STM32高级例程

示例简介

这个例程展示了如何在STM32上实现一个高级的多任务系统，包含传感器数据采集、实时显示、数据存储和远程通信等功能。使用STM32CubeMX和HAL库开发，基于FreeRTOS实时操作系统。

硬件组件

STM32F407VGT6开发板
DHT11温湿度传感器
MPU6050加速度计/陀螺仪
0.96英寸OLED显示屏(SSD1306)
ESP8266 WiFi模块
MicroSD卡模块

功能实现

多任务调度：使用FreeRTOS管理7个并行任务
环境数据采集：温度/湿度/加速度/角速度
数据显示：OLED实时显示传感器数据
数据存储：将数据保存到MicroSD卡
无线通信：通过WiFi将数据发送到远程服务器

软件架构

graph TD
    A[主任务] --> B[传感器采集任务]
    A --> C[数据显示任务]
    A --> D[数据存储任务]
    A --> E[通信任务]
    A --> F[系统监控任务]
    A --> G[用户输入任务]

关键代码实现

/* FreeRTOS任务定义 */
osThreadId_t defaultTaskHandle;
const osThreadAttr_t defaultTask_attributes = {
  .name = "defaultTask",
  .stack_size = 256 * 4,
  .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,
};

/* 传感器数据结构 */
typedef struct {
  float temperature;
  float humidity;
  float accel_x;
  float accel_y;
  float accel_z;
  float gyro_x;
  float gyro_y;
  float gyro_z;
} SensorData_t;

/* 全局数据队列 */
QueueHandle_t xSensorQueue;

/* 主任务 */
void StartDefaultTask(void *argument) {
  // 初始化硬件和外设
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_SPI2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_SDIO_SD_Init();

  // 创建传感器队列
  xSensorQueue = xQueueCreate(5, sizeof(SensorData_t));

  // 创建其他任务
  xTaskCreate(sensorTask, "SensorTask", 256, NULL, 3, NULL);
  xTaskCreate(displayTask, "DisplayTask", 256, NULL, 2, NULL);
  xTaskCreate(storageTask, "StorageTask", 512, NULL, 1, NULL);
  xTaskCreate(commsTask, "CommsTask", 512, NULL, 1, NULL);

  for(;;) {
    // 主循环处理系统监控
    vTaskDelay(1000);
  }
}

/* 传感器采集任务 */
void sensorTask(void *argument) {
  SensorData_t data;

  for(;;) {
    // 读取DHT11温湿度
    if(DHT11_Read(&data.temperature, &data.humidity) == HAL_OK) {
      // 读取MPU6050数据
      MPU6050_ReadAccel(&data.accel_x, &data.accel_y, &data.accel_z);
      MPU6050_ReadGyro(&data.gyro_x, &data.gyro_y, &data.gyro_z);

      // 将数据发送到队列
      xQueueSend(xSensorQueue, &data, portMAX_DELAY);
    }
    vTaskDelay(500); // 每500ms采集一次
  }
}

/* 显示任务 */
void displayTask(void *argument) {
  SensorData_t data;
  char displayBuffer[32];

  // 初始化OLED
  SSD1306_Init();
  SSD1306_Clear();

  for(;;) {
    // 从队列获取最新数据
    if(xQueueReceive(xSensorQueue, &data, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
      // 显示温湿度
      SSD1306_GotoXY(0, 0);
      snprintf(displayBuffer, sizeof(displayBuffer), "T:%.1fC H:%.1f%%", 
               data.temperature, data.humidity);
      SSD1306_Puts(displayBuffer, &Font_7x10, 1);

      // 显示加速度数据
      SSD1306_GotoXY(0, 2);
      snprintf(displayBuffer, sizeof(displayBuffer), "X:%.2f Y:%.2f Z:%.2f", 
               data.accel_x, data.accel_y, data.accel_z);
      SSD1306_Puts(displayBuffer, &Font_7x10, 1);

      // 更新显示
      SSD1306_UpdateScreen();
    }
  }
}

/* 数据存储任务 */
void storageTask(void *argument) {
  SensorData_t data;
  FIL file;
  FRESULT res;
  UINT bytesWritten;
  char logEntry[128];

  // 挂载文件系统
  if(f_mount(&SDFatFS, SDPath, 1) != FR_OK) {
    // 错误处理
    for(;;) vTaskDelay(1000);
  }

  for(;;) {
    // 从队列获取数据
    if(xQueueReceive(xSensorQueue, &data, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
      // 打开日志文件(追加模式)
      f_open(&file, "datalog.txt", FA_WRITE | FA_OPEN_APPEND);

      // 创建日志条目
      snprintf(logEntry, sizeof(logEntry), 
              "%lu,%.1f,%.1f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f,%.2f\n",
              HAL_GetTick(), data.temperature, data.humidity,
              data.accel_x, data.accel_y, data.accel_z,
              data.gyro_x, data.gyro_y, data.gyro_z);

      // 写入文件
      f_write(&file, logEntry, strlen(logEntry), &bytesWritten);

      // 关闭文件
      f_close(&file);
    }
  }
}

/* 通信任务 */
void commsTask(void *argument) {
  ESP8266_Init();
  SensorData_t data;

  // 连接到WiFi
  ESP8266_ConnectToAP("MyWiFi", "password");

  // 连接到TCP服务器
  ESP8266_ConnectToServer("192.168.1.100", 8080);

  for(;;) {
    // 每3秒发送一次数据
    vTaskDelay(3000);

    // 从队列获取最新数据
    if(xQueueReceive(xSensorQueue, &data, 0) == pdPASS) {
      char httpRequest[256];
      // 创建HTTP POST请求
      snprintf(httpRequest, sizeof(httpRequest),
              "POST /data HTTP/1.1\r\n"
              "Host: sensor-server.com\r\n"
              "Content-Type: application/json\r\n"
              "Content-Length: %d\r\n\r\n"
              "{\"temp\":%.1f,\"hum\":%.1f,\"accel\":[%.2f,%.2f,%.2f]}",
              64, data.temperature, data.humidity,
              data.accel_x, data.accel_y, data.accel_z);

      // 通过WiFi发送数据
      ESP8266_SendData((uint8_t*)httpRequest, strlen(httpRequest));
    }
  }
}