三原色教学设备
ESP32-S3 主机、ESP32 从机与 uni-app 上位机组成的无线分布式 RGB 教学演示系统。
核心亮点 / Highlights
我的职责 / Ownership
01
设计 ESP32-S3 主机 APSTA 网络，SoftAP 提供 TCP 服务，STA 侧维持 ESP-NOW 主站。
02
实现 ESP32 从机注册、心跳、离线检测和 RGB 数据回传，避免 UI 与无线收发互相阻塞。
03
开发 HBuilderX/uni-app 上位机，支持连接主机、选择在线设备、给模型区域下发绑定指令。
04
梳理 APP、TCP、ESP-NOW、LVGL 的任务边界，形成从指令下发到实物发光的闭环展示。
代码仓库 / Repositories
系统架构 / Architecture
工程要点 / Engineering Notes
通信链路
- APP 连接主机 SoftAP ESP32_TCP_AP，访问 192.168.4.1:3333。
- APP 下发 JSON：{"device":id,"region":part}。
- 主机通过 ESP-NOW 向从机发送 part:<编号>，从机回传 part/RGB。
并发与稳定性
- ESP-NOW、TCP socket 和 LVGL 拆到任务上下文，避免无线回调里做重活。
- 主机维护在线从机列表，并用约 6 s 离线超时刷新设备状态。
- ESP-NOW 与 SoftAP 固定在 channel 1，降低 APSTA 信道漂移风险。
人机交互
- 主机 4.3 寸 LVGL 显示 TCP 状态、在线从机、部位编号和最近颜色。
- 从机使用 320x240 SPI LCD + FT6336 触摸进行 RGB 调节。
- WS2812B 输出直接展示学生调出的三原色混色效果。
实物证据 / Field Evidence
验证闭环 / Verification
- 01手机或电脑连接 ESP32_TCP_AP，APP 建立 192.168.4.1:3333 TCP 连接。
- 02多个从机上电后，主机 LVGL 能显示在线数量；断电从机约 6 s 内变为离线。
- 03在 APP 为设备选择模型区域，串口日志能确认 TCP JSON 被转换为 ESP-NOW part 指令。
- 04从机触摸调节 RGB 后，WS2812B 颜色变化，主机与 APP 区域颜色同步刷新。
智能办公系统
基于 CH32V307、FreeRTOS、MQTT 与 BLE 双链路的多参数办公环境控制平台，覆盖环境感知、云端联动、App 控制和串口屏本地交互。
核心亮点 / Highlights
我的职责 / Ownership
01
独立设计硬件电路，重构射频模块稳压与滤波链路，通过储能电容、去耦布局和供电分区缓解高频发包时的瞬态压降死机问题。
02
基于 FreeRTOS 拆分传感采集、控制计算、通信收发、串口屏刷新和异常监测任务，使用队列/事件同步关键状态，避免控制环被网络 I/O 阻塞。
03
编写并调优 PID 控制算法，对风扇、照明等执行端输出做限幅、斜坡和平滑滤波，降低调节震荡并把稳态误差控制在 5% 以内。
04
设计 Wi-Fi + BLE 双链路容灾策略，App 优先走 MQTT 云端链路，弱网断连后 500ms 内降级到 BLE 直连，并保持本地串口屏可独立操作。
系统架构 / Architecture
工程要点 / Engineering Notes
硬件可靠性
- 针对射频模块高频发包瞬间电流尖峰，重新梳理稳压、储能、去耦和地回流路径，降低瞬态压降触发复位的概率。
- 将射频供电与主控/执行端负载做分区处理，关键电容靠近模块电源脚布置，减少长线压降和高频噪声耦合。
- 把传感器、串口屏、执行端接口分层接入主控，便于后续替换不同办公负载而不影响核心控制逻辑。
实时控制
- FreeRTOS 中将采集、滤波、PID、通信、HMI 刷新拆成独立任务，控制任务只消费稳定后的状态快照。
- PID 输出增加限幅、死区和斜坡处理，避免执行器在目标值附近反复抖动，滤波后控制误差稳定在 5% 以内。
- 串口与外设收发使用 DMA 无阻塞机制，把 CPU 的 I/O 轮询开销由约 30% 压缩到 5% 以内。
端云协同
- Wi-Fi 链路通过 MQTT 上报环境状态和执行器反馈，云端以 JSON 协议承载参数、模式和告警信息。
- BLE 直连作为弱网兜底链路，断连检测后快速切换到本地控制通道，App 侧保持相同的参数配置入口。
- 串口屏提供本地状态看板和手动控制入口，即使云端不可用也能完成核心办公环境调节。
实物证据 / Field Evidence
验证闭环 / Verification
- 01连续触发 Wi-Fi/MQTT 高频上报，观察主控不复位、串口屏不断连，供电波形无明显跌落到复位阈值以下。
- 02阶跃调整风扇或照明目标值，记录 PID 响应曲线，确认无持续震荡且稳定误差 ≤5%。
- 03模拟弱网或断开 Wi-Fi，App 在 500ms 内切换到 BLE 直连，控制指令和状态回显保持连续。
- 04开启 DMA 收发路径后对比任务运行统计，确认 I/O 轮询开销由约 30% 降至 ≤5%，高负载下无界面卡顿。
- 05端-云-App 长时间联调，校验 MQTT JSON 上报、云端解析、App 回显与串口屏状态一致，未出现解析丢包。
商用级智能吸管流速检测系统
围绕商用吸管/软管液路的流速检测预研与工程落地，完成热飞行时间、光电+气压融合、透射式超声波无接触测量和 OTA 算法迭代链路验证。
核心亮点 / Highlights
我的职责 / Ownership
01
主导流速传感底层机制预研，独立完成热飞行时间、光电+气压多模态传感融合和透射式超声波无接触测量的对比验证。
02
对标国外竞品的底层采集链路和驱动能力，重构适配多款 32 位 MCU 的寄存器级 I2C/UART/DMA 驱动与状态机框架。
03
独立设计并落地基于双区备份的高可靠 OTA Bootloader 架构，为后续核心算法版本远程无感迭代提供通道。
04
负责数据采集链路系统级调优，引入 DSP 硬件库加速浮点运算，配合 DMA 全异步搬运压缩主控 CPU 负载。
系统架构 / Architecture
工程要点 / Engineering Notes
机制预研
- 完成热飞行时间、光电触发、气压扰动和透射式超声波多路线对比，按功耗、误差、堵塞风险和可量产性做技术决策。
- 热飞行方案实测瞬时峰值约 2W，且对液体粘度和固形物干涉敏感，最终作为高风险路线及时止损。
- ToF 与气压模型误差收敛至 10% 以内，为后续算法版本和超声波主路线提供标定基线。
驱动与 OTA
- 对多款 32 位 MCU 做寄存器级适配，统一 I2C/UART 采集、DMA 搬运、错误状态和超时恢复策略。
- 双区 OTA Bootloader 使用 A/B 固件区和回滚策略，确保算法包远程升级失败时仍可回到上一稳定版本。
- 采集链路采用状态机组织空管、无信号、坏数据、耦合异常和正常测量状态，避免业务层直接处理底层毛刺。
性能调优
- 引入 DSP 硬件库加速滤波、拟合和浮点运算，降低主循环中数学计算的占用时间。
- DMA 负责采样数据和串口日志的异步搬运，主控只处理完成事件和数据窗口，减少阻塞式轮询。
- DSP + DMA 联合调优后，主控 CPU 负载压缩约 50%，为更高采样率和远程升级任务预留余量。
实物证据 / Field Evidence
验证闭环 / Verification
- 01在热飞行时间样机上记录峰值功耗、温升和粘度变化下的响应曲线，确认 2W 峰值功耗和粘度干涉风险。
- 02用量筒/软管/气压模块搭建标定台，比较 ToF 与气压流速模型输出，确认误差收敛至 ≤10%。
- 03透射式超声波夹具连续跑空管、带水、耦合不良和固形物干涉场景，串口日志能区分 timeout、bad data 和正常测量。
- 04开启 DSP 与 DMA 路径前后对比 CPU 占用，确认主控负载压缩约 50%，采集链路仍保持异步无阻塞。
- 05通过双区 OTA 通道下发算法版本，验证升级、失败回滚和运行区切换流程，确保后续远程迭代可用。
继续完善方向
把作品讲成完整工程，而不是一张效果图。
三原色教学设备已经补上主机、从机、上位机仓库、实物照片、协议链路和验证清单。下一步可继续补演示视频、原理图、串口日志和教学场景说明。