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基于 STM32F407 + FreeRTOS + LVGL 开发工业级边缘网关，在 V1 版本基础上完成功能迭代，新增Flash分区管理、系统日志、日志浏览、独立看门狗、故障自复位、低功耗息屏、MQTT自动重连，具备传感器采集、本地可视化、云端上报、断网缓存&自动补传全链路能力，适配工业现场7×24小时无人值守场景。

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# 工业物联网边缘网关 V2.0
基于 STM32F407 + FreeRTOS + LVGL 开发工业级边缘网关，在 V1 版本基础上完成功能迭代，新增**Flash分区管理、系统日志、日志浏览、独立看门狗、故障自复位、低功耗息屏、MQTT自动重连**，具备传感器采集、本地可视化、云端上报、断网缓存&自动补传全链路能力，适配工业现场7×24小时无人值守场景。

---

## 系统架构
```
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        巴法云 MQTT 服务器                      │
│                      (bemfa.com:9501)                         │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ▲
                              │ Wi-Fi (MQTT 透传模式)
                              ▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   边缘网关 (STM32F411CEU6)                     │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │ 2.8寸SPI触摸屏(LVGL)  数据展示/日志浏览/状态显示       │    │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘    │
│  ┌────────────┐  ┌────────────┐  ┌────────────┐             │
│  │ FreeRTOS   │  │ W25Q64     │  │ ESP8266    │             │
│  │ 多任务调度 │  │ 4MB日志区  │  │ Wi-Fi AT模块 │             │
│  │ +看门狗任务│  │ 4MB缓存区  │  │ TCP透传通信 │             │
│  └────────────┘  └────────────┘  └────────────┘             │
│         │                                     │
│    SP3485(TTL↔RS485)                          │
│         │                                     │
└─────────┼─────────────────────────────────────┘
          │ RS485总线
    ┌─────┼─────┐
    ▼     ▼     ▼
温湿度  光照  扩展
传感器 传感器 设备
```

---

## 硬件清单
| 物料 | 型号 | 用途 |
|:---|:---|:---|
| 主控 | STM32F411CEU6 | 主控制器，运行所有业务逻辑 |
| 显示屏 | 2.8寸 SPI 触摸屏 | LVGL 图形交互、数据展示 |
| Wi-Fi模块 | ESP8266(AT固件) | Wi-Fi联网、MQTT报文传输 |
| RS485收发器 | SP3485 | 电平转换，Modbus总线通信 |
| 传感器 | 温湿度/光照Modbus从机 | 环境数据采集 |
| 片外Flash | W25Q64(8MB) | 前4MB日志区、后4MB数据缓存区 |
| 调试器 | ST-Link V2 | 程序下载与在线调试 |
| 配件 | 120Ω终端电阻、线材 | RS485阻抗匹配、线路连接 |

### 引脚分配
| 外设 | 引脚 | 通讯参数 |
|:---|:---|:---|
| USART1(ESP8266) | PA9(TX) / PA10(RX) | 115200-8-N-1 |
| USART2(RS485) | PA2(TX) / PA3(RX) | 9600-8-N-1 |
| RS485方向 | PB0 | 高电平发送，低电平接收 |
| SPI1(LCD) | PB3/PB4/PB5 | SPI通信 |
| SPI2(W25Q64) | PB12~PB15 | Flash读写 |
| LCD背光 | PA8 | 背光开关控制 |

---

## 软件架构
### FreeRTOS 任务划分
| 任务 | 优先级 | 栈大小 | 核心职责 |
|:---|:---:|:---|:---|
| UI任务 | AboveNormal | 1024 | LVGL界面刷新、页面跳转、息屏控制 |
| 传感器任务 | Normal+1 | 512 | Modbus多从机轮询采集 |
| MQTT任务 | Normal | 512 | 数据上报、离线缓存、自动补传 |
| 网络任务 | Normal | 512 | 心跳检测、自动重连 |
| 看门狗任务 | Highest | 512 | 定时喂狗，故障自复位 |

### 任务同步机制
- 消息队列：传递传感器数据、UI刷新指令
- 互斥锁：保护串口、Flash等共享资源，防止并发冲突
- 全局状态标志：标记网络在线/离线状态

---

## 核心功能（V1基础 + V2新增）
### 1. Modbus-RTU 协议（手写实现）
- 支持多从机轮询，适配温湿度、光照传感器，可灵活扩展设备；
- 实现**CRC16查表算法**，搭配双超时机制，保证总线通信稳定；
- 直接操作串口寄存器收发数据，规避HAL库阻塞问题。

### 2. MQTT 3.1.1 协议（手写裸协议）
- 手动封装连接、订阅、发布、心跳全套二进制报文，无第三方依赖；
- 基于ESP8266透传模式对接**巴法云MQTT平台**；
- 新增**心跳检测+自动重连**，网络异常自动恢复连接。

### 3. SPI Flash 分区管理（V2核心新增）
将8MB W25Q64划分为两个独立分区，各司其职：
1. **4MB 运行日志区**
   统一日志接口，分级记录设备运行、网络、异常事件；日志循环覆盖，LVGL页面**倒序查看**（新日志置顶）。
2. **4MB 离线缓存区**
   基于**环形缓冲区+魔术字**实现断电续写；断网自动存数据，重连后**分批自动补传**；数据上报后仅修改标记实现逻辑删除，减少Flash擦除损耗。

### 4. 独立看门狗 & 故障自愈（V2新增）
- 片内IWDG独立看门狗，溢出时间20s，高优先级任务3s定时喂狗；
- 系统卡死、任务死锁时**自动硬件复位**，满足工业7×24小时运行要求。

### 5. 低功耗智能息屏（V2新增）
- 设备10秒无数据/触摸动作，自动关闭LCD背光；
- 数据更新、触摸操作时自动亮屏，有效降低整机功耗。

### 6. LVGL 图形界面（V2新增日志页）
- 主界面：传感器数据、进度条、设备状态、运行时长实时展示；
- 新增**日志浏览页面**，支持页面切换、触摸交互；
- 自定义中文字体，控件按需刷新，优化CPU占用。

---

## 常见问题与解决方案
| 问题现象 | 解决方案 |
|:---|:---|
| Modbus数据异常 | 核对RS485 A/B线，增加终端电阻 |
| MQTT连接失败 | 重新核算报文长度，检查WiFi/平台配置 |
| 意外自动复位 | 提高喂狗任务优先级，保证正常喂狗 |
| 日志无显示 | 上电初始化日志写指针，校验魔术字 |
| 串口死锁 | 规范互斥锁使用，避免嵌套加锁 |
| 息屏无法唤醒 | 动作触发时重置空闲计时、点亮背光 |

---

## 快速使用
1. **硬件接线**：严格对照引脚表接线，所有模块共地，ESP8266独立供电；
2. **固件要求**：ESP8266烧录标准AT固件，STM32使用Keil/STM32CubeIDE编译烧录；
3. **平台配置**：注册巴法云，修改代码内WiFi信息、设备UID与主题；
4. **运行测试**：上电自动联网采集、上传数据；断网自动缓存，重连自动补传；点击日志按钮查看运行记录。

---
## 演示视频
 https://b23.tv/ZlZw7Q6

## 项目结构
```
EdgeGateway_V2/
├── Core/          主程序、外设/RTOS初始化、中断服务
├── Drivers/       板级驱动、Modbus、ESP8266底层
├── Middlewares/   FreeRTOS、LVGL、Flash管理组件
├── Tasks/         所有业务任务函数
├── UI/            LVGL页面、自定义字体
├── Flash/         分区、环形缓存、日志逻辑
└── README.md
```

## 技能标签
`STM32F4` `HAL库` `FreeRTOS` `LVGL` `Modbus RTU` `MQTT` `ESP8266` `RS485` `SPI Flash` `W25Q64` `独立看门狗` `CRC16` `环形缓冲区` `断网续传` `自动重连` `系统日志` `低功耗`

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