心跳跟随的心形灯（STM32(HAL)+WS2812+MAX30102）

---

前言

在好几年前，我好像就看到了焊武帝 jiripraus在纪念结婚五周年时，制作的一个心跳跟随心形灯，感觉太浪漫了，于是在假期的时候，我也仿照做了一个，虽然还有很多需要完善的地方，但是大致功能已经实现了，下面开源讲讲开源的项目。

---

介绍

系统框架

心脏的外壳采用紫铜丝或黄铜丝焊接，1mm的铜丝较硬，适合完成外部框架的搭建，0.7mm的铜丝可塑性较好，适合焊接内部的WS2812，整个过程中吗，焊接难度较大，电子器件的固定难度也很大，我内部借助了一些热熔胶固定，有些丑，可以参考 jiripraus的固定方法。

原作者采用的Arduino主控，且没有借助PCB，纯飞铜线完成内部电子器件的连接。

因为我想利用FreeRTOS学习一下实际项目编写，所以将主控更换成了STM32F103C8T6，当然编写了两套代码，先编写了一套裸机开发，测试能够完成所有功能、之后移植了一套FreeRTOS的，都可以运行。

原项目地址

jiripraus项目地址（Arduino）：https://www.instructables.com/Beating-LED-Heart/

本项目开发开源地址

裸机开发软件下载（STM32版本）：https://download.csdn.net/download/zerokingwang/88173336

FreeRTOS开发软件下载（STM32版本）：https://download.csdn.net/download/zerokingwang/88173410

硬件PCB（立创开源）下载链接：https://oshwhub.com/zeroking/my_heart_

所有文件上传到github了，也可以到github下载：https://github.com/VioletJA/MY_HEART

硬件PCB

绘制了包括STM32F103C8T6的最小系统、蜂鸣器、TP4059锂电池充电电路、OLED接口、MAX30102接口等。

软件功能

在没有手指触碰到MAX30102模块时，WS2812进行彩虹灯变换，当手指触碰到时，跟随检测到的心跳进行红色闪烁及蜂鸣器模拟心跳。

详细内容

硬件外壳制作

在3D打印的器件上进行焊接，我先用胶带固定好铜丝，然后再各个连接点进行焊接。
心形3D打印件：https://www.cgtrader.com/items/865899/download-page

WS2812焊接：最好黏在胶带上，固定好大致位置后再进行焊接，我没有找到其他好方法，焊接极其耗时。

WS2812级联及控制

当发送一串数据时，第一个24bits的数据给D1，第n个24bits的数据给第n。（24bit对应三原色，每一色八位）

输出码型通过下图判断，因此每一位的高低都需要进行严格控制

大多数采用的是PWM+DMA的模式，通过传输一串数据，控制不同占空比的PWM完成数据传输

HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&ws2812_TIM, ws2812_CHANNEL, (uint32_t *)Pixel_Buf,(Pixel_NUM+1)*24);

参考：STM32系列(HAL库)——F103C8T6驱动WS2812全彩RGB模块（PWM+DMA方式）

但有一点需要注意，必须在PWM的完成回调函数中进行手动关闭DMA传输，否则WS2812颜色不对（应该就是DMA传输出错了）

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	if(htim->Instance==ws2812_TIM.Instance)
	HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&ws2812_TIM, ws2812_CHANNEL);
}

其他详细的代码控制都在开源代码中了

MAX30102血氧传感器

参考：【stm32】手把手用cubemx配置血氧传感器(MAX30102)

采用的是中断处理，每次模块发送一个下降沿中断，STM32接收到后进行数据处理。

模块采用IIC进行控制与数据读取，普通采用HAL配置硬件IIC就能够实现，但是在我用STM32F103C6T6进行测试的时候，HAl生成的代码中，IIC引脚不会自动设置为高速，导致运行会出现HAL_ERROR的问题，然而在STM32F103C8T6就已经纠正了这个错误。

void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(i2cHandle->Instance==I2C1)
  {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();
  else if(i2cHandle->Instance==I2C2)
  {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    __HAL_RCC_I2C2_CLK_ENABLE();
  }
}

0.96OLED

在屏幕调试中，由于1616的字看上去太小了，于是我调整为2424的大小，这个时候，网上的一些库就不够用了，需要看懂是如何完成一个汉字的显示。

利用PCtoLCD2002完成取字模，一般设置如下


数据如下：

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x80,0x08,0x10,0x70,0xE0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x80,0xC0,0xF8,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x00,0x00,0x00,0xC0,0x04,0x18,0xF0,0xE0,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1F,0x18,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x18,0x1F,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},/*"心",0*/

网上一般说取数据是按照一行一行来的，一个数据代表的是8位，不足8位的按照8位算。

但是我实际测试，是按列算的，例如第一个数据0x00，表示第一列中的前八个点全没有点亮，第二个0x00代表的是第二列数据的前8个也全部没有点亮，当前8行的所有列都完成后，计算中间8行，一列一列，之后计算下面8行（24*24的数据）
例如下图：

而我们采用的低位在前时：

当第一个格子点亮时，对应的就是0x01

在OLED汉字显示的函数中，需要将汉字分为三上中下，完成三次打印，组成一个完整的汉字

//显示24*24汉字
void OLED_ShowCHinese24(uint8_t x,uint8_t y,uint8_t no)
{      			    
	uint8_t t;
	OLED_Set_Pos(x,y);	
    for(t=0;t<24;t++)
	{
		OLED_WR_Byte(CHI_24_24[3*no][t],OLED_DATA);
     }	
	OLED_Set_Pos(x,y+1);	
    for(t=0;t<24;t++)
	{	
		OLED_WR_Byte(CHI_24_24[3*no+1][t],OLED_DATA);
     }
	OLED_Set_Pos(x,y+2);	
    for(t=0;t<24;t++)
	{	
		OLED_WR_Byte(CHI_24_24[3*no+2][t],OLED_DATA);
     }	
}

FreeRTOS

在移植操作系统的时候，创建了两个任务，一个完成WS2812和蜂鸣器的控制，一个完成MAX30102和OLED的控制。

其中出现了一些跨任务的信号量，尝试利用任务通知方式进行数据保护，但是效果不佳，最后还是利用了临界区保护，在信号改写的地方进行了保护（临界区时间太长，系统会崩溃）

效果视频

心跳跟随心形灯

总结

通过制作这个小项目，还是学习了HAL的IIC配置，PWM的DMA模式，WS2812的控制，OLED屏幕控制，FreeRTOS也理解更多了一点，当然还只是刚开始入门，要学的东西还是有很多，在这个小项目中，还有很多bug和不完善的地方，比如说MAX30102测量的心率不准等等，但是目前打算就先这样结束，先继续学习吧。