ui_event ev)
{
k_mutex_lock(&ui_lock, K_FOREVER);
switch (ev) {
case UI_EV_SW0_SHORT:
switch (cur_view) {
case VIEW_MAIN:
cur_view = VIEW_SET_TTH;
printf("UI: set temp view\n");
break;
case VIEW_SET_TTH:
cur_view = VIEW_SET_HTH;
printf("UI: set hum view\n");
break;
case VIEW_SET_HTH:
cur_view = VIEW_SET_TIME;
printf("UI: set time view\n");
break;
case VIEW_SET_TIME:
cur_view = VIEW_MAIN;
printf("UI: main view\n");
break;
}
break;
case UI_EV_SW1_SHORT:
/* Increment the value shown by the current view only; same
* clamps as menu_set_*(): 0..99 degC / %RH, 1..99 s */
switch (cur_view) {
case VIEW_MAIN:
break;
case VIEW_SET_TTH:
if (t_th < 99) {
t_th++;
}
printf("UI: T threshold -> %d C\n", t_th);
break;
case VIEW_SET_HTH:
if (h_th < 99) {
h_th++;
}
printf("UI: H threshold -> %d %%\n", h_th);
break;
case VIEW_SET_TIME:
if (t_time < 99) {
t_time++;
}
printf("UI: LED1 on-time -> %d s\n", t_time);
break;
}
break;
}
k_mutex_unlock(&ui_lock);
}
static void render_view(char lines[4][24])
{
switch (cur_view) {
case VIEW_MAIN: {
const struct telem *s = &last_telem;
if (s->valid) {
uint32_t ta = (s->t_centi < 0)
? -(uint32_t)s->t_centi
: (uint32_t)s->t_centi;
uint32_t ra = (s->rh_centi < 0)
? 0U : (uint32_t)s->rh_centi;
snprintf(lines[0], 24, "T: %s%u.%02u C",
(s->t_centi < 0) ? "-" : "",
ta / 100U, ta % 100U);
snprintf(lines[1], 24, "RH: %u.%02u %%",
ra / 100U, ra % 100U);
} else {
strcpy(lines[0], "T: --.-- C");
strcpy(lines[1], "RH: --.-- %");
}
/* Digital level spec: pin low -> "hight", pin high -> "low" */
strcpy(lines[2], s->light_lvl ? "L:low" : "L:hight");
strcpy(lines[3], s->soil_lvl ? "S:low" : "S:hight");
break;
}
case VIEW_SET_TTH:
strcpy(lines[0], "Set Temp Th");
snprintf(lines[1], 24, "Th: %d C", t_th);
lines[2][0] = '\0';
strcpy(lines[3], "SW0:Next");
break;
case VIEW_SET_HTH:
strcpy(lines[0], "Set Hum Th");
snprintf(lines[1], 24, "Th: %d %%", h_th);
lines[2][0] = '\0';
strcpy(lines[3], "SW0:Next");
break;
case VIEW_SET_TIME:
strcpy(lines[0], "Set Time");
snprintf(lines[1], 24, "Time: %d s", t_time);
lines[2][0] = '\0';
strcpy(lines[3], "SW0:Done");
break;
}
}
串口蓝牙代码：
UART1 命令行控制模块实现串口在线调参，无需重新烧录即可修改告警阈值与 LED 点亮时间。模块采用"中断—消息队列—解析线程"三级架构，将耗时解析移出中断上下文；支持`T:xx` 、`RH:xx` 设置温湿度阈值，`time:xx` 设置水泵开启时间（用led1点亮代替），`time_on` 立即开启水泵（点亮 LED1），并具备空闲超时断帧、参数钳位与互斥保护机制。该模块仅占用 UART1 接收通道，与传感器线程的数据上报互不干扰，兼具实时性与健壮性。
static void process_line(const char *s)
{
const char *p;
bool any = false;
int v;
p = strstr(s, "time_on");
if (p == NULL) {
p = strstr(s, "TIME_ON");
}
if (p != NULL) {
printf("UART1 cmd: time_on token -> LED1 on\n");
sensor_led1_on();
any = true;
}
p = strstr(s, "time:");
if (p == NULL) {
p = strstr(s, "TIME:");
}
if (p != NULL) {
v = atoi(p + 5);
printf("UART1 cmd: time token -> %d s\n", v);
menu_set_time(v);
any = true;
}
p = strstr(s, "RH:");
if (p != NULL) {
v = atoi(p + 3);
printf("UART1 cmd: RH token -> %d %%\n", v);
menu_set_hth(v);
any = true;
}
p = strstr(s, "T:");
if (p != NULL) {
v = atoi(p + 2);
printf("UART1 cmd: T token -> %d C\n", v);
menu_set_tth(v);
any = true;
}
if (!any) {
printf("UART1 cmd: no time_on/time:/T:/RH: token in line\n");
}
}
传感器代码：
传感器采样线程（sensor.c）以 1 Hz 周期经互斥保护的 I2C1 总线读取 SHT45 温湿度数据，内置瞬态错误重试与定点数转换机制，并将结果发布至遥测消息队列、经 UART1 上报，同时完成超阈值告警评估；线程还负责采样土壤/光照数字输入（P2.13/P2.15），并作为 LED1（P1.18，低电平点亮）的唯一驱动者，在响应`time_on` 命令点亮后按设定时间自动熄灭，且当湿度低于阈值、土壤为高时自动触发一次照明脉冲，实现了数据采集、上报、告警与执行器控制的统一调度。
static void sensor_thread(void *p1, void *p2, void *p3)
{
ARG_UNUSED(p1);
ARG_UNUSED(p2);
ARG_UNUSED(p3);
uint32_t led1_sec = 0; /* remaining LED1 on-time, 0 = off */
bool auto_trig_prev = false; /* last auto-trigger condition state */
app_wait_ready();
while (1) {
int32_t t_centi = 0, rh_centi = 0;
int ret;
/* Digital inputs: raw physical levels (low = 0, high = 1) */
int light_lvl = gpio_pin_get_raw(light_in.port, light_in.pin);
int soil_lvl = gpio_pin_get_raw(soil_in.port, soil_in.pin);
/* I2C bus transaction group, protected by the bus mutex */
k_mutex_lock(&i2c_lock, K_FOREVER);
ret = sht45_read(&t_centi, &rh_centi);
k_mutex_unlock(&i2c_lock);
struct telem t = {
.valid = (ret == 0),
.t_centi = t_centi,
.rh_centi = rh_centi,
.light_lvl = (light_lvl > 0),
.soil_lvl = (soil_lvl > 0),
.err = ret,
};
if (k_msgq_put(&telem_q, &t, K_NO_WAIT) != 0) {
k_msgq_purge(&telem_q);
k_msgq_put(&telem_q, &t, K_NO_WAIT);
}
/* Auto-trigger: when the humidity drops below its threshold while
* soil reads high, fire ONE LED1 pulse (rising edge only, so a
* lasting condition does not keep re-arming the timer). */
if (ret == 0) {
bool cond = (rh_centi < (int32_t)menu_hth() * 100) &&
(soil_lvl > 0);
if (cond && !auto_trig_prev) {
printf("LED1 auto-trigger: RH below %d %%, soil high\n",
menu_hth());
atomic_set(&led1_req, 1L);
}
auto_trig_prev = cond;
}
/* One-shot LED1 (exclusive owner of the pin): a "time_on"
* request lights it (physical low) and (re)loads the on-time;
* the 1 Hz loop tick then counts it down and turns it off
* (physical high). */
if (atomic_cas(&led1_req, 1L, 0L)) {
led1_sec = (uint32_t)menu_time();
gpio_pin_set_raw(led1_out.port, led1_out.pin, 0);
printf("LED1 ON for %u s\n", led1_sec);
} else if (led1_sec > 0 && --led1_sec == 0) {
gpio_pin_set_raw(led1_out.port, led1_out.pin, 1);
printf("LED1 OFF\n");
}
if (ret == 0) {
uint32_t ta = (t_centi < 0) ? -(uint32_t)t_centi
: (uint32_t)t_centi;
uint32_t ra = (rh_centi < 0) ? 0U : (uint32_t)rh_centi;
char uline[48];
app_alarm_set(t_centi > (int32_t)menu_tth() * 100 ||
rh_centi > (int32_t)menu_hth() * 100);
printf("Temp: %s%u.%02u C, RH: %u.%02u %%\n",
(t_centi < 0) ? "-" : "", ta / 100U, ta % 100U,
ra / 100U, ra % 100U);
snprintf(uline, sizeof(uline),
"Temp: %s%u.%02u C, RH: %u.%02u %%\r\n",
(t_centi < 0) ? "-" : "", ta / 100U,
ta % 100U, ra / 100U, ra % 100U);
uart1_puts(uline);
} else {
char uline[40];
printf("SHT45 read failed: %d\n", ret);
snprintf(uline, sizeof(uline),
"SHT45 read failed: %d\r\n", ret);
uart1_puts(uline);
}
k_msleep(SAMPLE_INTERVAL_MS);
}
}
实物演示
通过sw0切换界面，sw1设置阈值
显示数据界面
温湿度设置界面，屏幕第二行显示温湿度的阈值，在对应的界面能通过sw1设置对应的阈值
定时浇水设置界面，
蓝牙接收界面，使用了微信小程序
codefusion studio界面
遇到的难点及解决方法
难点：一开始配置的i2c1识别不到0.96oled屏幕，但是基于官方的例程能点亮oled
解决方法：把点不亮的oled项目询问了ai，发现是引脚的电压不匹配，要配置成VDDIOH才能点亮oled
其他的外设配置都要设置成这个电压域才能进行操作
心得体会
感谢电子森林和adi举办的ADI CodeFusion Studio™设计竞赛，我从中学习到了许多zephyr知识，例如线程、消息队列、互斥量、设备树的配置等，体会到了zephyr的便捷性，不需要重复造轮子，直接用现成的，还有如果要替换芯片，更改对应的设备树，上层的代码不需要更改就能成功跑通。
john42漫游者siche