shuichan_old/STM32F103_App1/README.md

# 智能水产投料机 V1.5.0（FreeRTOS · 串口日志中文版）

> **本版本基于 FreeRTOS 实时操作系统**（V10.0.1，net/app/sys 三任务架构），
> 串口日志为中文输出（**GBK 编码**，串口工具/蓝牙 APP 字符集请选 GBK）。

## 工程概述

本工程基于 **STM32F103RCT6**（兼容 GD32F103RCT6）+ **STM32Cube HAL** + **FreeRTOS V10.0.1** + **Keil MDK**，实现设备的控制、联网与投喂。

- **BootLoader**：`STM32F103_BootLoader/`，负责 OTA 固件烧录、试运行计数与失败回滚、主电源门禁
- **应用固件**：`STM32F103_App1/`，当前运行版本 V1.5.0（FreeRTOS 版，全中文串口日志）
- **双网络通道**：4G(Air780E/EG) 优先，WiFi(ESP-01S) 兜底，见下文"双通道网络"
- **蓝牙调试**：HLK-B40 BLE 透传模块（USART1），上电自动配置名称/GATT UUID，见下文"蓝牙模块配置"

> 注意：Keil 工程必须带编译选项 `--no_multibyte_chars`（App1 与 BootLoader 均已配置），
> 使 ARMCC 不解读多字节字符，中文字符串（GBK/UTF-8 均可）字节原样透传输出。
> `missing closing quote` 编译错误。

## FreeRTOS 任务架构

| 任务 | 优先级 | 栈 | 职责 |
| --- | --- | --- | --- |
| net_task | 3 | 3KB | 网络状态机 `NET_process`：4G/WiFi 建链与切换、MQTT 收发、GPS 轮询、OTA 下载 |
| app_task | 2 | 2KB | 业务：继电器命令/反馈状态机、断电记忆恢复、投喂秤轮询与保护、状态上报、OTA 确认与健康检查 |
| sys_task | 1 | 1KB | 系统：LED、电量（1s）、蓝牙调试命令、Uptime 打印（联网后每 60s） |
| idle 钩子 | - | - | 喂 IWDG（任务死循环占 CPU → idle 饿死 → 复位，正是期望行为） |

关键设计：

- **HAL 时基 = TIM2**（1ms 中断，`Src/stm32f1xx_hal_timebase_tim.c`，注意 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 里必须 `HAL_IncTick()`），SysTick 归 FreeRTOS 当 RTOS tick；it.c 不再定义 SVC/PendSV/SysTick 三个 Handler（port.c 提供，经 FreeRTOSConfig.h 宏映射）
- **bg_delay 改造**：调度器运行中 = `vTaskDelay` 让出；调度器未启动（开机初始化）= HAL_Delay + 喂狗
- **互斥锁三把**（调度器启动前全部为空操作直通）：
  - `s_net_at_mutex`（network.c）：net 任务长 AT 会话（建链/重连/OTA）持锁，其他任务 `NET_publish_*` 尝试锁、拿不到丢弃，防 AT 应答交织
  - `s_storage_mutex`（app_loop.c `storage_lock`）：EEPROM(软件I2C) 与 W25Q64(软件SPI) 跨任务互斥，递归锁
  - `s_log_mutex`（log.c）：日志输出不交织
- **内存预算**（48KB RAM）：裸机存量 ZI ~36.3KB + FreeRTOS 堆 10KB（configTOTAL_HEAP_SIZE）≈ 46.3KB；Flash ~67KB/224KB 分区。中断优先级维持原值（UART/DMA 0~3 级，不调 RTOS API，低于 5 级 syscall 阈值无冲突）

## 产品型号配置

同一套板子适配两种产品，编译前在 `Inc/main.h` 顶部通过一个宏二选一：

```c
#define PRODUCT_WITH_FEED_SCALE   0
```

| 取值 | 产品 | 投喂行为 |
| --- | --- | --- |
| `1` | 智能水产投料机（接 RS485 磅秤） | `feeding` 按 `onceWt` 定量自动投喂，带重量反增/超时保护；`sw1` 指令被忽略 |
| `0` | 基础四路继电器（不接磅秤） | `feeding` / `sw1` 直接开关投喂继电器 1，由平台侧自行计时 |

## 硬件接口

| 接口 | 用途 | 引脚 | 参数 |
| --- | --- | --- | --- |
| USART1 | 蓝牙串口调试 / 日志输出 | PA9/PA10 | 115200-8N1 |
| USART2 | RS485 喂料秤 | PA2/PA3 | 9600-8N1 |
| USART3 | 4G Air780E/EG MQTT+GNSS | PB10/PB11 | 921600-8N1（见下文波特率自适应） |
| UART4 | WiFi ESP-01S | PC10/PC11 | 115200→921600-8N1（见下文 WiFi 波特率同步） |
| UART5 | HLW8032 电能计量 | PD2(RX) | 4800-8E1，只收，芯片每 50ms 主动上报 |
| ESP_RST | WiFi 模块复位 | PA5 | 低电平 500ms 复位 |
| CAT_PWR | 4G 模块开机 | PC4 | 开漏输出，拉低=模块开机（上电即拉低） |
| ESP_EN | WiFi 模块使能 | PA6 | 推挽输出，高电平=使能；**默认关闭，4G 运行时拉低断电省电，切 WiFi 才拉高** |
| BT_MODE | 蓝牙 AT/透传切换 | PB0 | 开漏输出，拉低 1s 进 AT 模式（ble_at.c 控制） |
| BT_RST | 蓝牙模块复位 | PA7 | 推挽输出，低电平=工作（默认），高电平=复位 |
| OLED 屏幕 | 128x64 + GB2312 字库 IC | CLK=PC12 MOSI=PC9 DC=PC8 CS1=PC7 FSO=PC6 CS2=PB15 | GPIO 模拟 SPI，显示电压/电流/功率/电能/继电器/网络 |
| Relay1 | 投喂电机控制 | PB7 | 高电平吸合 |
| Relay2~4 | 备用控制 | PB8/PC0/PC2 | 高电平吸合 |
| I2C（软件） | AT24C02 配置存储 | PA11/PA12 | 页写入 |
| SPI（软件） | W25Q64 外部 Flash | PB3/PB4/PA15/PB5 | OTA 固件暂存 |
| ADC1 | 电池电压检测 | PA0 | 低电量上报 `pow:0` |
| PA8 | 手动模式检测 | PA8 | 高电平=手动模式 |
| PA1 | NET_LED 联网指示 | PA1 | 低电平点亮，见下表 |
| PC13 | LED2 心跳 / TPL5010 喂狗 | PC13 | 每 1s 翻转（见下文看门狗） |

### 指示灯含义

| 灯 | 状态 | 含义 |
| --- | --- | --- |
| NET_LED（PA1） | 100ms 快闪 | SmartConfig 智能配网中，请用 ESP-Touch APP 广播密码 |
| NET_LED（PA1） | 500ms 慢闪 | 联网中（4G/WiFi 建链、重连） |
| NET_LED（PA1） | 常亮 | 已联网（MQTT 就绪） |
| LED2（PC13） | 1s 心跳闪烁 | 系统正常运行（兼任 TPL5010 外置看门狗喂狗） |

## 看门狗（双狗架构）

| 看门狗 | 超时 | 喂狗点 | 作用 |
| --- | --- | --- | --- |
| IWDG（片内独立看门狗） | ~26s（LSI 漂移下最短 ~17s） | APP 由 FreeRTOS **idle 钩子**喂养（`vApplicationIdleHook`）；BL 的擦除/拷贝循环 | 固件卡死 → 复位；BL 启动，OTA 试运行期计一次试错 |
| TPL5010（外置硬件狗） | 7 分钟 | PC13(LED2) 电平翻转：APP `activeEvents()` 每秒翻转；BL 进入时及长循环中翻转 | MCU 完全失控（含 IWDG 失效）时的最后兜底 |

注意：LED2 同时承担运行指示和外部狗喂狗，**修改 LED2 闪烁逻辑时必须保持周期性翻转**，否则 7 分钟后整板复位。

## 重启记录与断电保护

### 重启记录（reset_log.c）

- 开机时（"固件版本"日志后）打印最近 **10 条**重启记录：`重启原因 + 上次运行时长`
- **存储**：W25Q64 `0x100000` 一个 4KB 扇区，10 条 32B 记录环形覆盖（序号+原因码+运行秒数+CRC16），写满一圈擦一次，断电不丢
- **原因来源**：`RCC->CSR` 由 BootLoader 读入后放共享 RAM（`BOOT_SHARE`，地址 `0x2000BF00`，热复位保持）传给 APP；软件复位的细分原因由各复位点 `reset_log_mark()` 预写（被平台踢下线/心跳超时/4G无服务/无SIM/OTA升级/OTA健康超时/4G初始化失败/串口RESET/OTA/RECOVERY命令/4G模组自重启等）
- **运行时长**：每秒写入共享 RAM（热复位不丢），看门狗/软件复位后精确到秒

### 断电保护（法拉电容 + PA0 检测）

- APP：PA0 电量检测改为 **50ms 快轮询**（原 1s），<10%（=外部 12V 断开）立即 50ms 快速复核 2 次（检测+确认全程 ~150ms）→ **先发 `pow:0` 后打日志** → 写电能/断电记录 → 留 500ms 让模组把报文发完 → 复位。发送通道忙（如 GPS 轮询占锁）时不锁存、下个周期重试直到发出或电容耗尽。电量百分比做了 0~100% 限幅（电容放电时 3.3V 基准下跌会失真）
- BootLoader：跳转 APP 前读 PA0（寄存器直读 ADC），主电源未恢复（<约 11V）则每 500ms 检测原地等待，**不跳 APP**——防止单片机靠电容低压运行 APP 而外设没电的乱态；12V 恢复后正常放行
- 断电记录只被下次成功启动消费一次（`boot_seen` 位翻转标记），一次掉电 = 一条记录，BL 等待期间不产生记录
- BL 找不到有效 APP（如只刷了 BL）：打印提示并每 3s 主动复位重试，刷入 APP 即恢复

## 电能计量（HLW8032）

只计量**累计消耗电量**，上报平台标识符 `energy`（单位 kWh，两位小数）。

- **硬件**：HLW8032（5V 供电）经 B0505S 隔离电源 + 光耦隔离，芯片 TXD 接 PD2（UART5_RX）；电压采样 ZMPT107-1（2mA:2mA，初级 220V 串 100K，次级并 49.9Ω），电流采样 CT 100A/100mA（1000:1，输出并 2Ω），三个模拟脚各对地 33nF
- **通信**：4800bps 8E1（F1 上按 9 位帧长 + 偶校验配置），芯片每 50ms 主动上报 24 字节帧，只收不发；帧同步 = 首字节 0x55/0xAA/0xFx + 第二字节 0x5A + 校验和（[2]~[22] 相加低 8 位）
- **电量算法**（手册公式）：`kWh = 总脉冲 × 功率参数寄存器 × 电压系数 × 电流系数 / (10^9×3600)`；PF 寄存器 16 位溢出由数据更新寄存器 bit7 翻转计数（`总脉冲 = k×65536 + PF`），50ms 一帧不可能漏翻转；芯片断电重启（计数值倒退）自动重新基准
- **系数宏**：`main.h` 的 `HLW_U_COEF`（=100K/49.9/1000=2.004）、`HLW_I_COEF`（=1/(0.002×1000)=0.5）——改电阻/互感器只动这两个宏
- **防噪声假同步**：要求连续 3 帧且间隔 20~150ms 才认定在线（PD2 悬空时电磁干扰偶发也能凑出校验和正确的假帧，但不可能连续卡在 50ms 节奏上）
- **滤波与零漂**：电压/电流/功率经 EMA 滑动平均（系数 1/8，约 0.4s 响应）压空载跳变；电流再减零点偏移 `HLW_I_ZERO_A`(0.02A) 钳位到 0；功率死区 `HLW_P_DEAD_W`(2W) 以下显示 0、超出再减 `HLW_P_ZERO_W`(0.5W)——宏都在 main.h
- **持久化**：累计脉冲数（uint64）存 EEPROM 偏移 164~171；每攒约 0.1kWh 写一次（限制擦写），所有计划内复位（`reset_log_mark` 覆盖的复位点）复位前写一次，断电预警（法拉电容续航内）再写一次——除突然死机外基本不丢电量
- **上报策略**：无论功率多少，每 3 分钟上报一次 `{"energy":%.2f,"power":%.1f}`；继电器开关切换随状态大报文携带 energy。串口电能日志固定 10s 一条。间隔宏 `ENERGY_REPORT_INTERVAL_MS` 在 app_loop.c
- **调试日志**：芯片在线时每 10s 打印一条（`电能: x.xxkWh  电压: xxx.xV  电流: x.xxA  功率: xxxx.xW`），与上报节奏无关

## OLED 屏幕显示（128x64 + GB2312 字库 IC）

- 移植自《485模拟磅秤数据带CRC》的 oledisp 驱动，GPIO 模拟 SPI（屏幕 CS1 + 字库 CS2 两路片选，字库数据从 FSO 脚读回）
- 字符串直接写中文（工程源文件即 GBK 编码，字库 IC 按 GB2312 地址换算取字模）
- **已联网界面**（sys_task 每 1s 刷新）：第 0 行 网络 + 运行时间（`WiFi 00:02:35`，天:时:分），第 1 行 电压/电流，第 2 行 功率/电能（计量芯片离线时显示"计量芯片离线"），第 3 行 继电器状态中文（`开关:开开关关`）
- **未联网界面**：只显示联网进度，不显示电能/开关——4G 模式显示"正在等待4G联网"+ 最近完成阶段（模块复位成功/AT指令成功/SIM卡检测成功/附着网络成功/连接服务器中/无SIM卡，状态由 `g_net_ui_phase` 从 air780e.c 各阶段更新）；WiFi 固定热点显示"WiFi固定模式 正在搜索热点"+倒计时，SmartConfig 显示"智能配网 请打开APP广播"+倒计时（倒计时由 esp_wait_countdown 写入 `g_net_ui_countdown`）
- 开机欢迎页按产品模式显示标题（带秤=`智能水产投料机`，无秤=`继电器控制终端`）+ `V1.5.0 RTOS`；4G 阻塞建链期间由 bg_delay 钩子每 500ms 刷进度页（调度器启动前 sys_task 未运行，曾一直卡在欢迎页）

## 双通道网络（4G 优先，WiFi 兜底）

网络层 `HardWare/NETWORK/network.c` 对业务层屏蔽底层模组差异，业务只调 `NET_*` 接口；4G 后端（`CAR/air780e.c`，模组内置 MQTT）与 WiFi 后端（`NETWORK/net_wifi.c`，TCP 透传 + 软件 MQTT）同构，运行时互斥切换。

### 通道切换状态机

EEPROM（偏移 130）记忆**上次成功联网方式**（`4G` / `WiFi固定热点` / `WiFi配网热点`），仅方式变化时写一次；开机优先跑上次成功的方式：

```text
上次 4G 成功：4G（无 SIM/无信号每 10s 重试，3 次失败）→ WiFi → 回 4G…循环
上次 WiFi 成功：WiFi 一轮建链失败 → 4G（同上重试）→ 回 WiFi…循环

WiFi 建链子顺序（net_wifi_init，阻塞式，等待期间 vTaskDelay 让出 CPU）：
  ① 上次是配网热点：AT+CIPSTATUS 查已存 AP 自动连接（10s，STATUS:2=已拿到IP）
  ② AT+CWJAP 连代码里固定的 SSID/PASS（esp8266.h 的 WIFI_SSID/WIFI_PASS，60s 倒计时）
  ③ ESP-Touch SmartConfig 智能配网（60s 倒计时，配到的热点由模块保存）
  全部失败 → 回 4G
WiFi 运行：30s MQTT PINGREQ 心跳，连续 2 帧无应答（约 60s）判死；TCP 断开(CLOSED)/心跳超时 → 打印原因并直接整机复位重连
  （CLOSED=服务器主动断开/被平台踢下线；ping 超时=服务器无响应/假在线，最坏检测延迟 ~30s）
```

> 注：已存 AP 的判断用 `AT+CIPSTATUS` 主动查询而非被动等 `WIFI GOT IP` 打印——
> 后者在波特率同步阶段就会被清缓冲擦掉，永远等不到。

### WiFi 通道实现要点

- **TCP 透传 + 软件 MQTT**：ESP-01S 用 `AT+CIPMODE=1` + `AT+CIPSEND` 进透传，MQTT 3.1.1 协议栈在 MCU 软件实现（`HardWare/WIFI/mqtt_client.c`），不用 AT+MQTT
- **WiFi 波特率同步**：ESP-01S 出厂/RESTORE 后 115200，初始化时探测并用 `AT+UART_DEF=921600` 固化（掉电保存），MCU 侧 `UART4_SetBaudRate()` 同步；失败自动回滚维持 115200
- **接收缓冲共享**：WiFi 与 4G 互斥运行，共用 `Rx_Buf`/`U2_CopyBuff`（`stm32f1xx_it.c` 两路 IDLE 均带激活后端守卫），RAM 增量 <2KB
- **AT 应答严格匹配**：发送后才清接收缓冲（防上一条应答迟到尾巴造成"假成功"）、二进制安全匹配、收到 `ERROR`/`FAIL` 立即失败；进透传前先 `AT+CIPCLOSE` 清残留连接、`CIPMUX=0` 先于 `CIPMODE=1`
- **ORE 自愈**：921600 高波特率下 UART 溢出会让 HAL 中止 DMA 接收，`HAL_UART_ErrorCallback` 里按当前激活通道立即重新武装；DMA 填满（连续流无 IDLE 间隙）时在 `HAL_UART_RxCpltCallback` 里搬运并重启，防接收停摆
- **WiFi 通道 OTA**：支持，透传 TCP 上软件实现 HTTP Range 分块下载，见下文"OTA 升级"章节

## 4G 波特率自适应（115200 → 921600）

- Air780E 出厂/自适应模式只覆盖 9600~115200；921600 必须用 `AT+IPR` 固定。
- APP 联网时**永远先按 115200 探测**（避免向自适应侦测窗口发送其他波特率的乱码）：
  - 通 → 发 `AT+IPR=921600` + `AT&W` 固化，切换到 921600（日志出现 `baud -> 921600`）；
  - 不通（模块已固化 921600）→ 直接切 921600 连接。
- 切换由 `USART3_SetBaudRate()` 运行中重写 BRR 完成，不影响 GPIO/DMA/NVIC。

## 4G 信号检测（AT+CSQ）

- 网络附着（CGATT）成功后查询一次 `AT+CSQ`，rssi(0~31) 转百分比串口输出：`> 4G: signal 77% (rssi=24)`
- 无信号（rssi=99 或 <2）：置 `g_no_signal_detected`，与无 SIM 走同一套重试/回退 WiFi 逻辑
- 信号弱（<20%）：告警但继续联网

## GPS 定位上报（仅 4G 通道，Air780EG）

**开关**：运行时可切（与产品模式同机制）——EEPROM(173) 存 0/1，空白时用 `Inc/main.h` 的 `PRODUCT_WITH_GPS` 宏做默认值；蓝牙命令 `GPS` 查询、`GPS0` 关 / `GPS1` 开，切换后自动重启生效。关闭后不进行任何 GPS 相关 AT 交互（纯 Air780E 用）。

参考工程《air780EG-V1.1加入北斗GPS数据》移植实现（`air780e.c` 的 `air780e_gps_poll()`）。

### 工作流程

1. **GNSS 初始化**：4G 拨号（`AT+SAPBR=1,1`）成功后执行 `AT+CGNSPWR=1`（开 GNSS 电源）+ `AT+CGNSAID=31,1,1,1`（A-GPS 辅助定位）。非 EG 版本模组回 ERROR 时仅告警并关闭轮询（`s_gnss_present=0`），不影响联网
2. **周期查询**：联网 60 秒后首次查询（`GPS_FIRST_DELAY_MS`，留搜星时间），之后每 5 分钟一次（`GPS_REPORT_INTERVAL_MS`）`AT+CGNSINF`
3. **解析**：`+CGNSINF: run,fix,UTC,lat,lon,...`，手工按逗号切分（不依赖 sscanf scanset）。**定位无效（fix≠1）跳过本次上报**（室内常见），不发空串
4. **坐标转换**：WGS-84 → GCJ-02（见下节）
5. **上报**：模组内置 MQTT `AT+MPUB`，topic `/iot/data/up/<ClientID>`

### 上报格式

云平台字段标识符 **`GPS`**，**经度在前、纬度在后**（高德/GeoJSON 习惯）：

```json
{"header":"iot.prop.post","body":{"GPS":"115.924092,28.679470"}}
```

### 坐标系转换（WGS-84 → GCJ-02）

GPS 模块输出 WGS-84 原始坐标，**直接输入高德地图会有 100~600m 加密偏移**（国内地图强制使用 GCJ-02"火星坐标系"）。固件在上报前用公开标准算法完成转换（`wgs84_to_gcj02()`，三角函数近似，中国境外自动跳过），上报的坐标可直接输入高德地图/坐标拾取器。

> 注意：若改用百度地图，需要再转一层 GCJ-02 → BD-09。

### 保护机制

- OTA 下载期间（`g_net_tx_busy`）禁止 GPS 查询插队，避免污染 HTTP 数据流
- 查询等待期间有平台下行命令（`+MSUB:`）插队时主动让行，不吞继电器指令

### 使用注意

- GPS 天线需能看到天空：室内基本无法定位（`> GPS: no fix, skip` 属正常），窗边/阳台通常可定，室外最佳；冷启动首次定位约 1~3 分钟
- 验证：串口日志 `> GPS: 115.924092,28.679470`，或直接看平台 `GPS` 字段

## OTA 升级

### 流程

```text
平台下发 iot.ota.upgrade.post(url, crc16, ver)
  → APP: 模块硬复位 → HTTP HEAD 拿大小 → 擦 W25Q64 槽 B
  → 3072 字节/块分段下载（AT+HTTPPARA BREAK/BREAKEND + HTTPACTION + HTTPREAD）
  → 每块写 W25Q64 并回读校验，全程累计 CRC16
  → 整包 CRC + 栈顶/复位向量校验 → 可靠上报 result.post（等 OK + 重试）
  → 写 OTA 信息区(状态 DOWNLOADED) → 复位进 BootLoader
BootLoader:
  → 擦除备份槽 → 备份当前 APP1 到槽 A（失败则中止更新，留在旧版本）
  → 擦 APP1 → 写入新固件 → CRC + 向量校验 → 状态 INSTALLED → 跳转
新 APP 试运行:
  → MQTT 就绪 + 首次发布成功 + 3s → 上报 confirm.post
  → 确认标志写 W25Q64（回读验证 + 3 次重试）→ 版本号存 EEPROM
  → 下次启动 BL 清理 OTA 标志，升级完成
```

### Flash 分区

内部 Flash（256KB）：

| 区域 | 地址 | 大小 |
| --- | --- | --- |
| BootLoader | `0x08000000` | 32KB |
| APP1 运行区 | `0x08008000` | 224KB |

W25Q64 外部 Flash（8MB）：

| 区域 | 地址 | 用途 |
| --- | --- | --- |
| 槽 A | `0x000000` (256KB) | 当前固件备份（回滚镜像） |
| 槽 B | `0x040000` (256KB) | 新固件下载暂存 |
| 信息区 A/B | `0x080000` / `0x081000` (各 4KB) | OTA 状态双副本（magic + 序号 + checksum） |

### OTA 确认通知可靠性

- 确认通知（`iot.ota.confirm.post`）延后到首次发布成功后 **9 秒**发送，避开开机上报风暴（pow/ICCID/状态/电能挤占模组 MQTT 发送窗口）
- 本地确认标志和版本号**先于**通知落盘——通知发送失败不会导致 BL 误判回滚
- 通知未送达时每 30s 自动重试直到成功（仅补平台通知）；开机 pow/ICCID 上报间隔拉开到 300ms

### 健康检查与回退

新固件"健康" = 4G 附着 → MQTT 连接 → 首次发布成功。回退判据（**3 次真实故障**才回退）：

- **看门狗复位**（IWDG/WWDG，固件真的卡死）→ BL 计一次试错（读 `RCC->CSR` 判别）；
- **健康超时**（MQTT 就绪 1 分钟仍无首次发布）→ APP 复位前自行计一次；
- **上电/按键/普通软件复位不计次**——现场断电、断网不会误触发回退；
- 试运行期间完全断网 → 不计次、不回退，持续等待网络恢复。

### 掉电/断网安全性

| 故障点 | 结果 |
| --- | --- |
| 下载中断网/掉电 | 信息区未更新，旧固件照常运行，平台可重推 |
| BL 备份阶段掉电 | `backup_valid=0`，重启后重新备份 |
| BL 擦写 APP1 中途掉电 | 状态 `COPYING` 视为 `DOWNLOADED`，重启后完整重做（备份不会被坏镜像覆盖） |
| 备份创建失败 | **中止更新**，留在旧版本，下次重启重试 |
| 回退过程掉电 | 重启后重新执行回退拷贝 |

### 其他要点

- **双通道均支持 OTA**：4G 用模组内置 HTTP（`AT+HTTP*` 分块）；WiFi 通道由 MCU 在透传 TCP 上软件实现 HTTP **Range 分块下载**（`NETWORK/net_wifi_ota.c`）：
  - 流程：收 OTA 指令 → 停投喂 → `+++` 退透传（MQTT 连接被顶替，单连接限制）→ 连固件服务器 → 每 3072B 一个 `GET`（`Range: bytes=off-end`，MCU 自定节奏，防止服务器一次灌爆接收缓冲）→ 每块写 W25Q64 槽 B + 回读校验 + 累计 CRC16 → 整包 CRC + 固件头校验 → 重连 MQTT 上报 result → 写信息区复位进 BL
  - 下载期间 MQTT 断开属正常，进度只在开始/结束上报；失败自动重连 MQTT 恢复业务
- OTA 触发时先强制停止投喂（断开继电器 1）
- 下载期间其余任务（秤轮询/LED/电量/蓝牙命令）由 RTOS 调度照常并发运行，业务状态上报暂时屏蔽
- 分段接收按 `+HTTPREAD: <len>` 声明长度收齐即处理，无静默等待；40KB 固件全程约 38 秒（含模块复位重连 ~15s）

## 主要功能

1. **双通道 MQTT 联网**：4G(Air780E/EG) 优先 + WiFi(ESP-01S) 兜底自动切换，见上文"双通道网络"
2. **远程控制**：平台下发开关 `sw1/sw2/sw3/sw4`、`feeding` 指令（投料机模式下 `sw1` 被忽略，投喂只能走 `feeding`）
3. **自动投喂**（`PRODUCT_WITH_FEED_SCALE = 1`）：
   - 平台设置单次投喂量 `onceWt`
   - 平台下发 `feeding=true` 启动投喂
   - 继电器 1 吸合，RS485 秤实时读取重量
   - 当重量减少 ≥ `onceWt` 时自动停止，带重量反增与 10 分钟超时保护
4. **去皮/标定**：平台设置 `zero` 空载重量，设置后按最新原始重量重新计算剩余料重并立即上报
5. **GPS 定位上报**：见上文专题（仅 4G 通道）
6. **4G 信号检测**：见上文专题
7. **OTA 升级**：见上文专题（4G/WiFi 双通道均支持）
8. **蓝牙调试**：USART1 支持 `RESET/INFO/STATUS/R1ON~R4OFF/ALLON/ALLOFF/OTA/RECOVERY/HELP` 等命令
9. **掉电安全（断电记忆）**：联网成功（MQTT 首次就绪）后按 EEPROM 恢复继电器上次状态，随后全量上报让平台与电路一致
   - 无秤模式（`PRODUCT_WITH_FEED_SCALE = 0`）：**四路全部恢复**（含 SW1）
   - 投料机模式（`PRODUCT_WITH_FEED_SCALE = 1`）：**继电器 1 不恢复且上电强制断开**（防止误投料浪费饲料），继电器 2~4 恢复

## EEPROM 布局（AT24C02，256 字节）

上电由 `eepromReadInfo()` 读取并按 Magic 校验；配置损坏/未初始化时回退到 `main.h` 的编译期默认值并重新写入。

| 偏移 | 大小 | 内容 |
| --- | --- | --- |
| 0~19 | 20B | `ClientID` MQTT 客户端 ID |
| 20~39 | 20B | `Username` |
| 40~59 | 20B | `Passward` |
| 60~79 | 20B | `ServerIP` |
| 80~99 | 20B | `Topic`（下行主题前缀 `/iot/data/down/`） |
| 100~101 | 2B | `ServerPort` |
| 102~108 | 7B | `Relay_State[7]`：[1..4] 四路继电器掉电记忆状态，[0] 保留，[5][6] 未用 |
| 112~115 | 4B | `Magic`（0xDEADBEEF，检测 EEPROM 是否已初始化；109~111 为对齐填充） |
| 116~117 | 2B | `Ver` OTA 固件版本号（确认后落盘，断电保持） |
| 120~121 | 2B | 秤参数：去皮/空载重量 `zero`（0.1KG 单位，仅称重模式） |
| 122~123 | 2B | 秤参数：单次投喂量 `onceWt`（0.1KG 单位，仅称重模式） |
| 124 | 1B | 秤参数初始化标志 |
| 130 | 1B | 上次成功联网方式：0=4G，1=WiFi固定热点，2=WiFi配网热点（仅变化时写） |
| 132~157 | 26B | 蓝牙名称配置缓存（命中则开机跳过蓝牙 AT 设置流程） |
| 160 | 1B | 日志等级（0~5：TRACE/DEBUG/INFO/WARN/ERROR/FATAL） |
| 164~171 | 8B | HLW8032 累计脉冲数（uint64，每攒 0.1kWh + 断电前写入） |
| 172 | 1B | 产品模式：0=四路继电器(无秤)，1=称重投料(带秤)，空白时用 main.h 宏默认值（蓝牙 SCALE0/SCALE1 切换） |
| 173 | 1B | GPS 定位开关：0=关，1=开，空白时用 main.h 宏默认值（蓝牙 GPS0/GPS1 切换，重启生效） |
| 175~194 | 20B | OTA 平台任务 id（下载开始时写入，重启确认补发 result.post 成功后清 0xFF） |
| 250 | 1B | 探测字节（上电写 0xA5 回读，验证 I2C 通信） |

> 注意：改 `MqttInfo_Str` 结构体会改变上述偏移，秤参数（120+）和联网方式（130）在
> `feed_scale.c` / `network.c` 里是独立宏定义，需同步避让。

## 平台数据字段

| 字段 | 含义 | 说明 |
| --- | --- | --- |
| `ver` | 固件版本号 | 每次状态上报携带，平台可据此识别设备是否发生回退 |
| `weight` | 剩余料重（净重） | 与平台物模型一致 |
| `zero` | 空载重量（去皮） | 与平台物模型一致 |
| `onceWt` | 单次投喂量 | 每次投喂目标重量；**无秤模式不上报、下发设置被拒绝** |
| `sw1` / `feeding` | 第一路继电器状态 | 1=投喂中，0=停止；无秤模式下两字段**同时上报**，平台两个开关同步刷新 |
| `sw2~sw4` | 备用继电器状态 | 0/1 |
| `pow` | 电量状态 | 1=正常，0=低电量 |
| `energy` | 累计消耗电量 | HLW8032 计量，单位 kWh，两位小数（>10W 每 30s，否则首次+开关切换） |
| `power` | 实时功率 | HLW8032 计量，单位 W，一位小数，与 energy 同一条报文上报（策略同 energy） |
| `iccid` | SIM 卡号 | 仅 4G 通道，MQTT 连上后随 pow 上报一次，用于物联网卡套餐查询缴费 |
| `fwver` | 代码版本字符串 | 格式 `FIRMWARE_VERSION_STR`+`:`+EEPROM 版本序号（如 "1.5.0:15"），字符串类型，每次重启联网后上报一次（与状态大报文中的整数 `ver` OTA 版本号区分开） |
| `GPS` | 定位坐标 | 仅 4G 通道(Air780EG)，GCJ-02 高德坐标系，格式 `"经度,纬度"`，每 5 分钟上报 |

> 注：`zero`（剩余料重）与 `onceWt` 为称重模式专用字段——`PRODUCT_WITH_FEED_SCALE=0` 时状态上报不携带这两个字段，平台下发设置会收到 `no scale on this device` 拒绝应答。

下行报文由 `m_app/proto.c` 按键名定位解析（`"sw2"` 不会误中 `"sw21"`，其他字段里的 true/false 不会造成误判）。

## 产品模式（带秤/无秤，运行时可切）

`PRODUCT_WITH_FEED_SCALE` 从纯编译宏改为**运行时可切换**：模式存 EEPROM(172)，空白时用 main.h 宏做默认值。蓝牙命令：`SCALE` 查询，`SCALE0`=四路继电器(无秤)，`SCALE1`=称重投料(带秤)，**切换后自动重启生效**（初始化路径不同，必须重启）。影响范围：状态上报字段(zero/onceWt)、sw1/feeding 指令语义、继电器 1 断电记忆策略、秤轮询开关。

## 串口调试命令

通过 USART1（蓝牙串口）发送：

```text
RESET    - 系统复位
INFO     - 打印 MQTT 配置
STATUS   - 打印继电器状态
R1ON     - 打开继电器 1
R1OFF    - 关闭继电器 1
R2ON/R2OFF ~ R4ON/R4OFF - 控制继电器 2~4
ALLON    - 打开所有继电器
ALLOFF   - 关闭所有继电器
OTA      - 复位进入 BootLoader 检查升级
RECOVERY - WiFi 模块 AT+RESTORE 恢复出厂（忘掉已存热点）+ 整机复位，用于测试 SmartConfig
BLESET   - 强制重新设置蓝牙名称/GATT UUID（清 EEPROM 缓存后重跑配置流程）
LOG      - 查询当前日志等级
LOGTRACE/LOGDEBUG/LOGINFO/LOGWARN/LOGERROR/LOGFATAL
         - 设置日志等级（写入 EEPROM，断电不丢）
HELP     - 显示支持命令
```

SmartConfig 测试流程：关掉固定热点 → 发 `RECOVERY` → 设备复位走完 4G 重试进入 WiFi → 固定热点(60s) 失败后自动进 SmartConfig（60s 倒计时）→ 用 ESP-Touch APP 广播密码；配网成功后下次开机按记忆优先 `AT+CIPSTATUS` 秒连已存热点（无需再配）。

## 蓝牙模块配置（HLK-B40）

- **接线**：模块 UART0_TXD/RXD 接 USART1（PA10/PA9），PC5（功能键）接 **PB0**（开漏输出）
- **上电自动配置**（`ble_at.c`）：拉低 PC5 1s 进 AT 模式 → 设 `AT+NAME=<BLE_NAME>` → 设 GATT UUID（默认 `FFE0` 服务 + `FFE1` 收发共用特征，JDY-31/HM-10 同款，通用 BLE 串口 APP 可连）→ `AT+REBOOT` 生效
- **发射功率可调**：`main.h` 的 `BLE_TX_POWER` 宏（AT+RFPOWER，1~18 级，出厂默认 8）——多台设备同场所时调小（如 1~3）缩短搜索距离避免认错；缓存同时记录功率值，改宏后下次开机自动重设一次
- **零窗口设计**：配置成功后将名称缓存进 EEPROM（偏移 132），之后每次开机命中缓存就**完全跳过 AT 流程**——蓝牙 APP 不再断联，开机最早的重启原因/重启记录日志都能实时看到；只有代码里改了 `BLE_NAME`（main.h）才会自动重设一次
- **手动重设**：蓝牙命令 `BLESET`（清缓存强制重跑）
- **日志等级**：`LOG` 查询，`LOGTRACE~LOGFATAL` 六档切换，写 EEPROM（偏移 160）断电保持。档位即"输出阈值"——只打印该级及以上：

| 命令 | 级别 | 输出内容 | 适用场景 |
| --- | --- | --- | --- |
| `LOGTRACE` | 0 最细 | 全部（当前≈DEBUG） | 底层逐字节排查 |
| `LOGDEBUG` | 1 调试（默认） | AT 指令交互、连接细节、正常运行信息 | 现场排查 |
| `LOGINFO` | 2 信息 | 联网成功、继电器动作、重启记录、警告/错误 | 日常观察 |
| `LOGWARN` | 3 警告 | 仅警告/错误（AT 超时、无 SIM、掉线复位） | 稳定运行免打扰 |
| `LOGERROR` | 4 错误 | 仅错误（踢下线、心跳超时、CRC 失败） | 只看故障 |
| `LOGFATAL` | 5 致命 | 全部静音 | 极端安静 |

- USART1 接收中断带 ORE 自愈（`HAL_UART_ErrorCallback` 自动恢复接收，蓝牙模块重启乱码不会把命令通道打死）

## 代码分层（APP）

`main.c` 只保留初始化和调度器启动，逻辑全部下沉到任务与模块：

```c
int main(void)
{
    SCB->VTOR = FLASH_BASE | Application_1_Addr;
    Board_Init();        // 基础硬件：HAL/时钟/GPIO/DMA/UART/看门狗（SYSINIT/system.c）
    app_init();          // 业务模块初始化（SYSINIT/app_loop.c）
    app_rtos_start();    // 创建 net/app/sys 任务 + 启动调度器，不再返回
}
```

## 目录结构

```text
STM32F103_App1/
├── Src/
│   ├── main.c              # 仅 VTOR + Board_Init/app_init/app_rtos_start
│   └── stm32f1xx_hal_timebase_tim.c  # TIM2 作 HAL 时基（SysTick 归 FreeRTOS）
├── Inc/
│   ├── main.h              # 产品型号宏 PRODUCT_WITH_FEED_SCALE、MQTT 默认配置
│   └── FreeRTOSConfig.h    # RTOS 配置（堆10KB/钩子/中断阈值，含内存预算注释）
├── Middlewares/
│   └── FreeRTOS/Source/    # FreeRTOS V10.0.1 内核（tasks/queue/list + ARM_CM3 port + heap_4）
├── m_app/
│   ├── proto.c/h           # 平台 JSON 报文取值工具（按键名定位）
│   ├── ota_app.h           # Flash 分区定义（BootLoader 32K + APP1 224K）
│   └── boot_share.h        # BL↔APP 共享 RAM 结构（复位原因/运行时长/原因码）
├── HardWare/
│   ├── USER_CMD/           # 蓝牙串口命令处理
│   ├── FEED_SCALE/         # RS485 喂料秤与定量投喂状态机
│   ├── RELAY/              # 继电器控制、反馈检测、平台指令执行、断电记忆恢复
│   ├── NETWORK/            # 网络层：network.c 通道切换/统一分发 + net_wifi.c WiFi 后端 + net_wifi_ota.c WiFi OTA
│   ├── WIFI/               # esp8266.c ESP-01S AT驱动/透传/SmartConfig + mqtt_client.c 软件MQTT
│   ├── CAR/                # Air780E/EG AT 驱动、波特率自适应、CSQ 信号检测、GNSS 定位、OTA 下载
│   ├── UART/               # USART1/2/3+UART4/5 初始化、运行中切波特率、中断/DMA 接收、ORE 自愈
│   ├── HLW8032/            # 电能计量（UART5 帧解析、PF 脉冲累计、kWh 换算、EEPROM 持久化）
│   ├── 24C02/              # EEPROM 读写（页写入，带跨任务互斥锁）
│   ├── IIC/                # 软件 I2C（带总线恢复：SDA 被拉死时补 9 时钟释放）
│   ├── ADC/                # 电池电压检测（0~100% 限幅、掉电去抖判定）
│   ├── LED/                # 指示灯（LED2 兼任 TPL5010 喂狗）
│   ├── LOG/                # 分级日志（USART1 输出，带互斥锁；log_cn.c 中文格式串）
│   ├── SYSINIT/            # Board_Init/IWDG、app_init、RTOS 任务、reset_log 重启记录
│   └── W25Q64/             # 外部 Flash 驱动与 OTA 双槽信息区（带跨任务互斥锁）
└── MDK-ARM/                # Keil 工程文件

STM32F103_BootLoader/
├── Src/main.c              # 硬件初始化 + IWDG + 入口
├── m_app/ota_boot.c        # OTA 状态机：备份/烧录/回退 + 复位原因透传 + 主电源门禁 + 无APP重试
├── m_app/boot_share.h      # 与 APP 共享的 RAM 结构定义（同一份拷贝）
├── HardWare/W25Q64/        # 外部 Flash 驱动（与 APP 共用设计）
├── HardWare/LOG/           # 分级日志（与 APP 相同）
└── MDK-ARM/                # Keil 工程文件
```

## 编译烧录

**Keil GUI**：

1. 打开 `MDK-ARM/STM32F103rb_App1.uvprojx`（BootLoader 工程同理）
2. 按产品形态设置 `Inc/main.h` 中的 `PRODUCT_WITH_FEED_SCALE`
3. 编译下载（先烧 BootLoader 到 `0x08000000`，APP1 起始地址 `0x08008000`）
4. 首次启动会自动把默认 MQTT 配置写入 AT24C02

**命令行**（CI/脚本可用）：

```bash
# 编译（Keil 安装目录的 UV4，-r 全量 -b 增量，-o 输出日志）
/c/Keil_v5/UV4/UV4.exe -r -j0 STM32F103rb_App1.uvprojx -o build.txt

# 烧录（J-Link 命令脚本，工程 MDK-ARM 目录下有现成的 jlink_flash.jlink）
JLink.exe -CommanderScript jlink_flash.jlink
```

## 版本

- Version: 1.5.0
- Author: Helei