【RT-Thread作品秀】运动手表

作者：何雄

概述

该作品是基于ART-PI硬件平台，外接OLED，蜂鸣器，按键，X-NUCLEO-IKS01A3传感器套件完成实现的运动手表。

运动手表应该能够兼顾温湿度，气压信息，指南针以及步数等，能够实时监控环境的状态。

该运动手表实现功能如下：

1. 时间日期星期显示；
2. 网络时间获取；
3. 天气获取并显示；
4. 温度(HTS221)，湿度(HTS221)，气压(LPS2HH)信息的获取并显示；
5. 指南针功能(LIS2MDL)；
6. 步数(LSM6DSO)监控；
7. 闹钟功能，蜂鸣器闹钟；
8. 设置功能，开启网络时间以及设置闹钟；
9. OLED显示功能
10. 板载按键
11. 秒表

开发环境

硬件：STM32H750-RT-ART-PI, X-NUCLEO-IKS01A3传感器,OLED，蜂鸣器，板载按键

RT-Thread版本：4.0.3

开发工具及版本：RT-thread studio 2.0.0

RT-Thread使用情况概述

内核部分：线程管理(静态线程创建/删除)，临界操作，时钟管理。

组件部分：FinSH控制台，虚拟文件系统，LwIP，SAL

软件包部分：cjson，netutils，easyflash，u8g2

其他：串口，pin，RTC，IIC

硬件框架

项目中使用到了STM32H750中的RTC实时时钟不在原理图中。

同时用到了ART-PI板载的wifi模块对天气获取以及网络时间的获取。

硬件部分比较简单主要是通过IIC控制OLED以及传感器数据的读取（读取4个传感器数据分别用作温湿度，气压以及磁场和运动检测），通过GPIO控制蜂鸣器。

按键用来切换查看界面以及设置信息，本项目只采用了一个按键，通过软件逻辑实现对4中按下状态的识别。

硬件线路连接：

蜂鸣器 - PA9

OLED SCL - PH13

OLED SDA - PH15

X-NUCLEO-IKS01A3传感器 SCL - PB0

X-NUCLEO-IKS01A3传感器 SDA - PB2

软件框架说明

整体软件实现了功能框架如下：

软件中主要包括了下面的功能：

1. 按键状态的信号采集以及滤波功能，由于只有一个按键，所以将这一个，按键的按下状态做了不同的识别，分为了4种按下的状态可以用来处理所有的任务。
2. OLED的显示功能

1. 启动界面，会显示RT-Thread的logo以及项目logo。
2. 时间显示界面：会显示时间，日期，星期，wifi连接状态，天气信息，在wifi没有连接的状态下，wifi图标会闪烁。
3. 菜单列表：用来切换显示的界面，包含设置，秒表、步数、温度、湿度、气压、方位。通过短按按钮切换。
4. 设置界面。可以设置是否开启网络时间更新以及设置闹钟。闹钟设置界面中可以设置闹钟是否启用以及设置闹钟时间。
5. 秒表功能，在该界面下，秒表线程被创建，按下按钮切换到开启按钮下按下按钮可以开启计时，再次按下暂停计时，退出该界面自动删除线程。
6. 步数查看。步数线程会一直运行，用于记录运动状态，使用LSM6DSO获取加速度数，由此进行步数算法检测步数。
7. 温度、湿度、气压查看。获取传感器的数据进行处理之后显示在界面上。
8. 指南针（方位）界面，可以查看当前面向的方向，使用了LIS2MDL磁力传感器以及LSM6DSO加速度传感器通过算法结合计算出指向方位，并通过图形显示以及问题提示的方式指向当前的方位（东、南、西、北、东南、东北、西南、西北）。
9. 返回。返回时间显示界面。

3. 闹钟功能

RTC获取的时间到了闹钟设置中设置的指定的时间之后将触发闹钟功能。在主界面下通过短按按钮关闭。

软件模块说明

一、按键功能介绍：

因为板载只有一个按键，我也没有外接按键资源，所以将这一个按键通过按键时间的长短分为了4种按下状态，通过松手判断按钮按下的时间长短。

按键线程中使用了软件按键滤波功能，滤波时间是50ms。

四种按键状态分别如下：

1 【短按】：按下时间小于等于500ms

2 【中长按】：按下时间大于500ms小于等于1.5s

3 【偏长按】：按下时间大于1.5s小于等于2.5s

4 【长按】：按下时间大于2.5s

按键线程在初始化的时候创建。

• OLED显示功能

OLED的显示功能是主要的功能，这里对OLED的功能做详述说明。

1. 开机动画。上电的时候会显示开机界面，首先显示RT-Thread的图标，之后显示运动手表的logo，显示完成之后自动进入主界面。
2. 主界面就是时间显示界面，如下图：

1. 最上边显示【星期 - 月份 日期】；
2. 中间部分显示时间，如果网络连接之后会自动更新时间，可以在设置界面关闭自动更新，网络时间会更新到RTC中，时间直接读取自RTC。；
3. 最下面一列显示wifi连接状态以及天气信息，在wifi没有连接的状况下会500ms闪烁一次，wifi连接之后，wifi图标不再闪烁，天气图标会自动循环显示。
4. 天气包括晴天，雨天，多云，夜晚，晴转阴。
5. 天气信息通过网络获取，获取网络天气的json信息，处理出信息，所以需要线连接网络才可以使用。
6. 如果按下开关，最下一列中间会显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右图，没有开关按下的时候不显示。
7. 长按按钮进入菜单选择界面
8. 中长按按钮进入设置界面

3. 菜单界面

1. 菜单界面显示【返回】【设置】【秒表】【步数】【温度】【湿度】【气压】【方位】，如下左图。
2. 最上边显示左边菜单图标，右边显示退出图标。
3. 短按按钮切换菜单在上述1)中的菜单列表中循环切换
4. 中长按按钮进入选中的菜单功能中。
5. 长按按钮退回主界面
6. 按下按钮的时候屏幕最上面中间会显示按钮按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右图           

• 设置

设置界面显示【是否启动网络时间】以及【闹钟设置】

1. 网络时间后面的方框表示是否启用，实心方框表示启用，默认是启用的
2. 短按按钮切换菜单
3. 中长按按钮设置

选中【闹钟设置】，短按进入闹钟设置界面。

1. 中长按切换选中菜单，分别有【启用闹钟】【小时设置】【分钟设置】
2. 选中启用菜单，短按启用或者禁止，启用了闹钟之后会创建闹钟线程，运行闹钟功能，禁止闹钟之后会删除闹钟线程。
3. 选中小时设置或者分钟该设置，短按时间会增加。
4. 闹钟设置好了之后，到达指定时间会启动蜂鸣器报警，在主界面下短按按钮会关闭闹钟，到下一次到指定时间会重新报警。

四、秒表

当切换到秒表界面的时候会自动创新秒表线程，在退出秒表显示界面时会自动删除秒表任务，秒表任务100ms运行一次。

1、秒表显示界面，最上边左边显示秒表图标，右边显示退出图标

2、中间显示记录秒表时间

3、下面显示操作菜单

1) 第一个是开始按钮，短按启动计时，菜单编程停止，短按停止计时，如下左图。

2) 中间是清空按钮，短按按下清空计时数据

3) 右边是返回，短按返回菜单列表

4、中长按切换下列的菜单

5、长按退回主界面

6、按下按钮的时候屏幕最上面中间会显示按钮按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】，如下右图                                       

• 步数

1、在菜单栏中，选中【步数】，中长按进入界面，显示当前步数。

2、步数是通过LSM6DSO加速度计和角速度计获取的数据计算出来的。通过采样加速度值，连续多次采集数据，通过算法计算各个轴的加速度值是否满足步数运动的条件，以此计算是否运动，步数检测的灵敏度也可以在代码中进行调节。

3、该界面中间显示当前步数信息。

4、该界面下最下边显示【清空】和【返回】菜单，通过短按进行切换

5、选中【清空】，中长按之后清空步数，选中【返回】，中长按退回菜单列表。

6、步数线程在启动时创建，会一直监控步数。

7、长按按钮退出

8、按下按钮会在上方中间显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 温度

1、在菜单列表中，选中【温度】，中长按进入界面，显示当前温度。

2、温度是通过HST221传感器，采集的，该传感器中存在标定数据，通过获取标定数据，然后利用一次线性方程公式对读取出来的数据进行处理，最后会的温度。

3、该界面中间显示温度数据，每1s刷新一次。

4、该界面下显示有【刷新】和【返回】，短按进行菜单切换。

5、选中【刷新】，中长按刷新当前温度

6、选中【返回】，中长按会返回菜单列表界面

7、温度数据在该界面下才会从传感器中读取

8、长按按钮退出

9、按下按钮会在上方中间显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 湿度

1、在菜单列表中，选中【湿度】，中长按进入界面，显示当前湿度百分比。

2、湿度是通过HST221传感器，采集的，该传感器中存在标定数据，通过获取标定数据，然后利用一次线性方程公式对读取出来的数据进行处理，最后会的湿度。

3、该界面中间显示湿度数据，每1s刷新一次。

4、该界面下显示有【刷新】和【返回】，短按进行菜单切换。

5、选中【刷新】，中长按刷新当前湿度

6、选中【返回】，中长按会返回菜单列表界面

7、湿度数据在该界面下才会从传感器中读取

8、长按按钮退出

9、按下按钮会在上方中间显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 气压

1、在菜单列表中，选中【气压】，中长按进入界面，显示当前气压值。

2、气压是通过LPS2HH传感器获取，每1s刷新一次

3、该界面中间显示气压数据。

4、该界面下显示有【刷新】和【返回】，短按进行菜单切换。

5、选中【刷新】，中长按刷新当前气压值

6、选中【返回】，中长按会返回菜单列表界面

7、气压数据在该界面下才会从传感器中读取

8、长按按钮退出

9、按下按钮会在上方中间显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• 指南针

1、在菜单列表中，选中【方位】，中长按进入界面，指南针功能，创建指南针线程。

2、指南针数据是通过LIS2MDL传感器获取，LIS2MDL获取磁力数据，通过，用LSM6DSO的加速度数据进行补偿，通过公式计算出X轴与Y轴方向的磁力强度，进而计算当前传感器所指向的方向。

3、该界面通过图形显示指示的方向，中间的指针会指向当前的方位；

左下角的文字会显示指向的方位数据，分别有东、南、西、北、东南、东北、西南、西北。

4、长按按钮退出

5. 按下按钮会在上方中间显示开关按下的状态【KEY1】【KEY2】【KEY3】【KEY4】

• RTC功能

RTC线程会在初始化的时候创建，最开始会显示设定的时间，这个时候会等待网络连接，在设置了获取网络时间的状态下，网络连接之后会获取网络时间并更新到RTC，网咯时间每24小时更新一次，如果关闭网络时间功能则不会更新。

演示效果

演示效果图：

演示视频

比赛感悟

本次比赛是第一次接触rt-thread，之前也仅仅是听说过，没有上手实践。这次比赛收获还是挺多的，首先就是了解了RT-thread这个操作系统。给我的感觉就是操作方便，组件丰富，应用灵活，可以使用该系统直接实现很多功能而不需要过多的编程，可以让实现应用的工程师将更多的精力放在功能的实现上面，通过使用该系统，极大的提升里的开发效率。

本次比赛我学到了rt-thread的基本的使用方式，线程创建删除暂停以及恢复，信号量，临界操作等功能的使用，同时也学习了一些组件的使用，像是网络组件，OLED显示组件等。

在作品完成过程中也遇到了一些困难，比如IIC调试总是报错，OLED显示问题，传感器数据获取不出来获取获取出来的数据不对，堆栈溢出之类的问题，通过各种调试手段以及串口打印错误信息一一排除，完成作品。

本次比赛也只是对RT-Thread有了一些基本的了解，接下来会抽时间对该系统做深入的学习，今我在使用过程中感觉惟一的不足就是内存消耗比较大，但是在使用便捷性，功能等方便优于我使用过的其他操作系统，希望RT-Thread越做越好。