[Funpack3-1]基于XG24-EK2703A的蓝牙环境温湿度传感器

内容介绍

[Funpack3-1]基于XG24-EK2703A的蓝牙环境温湿度传感器

这是囧大王的Funpack第三季第一期作业，使用XG24-EK2703A开发板和AHT10实现了基于蓝牙通信的远程温湿度传感器。

主要功能为：读取MCU内置温度传感器或通过I2C读取AHT10的数据，将数据通过蓝牙进行传输，使用配套的上位机代码可实现对环境温湿度或MCU温度的实时监控。

项目背景

Funpack第三季第一期活动的具体任务内容如下：

任务一：使用芯片内部的温度检测外设，测量温度并通过蓝牙发送至上位机，在上位机中以“绘图”的形式对温度数据进行可视化。

任务二：对蓝牙功能进行开发，实现一个蓝牙鼠标+键盘复合设备。板子上有两个按键，分别短按后模拟滚轮上下翻页一行，两个同时按下2s后时依次发送字符EETREE.CN。

任务三：此题为开放题。板卡预留了扩展管脚，如若自己有传感器或各种执行器，可以自行连接并进行开发，其中固定要求为：至少使用一种无线连接方式，至少使用芯片内部的两个外设，若连接传感器，请将采集的数据，用对应的解析格式展示出来。

任务四：若您针对这个板卡有更好的创意，可自命题完成（难度不能低于以上任务）。

总体要求：开发环境中提供了丰富案例，禁止直接提交原始案例或原始代码占比过大，在项目文档中大篇幅翻译代码或注释也会被认定为无创新。以上题目为基础要求，鼓励参加者在项目中突出自己特色，并在题目的基础上扩展创新功能。

这次活动我开始选择完成的是任务一，但是任务有点太简单了，通过demo代码创建工程之后几乎就不需要改动，而任务要求里有提到“禁止直接提交原始案例或原始代码占比过大”，直接提交恐怕过不了审核那关，而且如此完成任务学习不到知识呀。于是我决定给自己增加难度，在任务一的实现温度检测的基础上使用I2C读取外置的温度传感器数据，这样一来就等于也完成了任务三，同时也能真正的体验到基于Silicon Labs的SoC的程序开发过程。

硬件介绍

XG24-EK2703A

XG24-EK2703A是一款基于EFR32MG24片上系统的开发套件，具备超低成本、低功耗和小巧的特点。该套件支持2.4GHz无线通信，兼容蓝牙LE、蓝牙mesh、Zigbee、Thread和Matter协议，为无线物联网产品的开发和原型制作提供了极大的便利。

整个评估套件最核心部分是EFR32MG24B210F1536IM48无线SoC芯片，是使用蓝牙低功耗和蓝牙网状网络实现物联网无线连接的理想选择，适用于智能家居、照明和便携式医疗设备产品。该芯片是EFR32MG24无线SoC芯片家族系列中的中高端型号，以ARM Cortex-M3为核心、主频为78MHz且支持2.4GHz无线通信，带有1536KB闪存和256KBRAM，并且还搭载了AI/ML硬件加速功能，能够满足在嵌入式系统中部署轻量级AI应用。

该板卡套件所有的例程和相应的板卡资料都集成在了SDK开发包中，辅以配套的Simplicity Studio Version 5工具，只需要将SDK下载进Simplicity Studio Version 5中就可以进行例程的演示，操作方便简单。

AHT10温湿度传感器

AHT10是奥松电子推出的新一代温湿度传感器，传感器输出经过标定的数字信号，通过IIC通讯方式输出。其配有一个全新设计的 ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，大大提升了传感器的可靠性，在恶劣环境下稳定工作。

温度范围为：测量范围为 -40 ℃ ~+ 85 ℃ 精度±0.5℃

项目介绍

本次项目分为上位机和下位机两个部分，下位机基于Simplicity Studio 和 Gecko SDK 进行开发，使用C语言进行程序编写。上位机使用HTML+JavaScript基于Web Bluetooth API进行实现了一个可视化的实时监控图表界面。

下位机代码基于Simplicity Studio中的“Bluetooth - SoC Thermometer (Mock)”创建。该Demo代码中已实现采集MCU内部温度的逻辑，并以温度计设备的形式提供蓝牙Service。在此Demo的基础上我增加了AHT10的驱动代码并增加了一个自定义的Service和相应的Characteristic以同时提供环境温度与湿度信息并保留原有的MCU温度监测功能。

功能演示

首先需要先连接AHT10温湿度传感器。

XG24-EK2703A提供了mikroBUS和qwiic接口都可以用于连接I2C设备，同时板子的两侧还预留有2.54mm的排针焊接盘。

我是因为懒得焊排针，手上也没有mikroBUS扩展板和qwiic接头，就干脆用公-母头杜邦线直接把AHT10连到了mikroBUS排母上的。

给开发板Type-C接口供电之后下位机程序就自动开始工作了。

开发板上电之后，通过浏览器打开我们的上位机界面。

这里需要注意，因为Web Bluetooth API标准还未正式定稿，所以请使用最新的浏览器进行访问，我这里使用的Microsoft Edge 122.0.2365.52版本。另外由于浏览器安全方面的限制，Web Bluetooth API需要在HTTPS环境下才能使用，因而本地测试会比较麻烦，如需测试可以访问我已经部署到线上的地址：https://hessian.cn/html/funpack3-1/

在上位机界面点击“开始监控”浏览器会自动弹出蓝牙设备配对窗口，选择JIONG RH Sensor点击配对。

这里的上位机程序对蓝牙设备列表进行了过滤我的项目UUID，列表里只会显示我的下位机对应的蓝牙设备，如果列表没有显示可能是下位机程序异常或未能正常启动。可以刷新页面或重启开发板再进行重试。

配对.png

配对成功后下位机会自动上报温度信息，页面上的图表会实时进行更新，更新时间间隔为1秒。

通过“开始监控”按钮左侧的选择框可以选择监测“环境温湿度”或“MCU温度”，下面两张图片分别是监控环境温湿度和MCU温度的效果。

温湿度.png

MCU温度.png

程序编码

一、搭建开发环境

1. 安装Simplicity Studio

官方网址：https://www.silabs.com/developers/simplicity-studio

2. 安装用USB数据线连接开发板

3. 连接到开发板后，在Simplicity Studio中选择开发板并点击Start，根据提示下载安装Gecko SDK

正在安装SDK

安装完SDK即可创建项目开始开发了。

二、程序设计与实现

本项目分为上下位机两个部分，因本项目主要关注的是基于XG24-EK2703A的开发内容，因此关于上位机程序的开发在碑文不再赘述，欲了解详细实现请下载附件查看上位机部分代码。

功能框图

该项目基于Bluetooth - SoC Thermometer（Mock）样例工程创建。

工程目录结构

引脚配置

软件组件选择

这里要安装Health Thermometer API、Relative Humidity and Temperature sensor (Mock)

Platform部分要安装I2CSPM并命名新增的实例为sensor，同时为了支持读取MCU内部温度还需要安装TEMPDRV。

I2CSPM配置

蓝牙GATT配置

下面是编码部分

温湿度传感器部分的程序代码实现主要是参考Thermometer的实现，单独增加了一个service和characteristic，使用定时器每1秒通过indicate将温湿度信息进行上报。

这里略过aht驱动和gatt service的具体实现部分，主要说明一下开发过程中的一些关键点。

首先修改app.c，增加aht传感器初始化代码，i2cspm的实例已经由IDE自动生成的代码创建，这里只需要用extern引入即可。

extern sl_i2cspm_t *sl_i2cspm_sensor;

aht_t aht_dev = {0};

/**************************************************************************//**
 * Application Init.
 *****************************************************************************/
SL_WEAK void app_init(void)
{
  sl_status_t sc;
  app_log_info("health thermometer initialised\n");
  // Init temperature sensor.
  sc = sl_sensor_rht_init();
  if (sc != SL_STATUS_OK) {
    app_log_warning("Relative Humidity and Temperature sensor initialization failed.");
    app_log_nl();
  }

  aht_dev.i2cspm = sl_i2cspm_sensor;
  aht_dev.addr = AHT_I2C_ADDRESS_GND;

  sc = aht_init(&aht_dev);
  if (sc != SL_STATUS_OK) {
    app_log_warning("AHT sensor initialization failed.");
    app_log_nl();
  }

  app_log_info("APP INIT finished.");
  app_log_nl();
}

然后在app.c的sl_bt_on_event函数开头增加调用gatt_service_rht_on_event(evt)以使我们的service能够处理蓝牙事件。

/**************************************************************************//**
 * Bluetooth stack event handler.
 * This overrides the dummy weak implementation.
 *
 * @param[in] evt Event coming from the Bluetooth stack.
 *****************************************************************************/
void sl_bt_on_event(sl_bt_msg_t *evt)
{
  sl_status_t sc;
  bd_addr address;
  uint8_t address_type;

  gatt_service_rht_on_event(evt);

  // Handle stack events
  switch (SL_BT_MSG_ID(evt->header)) {

三、固件烧录（下载）、串口跟踪

注意：蓝牙应用要先创建一个基于“Bootloader - SoC Bluetooth AppLoader OTA DFU”的工程，然后下载到开发板上才能正常进行应用开发。

在Simplicity Stuidio里，用鼠标右键在Project Explorer中点击项目选择Run As就可以编译、下载、运行一条龙自动完成，如果需要跟踪调试也可以使用Debug As进入调试模式。调试模式支持断点、单步、查看内存等诸多调试功能。

2024-02-27 (1).png

在Simplicity Studio中我没有找到如何查看设备的标准输出，样例代码中应该是有配置usart的，在配置文件中我们可以找到他的波特率。

我这里使用putty进行连接，可以正常看到程序app_log所打印的输出。

参考资料

开发套件资料：https://cn.silabs.com/development-tools/wireless/efr32xg24-explorer-kit?tab=overview
SoC资料：https://cn.silabs.com/wireless/zigbee/efr32mg24-series-2-socs/device.efr32mg24b210f1536im48?tab=specs
开发文档：https://docs.silabs.com/
Bootloader说明：https://www.silabs.com/documents/public/application-notes/an1086-gecko-bootloader-bluetooth.pdf
EFR Connect APP下载：https://www.silabs.com/developers/efr-connect-mobile-app?tab=downloads
Web Bluetooth API：https://developer.chrome.com/docs/capabilities/bluetooth?hl=zh-cn#read
关于Android的BluetoothGattCharacteristic的getFloatValue结构的问题参考（主要看bytesToFloat方法）：https://android.googlesource.com/platform/frameworks/base/+/db29556/core/java/android/bluetooth/BluetoothGattCharacteristic.java