【实战】智慧农场项目

1┌─────────────────────────────────────────────────┐
2│           FreeRTOS 调度器                        │
3├─────────────────────────────────────────────────┤
4│                                                 │
5│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐            │
6│  │ SensorTask   │  │ InputTask    │            │
7│  │ 优先级:普通  │  │ 优先级:高    │            │
8│  │ 周期:1000ms  │  │ 周期:10ms    │            │
9│  └──────────────┘  └──────────────┘            │
10│                                                 │
11│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐            │
12│  │ ScreenTask   │  │ BLETask      │            │
13│  │ 优先级:低    │  │ 优先级:低    │            │
14│  │ 周期:10ms    │  │ 事件驱动     │            │
15│  └──────────────┘  └──────────────┘            │
16│                                                 │
17│  ┌──────────────────────────┐                  │
18│  │ BeepTimer (软件定时器)    │                  │
19│  │ 周期:500ms               │                  │
20│  └──────────────────────────┘                  │
21└─────────────────────────────────────────────────┘

1int main() {
2    // 初始化所有外设
3    AHT20_Init();
4    OLED_Init();
5    // ...
6
7    while(1) {
8        // 读取传感器
9        AHT20_Read(&temp, &humi);
10        soilMoisture = SoilMoisture_Get();
11        // ...
12
13        // 检查报警
14        if (temp > MAX_TEMP) {
15            Beep_on();
16        }
17        // ...
18
19        // 刷新显示
20        OLED_ShowTemp(temp);
21        OLED_ShowHumi(humi);
22        // ...
23
24        // 检测按键
25        if (KEY1_Pressed()) {
26            // 切换页面
27        }
28        // ...
29
30        delay_ms(10);
31    }
32}

1// 传感器任务:每秒执行一次
2void SensorTask() {
3    while(1) {
4        // 采集数据
5        AHT20_Read(&temp, &humi);
6        // 检查报警
7        osDelay(1000);
8    }
9}
10
11// 显示任务:每10ms执行一次
12void ScreenTask() {
13    while(1) {
14        // 刷新显示
15        OLED_Refresh();
16        osDelay(10);
17    }
18}
19
20// 输入任务:每10ms执行一次
21void InputTask() {
22    while(1) {
23        // 检测按键
24        if (KEY1_Pressed()) {
25            // 切换页面
26        }
27        osDelay(10);
28    }
29}

1void StartSensorTask(void *argument) {
2    // 初始化
3    osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
4    AHT20_Init();
5    osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
6
7    for(;;) {
8        // 读取数据(使用互斥锁保护I2C)
9        osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
10        AHT20_Read(&farmState.temperature, &farmState.humidity);
11        osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
12
13        // 检查报警,发送消息
14        if (farmState.temperature > farmSafeRange.maxTemperature) {
15            SendWarningFloat("temperature_high", farmState.temperature);
16        }
17
18        // 延时1秒
19        osDelay(1000);  // ✅ 使用osDelay,任务会进入阻塞态,让出CPU
20    }
21}

1void StartScreenTask(void *argument) {
2    OLED_Init();  // 只初始化一次
3
4    for(;;) {
5        // 双缓冲:先在内存中绘制,再一次性发送
6        OLED_NewFrame();
7
8        // 根据当前页面渲染
9        switch (pageIndex) {
10        case PAGE_HOME:
11            renderHomePage();
12            break;
13        case PAGE_RANGE:
14            renderRangePage();
15            break;
16        }
17
18        // 使用互斥锁保护I2C
19        osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
20        OLED_ShowFrame();
21        osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
22
23        osDelay(10);
24    }
25}

1void StartInputTask(void *argument) {
2    Knob_Init();  // 只初始化一次
3
4    for(;;) {
5        // 检测按键(消抖逻辑在 BSP 层处理)
6        if (isKey1Clicked()) {
7            ScreenPage_NextPage();
8        }
9
10        // 在阈值设置页时处理阈值编辑
11        if (pageIndex == PAGE_RANGE) {
12            if (isKey3Clicked()) {
13                RangeEditState_Toggle();
14            }
15
16            KnobDirection dir = Knob_IsRotating();
17            if (dir == KNOB_DIR_LEFT) {
18                // 左旋逻辑
19            } else if (dir == KNOB_DIR_RIGHT) {
20                // 右旋逻辑
21            }
22        }
23
24        osDelay(10);
25    }
26}

1void StartBLETask(void *argument) {
2    for(;;) {
3        char *msg;
4
5        // 阻塞等待队列消息(队列为空时任务挂起,不占用CPU)
6        osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
7
8        if (msg != NULL) {
9            // 使用DMA发送,数据搬运交给DMA完成
10            HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));
11
12            // 等待发送完成(等待期间让出CPU)
13            while (HAL_UART_GetState(&huart3) != HAL_UART_STATE_READY) {
14                osDelay(1);
15            }
16
17            // 释放内存
18            vPortFree(msg);
19        }
20    }
21}

1int main() {
2    while(1) {
3        temp = readTemperature();
4        if (temp > MAX_TEMP) {
5            sendBluetoothAlert(temp);
6        }
7        delay_ms(1000);
8    }
9}

1// SensorTask:检测到报警时,发送消息到队列
2char *msg = pvPortMalloc(100);
3snprintf(msg, 100, "{\"type\":\"warning\", \"reason\":\"temperature_high\", \"value\":%d.%d}", minInt, minDec);
4osMessageQueuePut(BLEQueueHandle, &msg, NULL, 0);
5
6// BLETask:从队列接收消息,异步处理
7char *msg;
8osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
9HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));
10vPortFree(msg);

1SensorTask                          BLETask
2   │                                  │
3   │ 检测到温度超标                     │
4   ├──────────分配内存创建消息──────────>│
5   │                                  │
6   │ <────────────放入队列────────────┤
7   │                                  │
8   │                          (队列非空,唤醒BLETask)
9   │                                  │
10   │                          从队列取出消息
11   │                                  │
12   │                          通过UART发送
13   │                                  │
14   │                          发送完成,释放内存

1// SensorTask:更新全局变量
2farmState.temperature = 25.5;
3farmState.humidity = 60.2;
4
5// ScreenTask:读取全局变量
6OLED_PrintTemperature(farmState.temperature);
7OLED_PrintHumidity(farmState.humidity);

1// InputTask:检测到按键,修改全局变量
2if (isKey1Clicked()) {
3    ScreenPage_NextPage();  // 修改pageIndex
4}
5
6// ScreenTask:根据全局变量渲染
7switch (pageIndex) {
8    case PAGE_HOME:
9        renderHomePage();
10        break;
11    case PAGE_RANGE:
12        renderRangePage();
13        break;
14}

1// SensorTask:读取 AHT20 前获取互斥锁
2osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
3AHT20_Read(&farmState.temperature, &farmState.humidity);
4osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
5
6// ScreenTask:刷新 OLED 前获取互斥锁
7osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
8OLED_ShowFrame();
9osMutexRelease(i2c1MutexHandle);

1// 错误示例
2osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
3AHT20_Read(&temp, &humi);
4osDelay(100);  // ❌ 错误:延时期间占用互斥锁,其他任务无法访问I2C
5osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
6
7// 正确示例
8osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
9AHT20_Read(&temp, &humi);
10osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
11osDelay(100);  // ✅ 正确:释放互斥锁后再延时

1// Core/App/Tasks/SensorTask.c:179
2osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);  // 获取I2C互斥锁
3AHT20_Read(&farmState.temperature, &farmState.humidity);  // 读取温湿度
4osMutexRelease(i2c1MutexHandle);  // 释放I2C互斥锁

1// Core/App/Tasks/SensorTask.c:202-203
2warning += CheckRangeFloat(farmState.temperature,
3                           farmSafeRange.minTemperature,
4                           farmSafeRange.maxTemperature,
5                           "temperature_low", "temperature_high");

1// Core/App/Tasks/SensorTask.c:41-56
2static void SendWarningFloat(const char *reason, float value) {
3    char *msg = pvPortMalloc(100);  // 在FreeRTOS堆中分配内存
4    snprintf(msg, 100, "{\"type\":\"warning\", \"reason\":\"%s\", \"value\":%d.%d}",
5             reason, minInt, minDec);
6    osMessageQueuePut(BLEQueueHandle, &msg, NULL, 0);  // 将消息指针放入队列
7}

1// Core/App/Tasks/SensorTask.c:219-223
2if (warning > 0) {
3    Beep_on();  // 启动蜂鸣器(软件定时器)
4} else {
5    Beep_off();  // 关闭蜂鸣器
6}

1// Core/App/Tasks/SensorTask.c:226
2osDelay(1000);

1// Core/App/Tasks/BleTask.c:54
2osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);  // 阻塞等待,直到有消息

1// Core/App/Tasks/BleTask.c:58
2HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));  // 使用DMA发送

1// Core/App/Tasks/BleTask.c:61-69
2while (HAL_UART_GetState(&huart3) != HAL_UART_STATE_READY) {
3    osDelay(1);  // 等待DMA发送完成
4}
5vPortFree(msg);  // 释放消息内存

1// Core/App/Tasks/ScreenTask.c:68-74
2OLED_PrintString(9, 14, "温度", &font12x12, OLED_COLOR_NORMAL);
3floatToIntDec(farmState.temperature, &minInt, &minDec);
4sprintf(msg, "%d.%d℃", minInt, minDec);
5OLED_PrintString(x, 26, msg, &font12x12, OLED_COLOR_NORMAL);

1AHT20 (硬件)
2    ↓
3SensorTask (I2C读取)
4    ↓
5farmState.temperature (全局变量)
6    ↓
7CheckRangeFloat() (检查超限)
8    ↓
9SendWarningFloat() (创建消息)
10    ↓
11BLEQueue (消息队列)
12    ↓
13BLETask (UART发送)
14    ↓
15蓝牙模块 → 手机用户
16
17同时:
18farmState.temperature (全局变量)
19    ↓
20ScreenTask (OLED显示)
21    ↓
22OLED屏幕显示 "35.5℃"

1int main() {
2    while(1) {
3        // 读取传感器
4        AHT20_Read(&temp, &humi);
5
6        // 检查报警
7        if (temp > MAX_TEMP) {
8            Beep_on();
9            // 发送蓝牙(阻塞式,会延迟整个系统)
10            HAL_UART_Transmit(&huart3, msg, len, 1000);
11            Beep_off();
12        }
13
14        // 刷新显示(慢速I2C操作)
15        OLED_Refresh();
16
17        // 检测按键(可能在刷新OLED期间漏按)
18        if (KEY_Pressed()) {
19            // 切换页面
20        }
21
22        delay_ms(10);
23    }
24}

1void StartTask(void *argument) {
2    while(1) {
3        // 读取传感器
4        AHT20_Read(&temp, &humi);
5
6        // 刷新显示
7        OLED_Refresh();
8
9        // 检测按键
10        if (KEY_Pressed()) {
11            // 切换页面
12        }
13
14        // 发送蓝牙
15        if (needAlert) {
16            HAL_UART_Transmit(&huart3, msg, len, 1000);
17        }
18
19        osDelay(10);
20    }
21}

1// 传感器任务
2void SensorTask() {
3    while(1) {
4        AHT20_Read(&temp, &humi);
5        osDelay(1000);
6    }
7}
8
9// 显示任务
10void ScreenTask() {
11    while(1) {
12        OLED_Refresh();
13        osDelay(10);
14    }
15}
16
17// 输入任务
18void InputTask() {
19    while(1) {
20        if (KEY_Pressed()) {
21            // 切换页面
22        }
23        osDelay(10);
24    }
25}

1const osThreadAttr_t SensorTask_attributes = {
2    .priority = osPriorityNormal,  // 普通优先级
3};
4
5const osThreadAttr_t InputTask_attributes = {
6    .priority = osPriorityNormal,  // 也是普通优先级
7};
8
9问题: 按键响应不及时,用户感觉"按键不灵敏"
10✅ 正确做法: 根据实时性要求设计优先级
11const osThreadAttr_t InputTask_attributes = {
12    .priority = osPriorityHigh,  // 高优先级,按键响应快
13};
14
15const osThreadAttr_t SensorTask_attributes = {
16    .priority = osPriorityNormal,  // 普通优先级
17};

1// SensorTask
2void SensorTask() {
3    while(1) {
4        AHT20_Read(&temp, &humi);  // 没有互斥锁保护
5        osDelay(1000);
6    }
7}
8
9// ScreenTask
10void ScreenTask() {
11    while(1) {
12        OLED_Refresh();  // 没有互斥锁保护
13        osDelay(10);
14    }
15}

1// SensorTask
2void SensorTask() {
3    while(1) {
4        osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
5        AHT20_Read(&temp, &humi);
6        osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
7        osDelay(1000);
8    }
9}
10
11// ScreenTask
12void ScreenTask() {
13    while(1) {
14        osMutexAcquire(i2c1MutexHandle, osWaitForever);
15        OLED_Refresh();
16        osMutexRelease(i2c1MutexHandle);
17        osDelay(10);
18    }
19}

1void BLETask() {
2    while(1) {
3        char *msg;
4        osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
5
6        // 阻塞式发送,占用CPU 1秒
7        HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg), 1000);
8
9        vPortFree(msg);
10    }
11}

1void BLETask() {
2    while(1) {
3        char *msg;
4        osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
5
6        // DMA发送,数据搬运交给DMA完成
7        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));
8
9        // 等待发送完成(期间可以执行其他任务)
10        while (HAL_UART_GetState(&huart3) != HAL_UART_STATE_READY) {
11            osDelay(1);
12        }
13
14        vPortFree(msg);
15    }
16}

1void SensorTask() {
2    while(1) {
3        char *msg = pvPortMalloc(100);  // 分配内存
4        snprintf(msg, 100, "alert: temp=%f", temperature);
5        osMessageQueuePut(BLEQueueHandle, &msg, NULL, 0);
6        // ❌ 忘记释放内存!
7        osDelay(1000);
8    }
9}
10
11void BLETask() {
12    while(1) {
13        char *msg;
14        osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
15        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));
16        // ❌ 忘记释放内存!
17    }
18}

1// SensorTask:分配内存
2char *msg = pvPortMalloc(100);
3snprintf(msg, 100, "alert: temp=%f", temperature);
4osMessageQueuePut(BLEQueueHandle, &msg, NULL, 0);
5// 注释说明:BLETask负责释放
6
7// BLETask:释放内存
8char *msg;
9osMessageQueueGet(BLEQueueHandle, &msg, NULL, osWaitForever);
10HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg));
11while (HAL_UART_GetState(&huart3) != HAL_UART_STATE_READY) {
12    osDelay(1);
13}
14vPortFree(msg);  // 释放内存