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lamp-stm32-rtos-onenet

(★ 20)

STM32F103 smart lamp with FreeRTOS, ESP8266, OneNET, voice control, and a WeChat Mini Program.

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# Lamp STM32

[English](README.en.md) | **中文**

STM32F103C8T6 + FreeRTOS + ESP8266 + OneNET + 天问语音模块实现的智能台灯。

## 项目概述

**Lamp STM32** 是一款基于 **STM32 微控制器** 的智能台灯，具备自动光照调节、语音控制、人体检测等功能。  
该项目集成了 **FreeRTOS**、**语音模块（天问 block）** 以及 **OneNET 云平台**，实现了多任务实时控制与远程联网。  
适用于家庭照明自动化与智能物联网教学项目。

通过 **微信小程序 + OneNET 云端**，台灯可实现远程控制、数据上传与实时监测。

---

## 功能特点

- **自动模式**：根据环境光强自动调节灯光亮度。  
- **手动模式**：通过按键或语音命令手动调节灯光亮度。  
- **人体检测**：检测有人靠近时自动开灯，无人自动关闭。  
- **语音控制**：支持语音命令（如“开灯”、“关灯”、“自动模式”）。  
- **Wi-Fi 通信**：通过 MQTT 协议连接 OneNET，实现数据上报与远程控制。  
- **小程序控制界面**：可在手机端实时查看状态并调节台灯。

---

## 小程序界面示例

下图展示了微信小程序端的控制界面：

**界面说明：**
- 显示设备状态（在线 / 离线）  
- 调节光照阈值  
- 查看光照强度百分比  
- 切换手动 / 自动模式  
- 开启或关闭人体检测与感应模式  
- 实时同步 OneNET 数据状态

---

## 硬件设计

### 主要硬件组件

| 模块 | 说明 |
|------|------|
| **MCU** | STM32F103C8T6 |
| **显示模块** | OLED I2C 接口 |
| **光照传感器** | 光敏电阻 |
| **人体感应传感器** | SR602 红外热释电传感器 |
| **语音模块** | 天问 block（UART） |
| **Wi-Fi 模块** | ESP8266（UART） |
| **电源** | 锂电池 （5V -16V）供电 |

### 通信与控制引脚

| 模块 | 引脚 | 说明 |
|------|------|------|
| OLED | PB6, PB7 | I2C  |
| 按键 | PB8, PB9 | KEY1, KEY2 , KEY3|
| 人体检测 | PB15 | SR602  |
| 灯光输出 | PC13 | MOSFET |
| Wi-Fi 模块 | PA9, PA10 | USART1 TX/RX |
| 调试串口 | PA2, PA3 | USART2 TX/RX |
| 语音串口 | PB10, PB11 | USART3 TX/RX |
---

## 硬件原理图

[点击查看完整 PDF 原理图](Docs/schematics/Lamp_SCH_v1.0.pdf)

---

## PCB 设计

[点击查看完整 PDF 版本](Docs/pcb/Lamp_PCB_v1.0.pdf)

## 软件架构

项目基于 **FreeRTOS** 多任务调度框架设计，采用模块化架构。

### RTOS 任务分配

| 任务名 | 优先级 | 栈大小 | 功能说明 |
|--------|--------|--------|----------|
| Task_Key | 高 | 256 | 扫描按键事件 |
| Task_Sensor | 高 | 256 | 采集光照 / 人体检测数据 |
| Task_WiFi | 普通 | 512 | OneNET 通信与 MQTT 数据上传 |
| Task_Display | 普通 | 512 | OLED 数据显示更新 |
| Task_Ctrl | 普通 | 256 | 灯光状态与模式逻辑控制 |

### 队列与信号量

| 名称 | 类型 | 说明 |
|------|------|------|
| xKeyQueue | 队列 | 按键消息传递 |
| xSystemQueue | 队列 | 传感器状态共享 |
| WiFi_txSemaphore | 二值信号量 | Wi-Fi 发送同步 |
| WiFi_rxSemaphore | 二值信号量 | Wi-Fi 接收同步 |

---

## 串口通信机制（DMA + 空闲中断 + 环形缓冲区）

本系统的串口通信（主要用于 Wi-Fi 模块、调试端口和语音模块）采用 **DMA + 空闲中断 + 信号量同步机制**，显著提高了数据传输效率与系统实时性。

### 实现结构

| 模块 | 接口 | 功能说明 |
|------|------|----------|
| **Wi-Fi 模块（USART1）** | DMA + 空闲中断 | 负责与 ESP8266 进行 MQTT 数据交互 |
| **调试串口（USART2）** | DMA + 信号量同步 | 实现 printf 输出与调试通信 |
| **语音模块（USART3）** | DMA + 回调事件 | 接收天问 block 模块识别指令 |

### 工作机制说明

1. **DMA 自动搬运数据**  
   数据接收通过 DMA 自动写入环形缓冲区，CPU 无需干预。

2. **空闲中断检测帧结束**  
   当 UART 检测到“总线空闲”事件（即数据帧接收完毕）后，触发中断回调：  
   ```c
   HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);
   ```
   在回调中记录接收长度并释放信号量给上层任务。

3. **信号量同步机制（FreeRTOS）**

WiFi_txSemaphore、WiFi_rxSemaphore 控制 Wi-Fi 数据的收发互斥。

Debug_txSemaphore 控制 printf 输出的 DMA 发送同步。
任务只有在信号量释放后才能继续发送或处理新数据。

3. **环形缓冲区管理**

使用固定大小的缓冲数组存储数据，并在回调中重启 DMA 接收：
    ```c
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(wifi_huart, u1_rxBuf, WIFI_RX_BUFFER_SIZE);
    ```
## 调试与日志输出机制

- 为方便调试与系统诊断，本项目引入了可开关式的 printf 调试输出宏。
- 通过定义 ENABLE_PRINTF 控制是否启用日志输出，以减少生产模式下的系统负载。
```c
/**
  * @brief  启用调试输出宏
  * @note   在开发调试阶段启用调试输出，在生产模式下关闭调试输出以减少负载
  */
#define ENABLE_PRINTF 1  // 1表示启用调试输出，0表示禁用
#if ENABLE_PRINTF
    #define log_printf printf  // 启用 printf 调试输出
#else
    #define log_printf(...)    // 禁用调试输出
#endif
 ```

- **建议**：

- 在调试阶段设置 ENABLE_PRINTF = 1 以便查看调试信息。
    - 在正式部署或量产时关闭该宏，提升系统性能与实时性。

## Wi-Fi 上传至 OneNET

Lamp 支持通过 Wi-Fi 将设备的状态数据上传到 **OneNET** 云平台。通过该平台，你可以实现远程监控、调节灯光亮度和控制台灯开关。

### 连接 OneNET
1. 在 **Task_WiFi** 中，通过 MQTT 协议连接 **OneNET** 平台。
2. 设备上传的数据包括：**灯光状态**、**光照强度** 和 **人体检测状态**。
3. 设备定期发送数据到 OneNET，确保数据同步更新。

### OneNET 数据格式
- **光照强度** (`light_percent`): 设备当前光照的百分比。
- **光照阈值** (`light_threshold`): 自动模式下的光照阈值，用于调节亮度。
- **灯光等级** (`lamp_level`): 当前灯光等级（如 `LIGHT_MAX`、`LIGHT_HIGH` 等）。
- **人体检测状态** (`person_detected`): 是否检测到人。

### 上传数据
在 **Task_WiFi** 中，设备会定期上传这些数据到 OneNET，上传代码如下：
```c
// OneNET 数据发布
const char *boolIdf[3] = {"Se", "PE", "Md"};
const char *intIdf[3]  = {"il", "val", "LM"};

intValue[0] = g_MenuState.light_percent;   // il: 光照百分比
intValue[1] = g_MenuState.light_threshold; // val: 光照阈值
intValue[2] = g_MenuState.lamp_level;     // LM: 灯光等级

boolValue[0] = (g_MenuState.person_enable) ? W_true : W_false;   // Se: 人体检测使能
boolValue[1] = (g_MenuState.person_detected) ? W_true : W_false; // PE: 人体检测状态
boolValue[2] = (g_MenuState.mode == MODE_AUTO) ? W_true : W_false; // Md: 自动模式

// 发布数据到 OneNET
wireless_publish_data(3, intIdf, intValue,
                      0, NULL, NULL,
                      3, boolIdf, boolValue,
                      0, NULL, NULL);
```

## 配置与安全

公开仓库中的联网参数均为占位符。首次使用前，请仅在本地填写自己的配置：

| 文件 | 需要配置的内容 |
|------|----------------|
| `STM32_Light/User/HardWare/driver_esp8266.c` | Wi-Fi SSID、Wi-Fi 密码、OneNET 产品 ID、设备名称和 Token |
| `OneNet_Lamp/pages/index/index.js` | OneNET 授权信息、产品 ID 和设备名称 |
| `OneNet_Lamp/project.config.json` | 微信小程序 AppID |

不要把真实密码、Token、授权字符串或 AppID 提交到 Git。微信开发者工具的个人配置
`project.private.config.json` 已被忽略，可参考
`OneNet_Lamp/project.private.config.example.json`。更多说明见 [SECURITY.md](SECURITY.md)。

## 安装与使用

### 硬件要求

- **STM32F103C8T6** 开发板
- **OLED 显示模块**
- **光照传感器**
- **人体感应传感器**（如 SR602）
- **语音模块**（如天问 block）

### 软件要求

- **STM32CubeMX**（用于配置 MCU 和外设）
- **Keil MDK**（用于开发和编译）

### 使用步骤

#### 1. 硬件连接

- 根据硬件原理图连接各个外设。
- 将 STM32F103C8T6 开发板通过 ST-LINK 调试器与电脑连接。

#### 2. 配置 STM32CubeMX

- 配置时钟、外设（USART、GPIO）和 FreeRTOS。
- 生成代码并导入 Keil MDK。

#### 3. 编译与烧录

- 在 Keil 中编译代码。
- 使用 ST-LINK 烧录程序到开发板。

#### 4. 使用台灯

- 上电后，智能台灯自动进入工作模式。
- 可以通过按键或语音控制开关和亮度。

### 语音命令
**发送十六进制**
- **开灯**：A2
- **关灯**：A3
- **增加亮度**：A4
- **降低亮度**：A5
- **切换自动模式**：A6
- **切换手动模式**：A7
- **开启人体检测**：A8
- **关闭人体检测**：A9

## 项目文件结构

```plaintext
Lamp_STM32/
├── Block_Tianwen/                  # 天问语音模块（语音识别逻辑文件）
│   └── 智能台灯XJ.hd               # 天问 Block 语音配置文件
│
├── Docs/                           # 项目文档与设计资料
│   ├── images/                     # 系统结构图与任务说明图
│   │   ├── 串口.png
│   │   ├── 队列.png
│   │   ├── 内存.png
│   │   ├── 任务.png
│   │   ├── 信号量.png
│   │   ├── 引脚.png
│   │   └── Lamp_UI.png             # 小程序界面示例图
│   │
│   ├── pcb/                        # PCB 设计文件
│   │   ├── Lamp_PCB_v1.0.png
│   │   ├── PCB_PCB1_1_2025-10-31.pdf
│   │
│   ├── schematics/                 # 电路原理图文件
│   │   ├── Lamp_SCH_v1.0.pdf
│   │   └── Lamp_SCH_v1.0.png
│   │
│   └── xlsx/                       # 系统配置表
│       └── 系统分配.xlsx
│
├── OneNet_Lamp/                    # 微信小程序端代码
│   ├── 图片/                       # 小程序用图片资源
│   ├── pages/                      # 小程序页面逻辑
│   │   ├── index/                  # 主界面页面（灯控界面）
│   │   │   ├── index.js
│   │   │   ├── index.json
│   │   │   ├── index.wxml
│   │   │   └── index.wxss
│   │   └── logs/                   # 日志页面
│   │       ├── logs.js
│   │       ├── logs.json
│   │       ├── logs.wxml
│   │       └── logs.wxss
│   │
│   ├── utils/                      # 工具与 MQTT 通信模块
│   │   ├── mqtt.js
│   │   ├── mqtt.js.wxml
│   │   └── util.js
│   │
│   ├── app.js                      # 小程序入口逻辑
│   ├── app.json                    # 小程序全局配置
│   ├── app.wxss                    # 小程序全局样式
│   ├── project.config.json         # 项目配置文件
│   ├── project.private.config.example.json # 私有配置示例（真实文件不提交）
│   ├── sitemap.json                # 页面地图
│   ├── .eslintrc.js                # ESLint 配置
│   ├── .gitignore
│   └── README.md                   # 小程序独立说明文件（可选）
│
├── STM32_Light/                    # STM32 主控端固件工程
│   ├── Core/                       # 核心代码（main.c、stm32f1xx_it.c等）
│   ├── Drivers/                    # HAL 外设驱动
│   ├── MDK-ARM/                    # Keil 工程文件
│   ├── Middlewares/                # 第三方中间件（如FreeRTOS）
│   ├── User/                       # 用户自定义代码
│   ├── .mxproject                  # CubeMX 配置工程文件
│   ├── keilkill.bat                # Keil 缓存清理脚本
│   └── Light.ioc                   # STM32CubeMX 工程配置文件
│
├── .gitignore                      # Git 忽略规则
├── LICENSE                         # GNU GPL-3.0 开源许可协议
├── SECURITY.md                     # 凭据配置与漏洞报告说明
├── README.en.md                    # 英文版项目说明
└── README.md                       # 中文项目说明文档
```
### 目录说明

| 目录名 | 说明 |
|--------|------|
| `Block_Tianwen` | 天问语音模块配置文件，定义语音命令与控制逻辑。 |
| `Docs` | 硬件原理图、PCB、系统说明、任务图示文档。 |
| `OneNet_Lamp` | 微信小程序前端，MQTT 连接 OneNET 云平台 |
| `STM32_Light` | STM32 工程，包含Keil-MDK 和 CubeMX 配置 |

## 贡献

欢迎提交 issue 或 pull request，贡献代码或提出改进意见。

## 开源来源

本仓库是适合 GitHub 公开发布的安全快照，不包含本地凭据和旧提交历史。原始开发记录保留在
[Gitee 仓库](https://gitee.com/bao-xi/lamp_-stm32-rtos-one-net)。

### 许可证

本项目采用 [GNU General Public License v3.0](LICENSE)。STM32 HAL、CMSIS 和 FreeRTOS
等第三方组件仍适用其各自目录中声明的许可证条款。

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