任务介绍

本项目实现了Funpack4-3活动板卡一的任务2，基于MAX32655FTHR开发板的蓝牙低功耗数据客户端应用，通过BLE的GATT服务连接并读取小米温湿度计2的数据，并将温度、湿度等信息实时显示在ST7735S彩色LCD屏幕上，同时支持按钮控制和数据交互功能。

硬件平台

本次使用Analog Devices MAX32655FTHR开发板，是一款面向物联网应用的高性能蓝牙低功耗开发平台。该开发板搭载了基于ARM Cortex-M4内核的MAX32655微控制器，具备丰富的外设资源，包括多个I2C接口、SPI接口、GPIO端口等，非常适合用于蓝牙低功耗应用的开发。开发板集成了蓝牙射频模块、调试接口、用户可编程按键与LED，便于快速搭建无线传感器网络系统。

在软件方面，本项目采用WSF（Wireless Software Framework）蓝牙协议栈作为底层运行环境。WSF以其模块化设计、高可靠性和良好的跨平台支持而著称，适用于资源受限的嵌入式设备。通过将蓝牙协议栈移植至MAX32655平台，实现了BLE客户端连接、GATT服务发现以及数据传输等功能。

主控设备：Analog Devices MAX32655FTHR开发板

• 搭载MAX32655 MCU（ARM Cortex-M4F）
• 集成蓝牙5.0低功耗射频模块
• 板载2个用户可编程LED指示灯
• 支持多连接蓝牙客户端应用

米家温湿度计2

ST7735S彩色OLED显示屏

任务分析与实现

本系统实现了基于WSF蓝牙协议栈的温湿度监测平台，主要功能包括：

• 传感器数据采集
• • 小米温湿度计2数据读取：实时监测
  • 支持温度、湿度、电压等多参数获取
• LCD显示控制
• • 显示刷新率：实时更新
  • 彩色图形界面渲染

方案框图：

本任务实现的核心是在 MAX32655FTHR 开发板上完成 WSF 蓝牙协议栈的成功调用，并在此基础上实现了对温湿度传感器数据的读取与彩色LCD屏幕的显示控制。接下来详细描述关键流程和核心要点。

一、使用前的准备

1. 硬件环境

• 主控芯片：MAX32655（ARM Cortex-M4F 内核）
• 开发板：MAX32655FTHR
• 外设资源：
• • SPI 接口用于驱动 ST7735S 彩色显示屏
  • GPIO 控制用户按键输入
  • UART 串口调试输出

2. 软件环境

• 开发环境：VS Code + CodeFusion Studio 插件
• 协议栈：WSF Bluetooth Stack
• 编译工具链：GCC ARM Embedded (arm-none-eabi-gcc)

二、核心步骤

1. 应用程序框架创建

应用程序框架主要包括事件处理、连接管理、服务发现以及数据解析等部分。

a. 事件处理机制 (datc_main.c)

• 定义蓝牙事件回调函数
• 处理连接建立、断开事件
• 实现服务发现与数据接收逻辑

static void datcDmCback(dmEvt_t *pDmEvt)
{
    dmEvt_t *pMsg;
    uint16_t len;

    len = DmSizeOfEvt(pDmEvt);

    if ((pMsg = WsfMsgAlloc(len + pDmEvt->scanReport.len)) != NULL) {
        memcpy(pMsg, pDmEvt, len);
        if (pDmEvt->hdr.event == DM_SCAN_REPORT_IND) {
            pMsg->scanReport.pData = (uint8_t *)((uint8_t *)pMsg + len);
            memcpy(pMsg->scanReport.pData, pDmEvt->scanReport.pData, pDmEvt->scanReport.len);
        }
        WsfMsgSend(datcCb.handlerId, pMsg);
    }
}

b. 数据接收处理 (datc_main.c)

• 解析小米温湿度计数据包
• 提取温度、湿度、电压信息
• 调用显示更新函数

static void datcValueNtf(attEvt_t *pMsg)
{
    if (pMsg->handle == pSecDatHdlList[pMsg->hdr.param - 1][SEC_DAT_HDL_IDX]) {
        if (pMsg->valueLen >= 5) {
            int16_t temp = (int16_t)(pMsg->pValue[0] | (pMsg->pValue[1] << 8));
            uint16_t humidity = pMsg->pValue[2];
            uint16_t voltage = (pMsg->pValue[3] | (pMsg->pValue[4] << 8));
            float battery = ((float)(voltage - 2000) / (float)(3261 - 2000)) * 100.0f;

            extern void update_display_values(int16_t temp, uint16_t humidity, uint16_t voltage, float battery);
            update_display_values(temp, humidity, voltage, battery);
        }
    }
}

2. 蓝牙服务发现 (sdsc_main.c)

完成GATT服务和特征值发现：

void SecDatSvcDiscover(dmConnId_t connId, uint16_t *pHdlList)
{
    AppDiscFindService(connId, ATT_128_UUID_LEN, (uint8_t *)SecDatSvcUuid, SEC_HDL_LIST_LEN,
                       (attcDiscChar_t **)secDatDiscCharList, pHdlList);
}

3. 设备驱动适配

a. SPI驱动 (main.c)

• 使用SPI接口实现显示屏通信
• 配置SPI时序参数以匹配ST7735S要求

static int spi_tx(uint8_t *data, unsigned int len)
{
    mxc_spi_req_t req;

    req.spi = MXC_SPI1;
    req.txData = data;
    req.rxData = NULL;
    req.txLen = len;
    req.rxLen = 0;
    req.ssIdx = 0;
    req.ssDeassert = 1;
    req.txCnt = 0;
    req.rxCnt = 0;
    req.completeCB = NULL;

    return MXC_SPI_MasterTransaction(&req);
}

b. 显示驱动 (st7735s.c)

• 封装显示控制器初始化序列
• 实现像素绘制和区域刷新功能
• 集成LVGL图形库支持

4. 图形界面集成

使用LVGL图形库提供用户界面：

static void disp_flush(lv_disp_drv_t *disp_drv, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{
    int32_t x, x1, x2;
    int32_t y, y1, y2;
    uint8_t *lineptr;
    unsigned int len;

    x1 = area->x1;
    x2 = area->x2;
    y1 = area->y1;
    y2 = area->y2;

    for (y = y1; y <= y2; y++) {
        st7735s_xyloc(y, x1);
        len = 0;
        lineptr = linebuf;
        for (x = x1; x <= x2; x++) {
            *lineptr++ = color_p->ch.blue << 3;
            *lineptr++ = color_p->ch.green << 2;
            *lineptr++ = color_p->ch.red << 3;
            len += 3;
            color_p++;
        }
        st7735s_write_pixels(linebuf, len);
    }

    lv_disp_flush_ready(disp_drv);
}

代码详解

整体软件流程图：

一、硬件初始化与传感器配置

系统启动后首先完成外设初始化序列，关键流程如下：

• 配置GPIO引脚为输入/输出模式，确保按键与LED正常工作
• 初始化SPI接口，设置合适速率，用于驱动ST7735S显示屏
• 启动蓝牙协议栈并开始扫描周边设备

int main(void)
{
    // 初始化LVGL和显示
    MX_DISPLAY_Init();
    
    // 创建简单UI界面
    lv_obj_t *screen = lv_scr_act();
    lv_obj_set_style_bg_color(screen, lv_color_black(), 0);

    // 温湿度标签（四行显示）
    temp_hum_label = lv_label_create(screen);
    lv_obj_set_style_text_font(temp_hum_label, &lv_font_unscii_8, 0);
    lv_obj_set_style_text_color(temp_hum_label, lv_color_white(), 0);
    lv_label_set_text(temp_hum_label, "Temp:\n--\n\nHumi:\n--");
    lv_obj_align(temp_hum_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0);

    // 其他初始化...
    mainWsfInit();
    StackInitDatc();
    DatcStart();

    WsfOsEnterMainLoop();
}

二、蓝牙数据处理任务

static void datcValueNtf(attEvt_t *pMsg)
{
    if (pMsg->handle == pSecDatHdlList[pMsg->hdr.param - 1][SEC_DAT_HDL_IDX]) {
        APP_TRACE_INFO0(">> 来自小米温湿度传感器的通知 <<<");
        
        /* 解析小米温湿度传感器数据 */
        if (pMsg->valueLen >= 5) {
            int16_t temp = (int16_t)(pMsg->pValue[0] | (pMsg->pValue[1] << 8));
            uint16_t humidity = pMsg->pValue[2];
            uint16_t voltage = (pMsg->pValue[3] | (pMsg->pValue[4] << 8));
            float battery = ((float)(voltage - 2000) / (float)(3261 - 2000)) * 100.0f;
            
            if (battery > 100.0f) battery = 100.0f;
            if (battery < 0.0f) battery = 0.0f;
            
            APP_TRACE_INFO3("温度: %d.%02d'C, 湿度: %d%%",
                           temp/100, abs(temp%100), humidity);
            APP_TRACE_INFO2("电压: %d mV, 电量: %.2f%%", voltage, (double)battery);
            
            // 更新显示屏标签内容
            extern void update_display_values(int16_t temp, uint16_t humidity, uint16_t voltage, float battery);
            update_display_values(temp, humidity, voltage, battery);
        }
    }
}

效果展示

遇到的问题与解决办法

问题：小米温湿度计2的蓝牙连接不稳定，时常断开。

解法：原因是电量不足，更换新电池后问题消失。

活动感想

通过本项目实践，我第一次接触WSF框架，经过学习最终掌握了WSF蓝牙协议栈在嵌入式平台上的应用方法，学习到了蓝牙低功耗在Cortex-M4架构上的连接管理、服务发现机制及数据传输规范。在这一过程中，MAX32655开发板完善的文档支持极大提升了开发效率。活动中还发现本板卡还支持Zephyr系统，接下来准备用它来进一步学习Zephyr，更加丰富我的技能树。

感谢硬禾科技和得捷电子联合举办的Funpack活动，祝硬禾的活动越办越好！