【RT-Thread作品秀】使用RTThread和TouchGFX实现DIY数字仪表

概述

学习一门新技术，最好的办法是带着需求去学习，在项目中不断磨练自己，而不是漫无目的的去学，有了需求驱动，才更容易获得学习成果和完成项目后的成就感。

通过本项目涉及到的技术有：RT-Thread系统、TouchGFX、MQTT、HTTP、JSON、微信小程序、面向对象编程思想等。每个关键词里都有很多值得深究的技术细节。

本项目所要实现的功能有：

显示屏第一页显示时钟、近三天天气预报和传感器数值
显示屏第二页可以进行传感器阈值设置和开关控制
传感器：温湿度传感器（SHT30），空气质量传感器（MQ135）
传感器阈值语音提醒，闹钟语音提醒
传感器数值可以通过微信小程序显示，可以通过微信小程序进行开关控制、设置阈值和闹钟时间
支持二次开发，增加更多扩展功能

硬件框架

硬件端：

主控芯片：STM32F746IGT6

操作系统：RT-Thread v4.0.2

GUI：TouchGFX

开发工具：MDK5.29、TouchGFX 4.13.0 Designer、STM32CubeMX5.6.0、微信开发者工具

时间获取：软件模拟RTC+NTP自动网络对时

天气获取：通过http客户端get心知天气网络API获取天气信息

温湿度传感器SHT30：使用I2C总线获取数据

环境传感器MQ-135（氨气、甲苯）：使用ADC读取数据和IO口读取阈值

网络：使用ESP8266当作无线网卡来链接网络

5寸电容屏：使用I2C总线驱动触摸，LCD使用RGB565格式，GUI使用touchgfx

中文TTS文字转语音模块：使用UART发送文字转换语音

服务器端：

云端服务器：阿里云物联网平台

通信方式：MQTT

微信小程序：

编程语言：CSS、XML、JavaScript

通信方式：MQTT over WebSocket

软件框架

设备连接物联网平台，与物联网平台进行数据通信。物联网平台可将设备数据流转到其他阿里云产品中进行存储和处理。以下是物联网系统的拓扑架构：本项目的物联网后台部分采用的是阿里云物联网平台，借助阿里云丰富的服务，可为后期扩展更多实用的功能，STM32硬件平台作为设备终端，人机设备采用微信小程序，通信协议为MQTT。

RT-Thread使用情况概述

RT-Thread系统介绍：

RT-Thread的内核对象模型是一种非常有趣的面向对象实现方式。系统级的基础设施都是一种内核对象，例如线程，信号量，互斥量，事件，邮箱，消息队列和定时器，内存池，设备驱动等。对于每一种具体内核对象和对象控制块，除了基本结构外，还有自己的扩展属性（私有属性）。因此从面向对象的观点，可以认为每一种具体对象是抽象对象的派生，继承了基本对象的属性并在此基础上扩展了与自己相关的属性。下图则显示了 RT-Thread 中各类内核对象的派生和继承关系：

在对象管理模块中，定义了通用的数据结构，用来保存各种对象的共同属性，各种具体对象只需要在此基础上加上自己的某些特别的属性，就可以清楚的表示自己的特征。这种设计方法有两大优点：

提高了系统的可重用性和扩展性，增加新的对象类别很容易，只需要继承通用对象的属性再加少量扩展即可；
提供统一的对象操作方式，简化了各种具体对象的操作，提高了系统的可靠性。

RT-Thread使用情况：

内核部分：

线程间同步：信号量、互斥量
线程间通信：邮箱、消息队列
内存管理：memheap管理算法
I/O 设备管理：PIN设备、I2C设备、UART设备、ADC设备、RTC设备、TOUCH设备

组件部分：

FinSH控制台；
ulog日志；
netdev网卡；
AT命令；
SAL 套接字抽象层；

软件包部分：

阿里物联网SDK包：ali-iotkit-latest；
AT设备软件包：at_device-latest;
TLS软件包：mbedtls-latest;
JSON软件包：cJSON-latest;
网络工具包： netutils-latest;
触摸屏软件包：gt9147-latest；
sht3x软件包：sht3x-latest；
webclient软件包：webclient-latest；

分类使用说明：

用于连接网络的部分：UART设备；netdev网卡；AT命令；SAL 套接字抽象层；at_device-latest;

用于同步时钟的部分：RTC设备；netutils-latest;

用于获取天气的部分：cJSON-latest;webclient-latest；

用于获取温湿度的部分：I2C设备；sht3x-latest；

用于获取空气质量的部分：ADC设备；PIN设备；

用于触摸的部分：I2C设备；gt9147-latest；

用于链接阿里云物联网平台的部分：ali-iotkit-latest；mbedtls-latest;cJSON-latest;

软件模块说明

TouchGFX介绍： TouchGFX 4.13版具备了将动画推到60FPS的功能，还增加了可缓存容器、不完全帧缓冲区以及新的L8压缩格式等性能，这表明了 ToughGFX 不断追求优化性能和持续迭代的匠心。4.13版本还解决了另一个问题：嵌入式系统开发人员的用户界面可访问性。通过将TouchGFX Generator集成到 STM32CubeMX 中，经验较少的工程师在使用 TouchGFX 4.13 时，可以通过 STM32CubeMX 这个广为流行的 ST 实用软件程序快速启动项目。这样做的目的在于降低开发者入门门槛，让专业人士和爱好者都能受益于这个交互式的高效解决方案。

微信小程序链接阿里云物联网平台说明： 阿里云IOT物联网平台支持基于WebSocket的MQTT协议。可以首先使用WebSocket建立连接，然后在WebSocket通道上，使用 MQTT 协议进行通信，即MQTT over WebSocket！