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哈尔滨工程大学计算机系嵌入式课程设计

HEU 6系 嵌入式课设（ Arduino 程序及仿真部分）

2023年12月6日22:23:39

哈尔滨工程大学（哈工程）计算机科学与技术学院大四嵌入式作业。使用 FreeRTOS 作为 Arduino UNO 开发版的操作系统，修改了 FreeRTOS 内核设置。 使用了协作式CPU调度方案，实现三线程协作式调度，可用 vTaskDelay （或 delay ） 函数。

Release 版本经过测试，可正常运行，测试环境见后。

点击此处查看最新 Release 版本

上位机使用 Flask 框架实现，详情可在 MichistaLin 的项目 IntelligentClassRoomProject 中找到。

项目简述

基于 Arduino 的教室智能照明系统，能够实时读取室内环境信息，并实现按照人员分布开关灯。下位机可实现的功能：

1. 读取环境信息
2. 调整灯光设置 on、off、track、alone
   • 灯光全开 on
   • 灯光全关 off
   • 按照红外传感器的距离信息调整点亮的 LED 灯 track
   • 独立控制各个 LED 灯的开关 alone

项目结构

│ .gitignore
│ platformio.ini    --> platformio 配置文件，
│                       当安装 PlatformIO 插件后，可自动按照此文件
│                       安装依赖
│
├─.vscode           --> 存放vscode的插件信息，由 PlatformIO 和 
│   extensions.json     VS Code 自动生成;
│   settings.json
│
├─include           --> PlatformIO 自动生成，用于存放头文件
│   README
│
├─lib               --> 存放本项目使用的、且未能自动下载的依赖库，
│   README              内有笔者自己找的 DHT11 依赖库，
│                       请在 FreeRTOS 使用此库控制DHT;
│
│
├─proteus           --> 存放 Proteus 仿真文件，使用 Proteus 8
│   FinalWork.pdsprj    打开，请注意在仿真之前载入本项目生成的
│                       elf 文件;
│
├─src               --> Arduino 程序源码所在文件夹
│   main.cpp        --> Arduino 程序源码
│
└─test              --> PlatformIO 项目测试文件夹
    main.cpp.backup     笔者用来存放代码副本了
    main.cpp.backup2
    README

使用方法

本嵌入式下位机采用 PlatformIO 开发，请按照任课教师发的 嵌入式技术课程设计Proteus实验指导书（带书签）.pdf 中的 3.3 使用 PlatformIO IDE 生成程序代码 配置环境，或自行在网络上查找如何使用 PlatformIO 开发 Arduino 程序。

1. 下载本项目，并解压;
2. 在按照实验指导手册完成环境配置后，在 VS Code 的 PlatformIO 中打开本项目根目录（即存放有 README.md 文件的那一级目录;
3. 若请等待 PlatformIO 加载，若网络环境良好，PlatformIO 会自动在 5min 内完成加载与依赖库的安装;
4. 按照main.cpp中的说明修改内核配置后，编译本项目（左下角或右上角的 √ Build 符号）;
5. 使用 Proteus 8 打开 位于 proteus 文件夹中的 Proteus 工程文件，文件名为 FinalWork.pdsprj;
6. 将 PlatformIO 生成的 ELF 或 HEX 文件载入控制器中（双击仿真文件中的最大的那个方形元件，在 Program Flie 中填入 ..\.pio\build\uno\firmware.elf;
7. 运行仿真即可，仿真运行成功后，可使用 XCOM 等串口调试工具进行测试，通讯格式见下。

main.cpp 中的重要提示信息：

/*
 ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!!! Attention !!!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 !
 ! 请在编译此项目前，将 FreeRTOS 配置文件中的 configUSE_PREEMPTION 定义为 0 ，以便开启协同式调度
 !      关于此调度方式的详情可在 https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/a00110.html 中找到。
 ! FreeRTOS的配置文件是 .pio\libdeps\uno\FreeRTOS\src\FreeRTOSConfig.h （需要完成依赖安装） 
 !
 ! Proteus 中，单片机的ELF文件路径为 ..\.pio\build\uno\firmware.elf
 !
 ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~!!! Attention !!!~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
*/

测试环境

Release 版本已经过测试，测试环境如下：

• Proteus 8.10 SP3
• PlatformIO IDE v3.3.1
• VS Code v1.84.2 (user setup)
• Windows 10 19045.3693

已知 bug 信息

1. 在项目代码基础上增添功能时，有概率遇到无法仿真问题，包括但不限无法分配内存，内存溢出，请各位使用者自行解决。
2. 在本项目基础上增添信号量或消息队列功能，有概率导致无法仿真，请自行解决

串口通讯格式

/*
 * 串口通讯格式：
 *      上位机查询温度、湿度、气压、光照强度：
 *      上位机向下位机发送字符串： "query env"
 *      上位机向下位机返回字符串： "env,温度,湿度,气压,光照强度,距离" 均为浮点数
 * 
 *      上位机查询LED状态：
 *      上位机向下位机发送字符串： "query led"
 *      上位机向下位机返回字符串： "led,1,0,1,0,STATE" 1 代表开，0代表关，STATE 有四种：on、off、track、alone
 * 
 *      上位机控制灯亮灭： 灯的序号从 0 开始，总共 4 盏灯
 *      上位机："control led on" "control led off" "control led track" "control led alone 灯的序号,0/1" 
 *      返回："ok" "fail"
*/

可用于 Arduino 的 FreeRTOS 移植版提示信息

Errors

• Stack Overflow: If any stack (for the loop() or) for any Task overflows, there will be a slow LED blink, with 4 second cycle.
• Heap Overflow: If any Task tries to allocate memory and that allocation fails, there will be a fast LED blink, with 100 millisecond cycle.

可用于 Arduino 的 FreeRTOS 移植版仓库地址：https://github.com/feilipu/Arduino_FreeRTOS_Library/ 你可在其中找到更多关于 FreeRTOS 的信息。

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