简介这份2024年蓝桥杯第十五届物联网省赛完整代码面向备赛选手与嵌入式学习者聚焦矩阵按键扫描、LoRa无线通信和电位器模拟量采集等赛题核心任务可用于复盘省赛方案、搭建双机通信实验及查补STM32开发短板。压缩包共371个文件、约11.27MB以C语言源文件和H头文件为主体配合Keil工程配置、STM32CubeMX初始化文件、编译中间文件及HEX烧录文件完整保留从外设初始化到应用逻辑的工程结构。现有189人学习说明其在物联网赛题圈具有一定参考价值。代码按LoRa A、LoRa B两套工程组织便于对照理解点对点收发流程读者可从中梳理矩阵按键消抖与键值映射、ADC电位器取值处理、LoRa数据封装发送与接收解析以及低功耗MCU外设驱动和调试排错思路适合作为赛前训练与工程实践的对照样本。1. 四小时里真正拖慢你的往往不是难题板子发下来、电源灯亮起真正吃掉时间的常常是这些情况矩阵按键按一下上报三次或者长按没有反应电位器旋到中间串口打印的数值在 ±40 之间乱跳LoRa 一端已经发出另一端等了几十秒也没有回应。2024 蓝桥杯 15 届物联网省赛里矩阵按键、LoRa 通信、电位器取值这三件事都属于“原理半小时能讲完、现场调两小时不一定稳”的活卡人的多半是时序、状态机和参数对齐而不是算法。这篇把这三块拆成一套能直接搬进工程的骨架按键用状态机消抖电位器用 DMA 加三级滤波LoRa 用定长头加变长负载并配合超时重发。备赛的人可以照着搭拿 LoRa 做点对点采集节点的人也能直接借用。2. 骨架先立住10 ms 时间片、按键状态机与不阻塞的主循环2.1 三个模块怎么分层文件怎么放先把“谁该干什么”定下来后面调试才有地方下手。矩阵按键、电位器、LoRa 这三块最忌讳的是把它们揉进main.c一个大循环里按键扫描里顺手发一帧 LoRaADC 采完直接在中断里做浮点滤波最后谁卡住谁都说不清。我一般按四层拆文件职责不该做的事bsp_key.c/h行列扫描、消抖状态机、事件入队不解析业务不直接点灯bsp_adc.c/h定时触发采样、DMA 搬运、滤波、标定换算不决定数据发不发、发给谁bsp_lora.c/h模块上电时序、参数下发与回读、收发字节流不管帧里第几个字节是什么app_proto.c/h帧组装、CRC、序号、超时重发不碰 GPIOapp_sched.c/h时间片调度、任务注册不写业务逻辑分层的实际收益在改动需求时最明显赛题里常见的“按键从控制本地灯改成上报到对端”只动app层两个函数如果按键扫描和 LoRa 打包写在一起这种改动就是全线返工。另一条经验是 BSP 层只做“引脚级动作”函数里不要出现HAL_Delay(500)这种写法一旦延时跨过 50 ms按键扫描周期就被拉长手感立刻发飘。2.2 用 HAL_GetTick 做时间片主循环不再被 HAL_Delay 卡死四个任务按键 10 ms、电位器上报 50 ms、LoRa 链路推进 200 ms、界面刷新 500 ms。调度器不复杂一个结构体数组加一个 tick 比较就够/* app_sched.h */ #include stdint.h typedef struct { uint32_t period; /* 周期单位 ms */ uint32_t last; /* 上次执行的时刻 */ void (*task)(void); /* 任务函数必须短小、不阻塞 */ } task_t; void sched_run(void); /* app_sched.c */ #include app_sched.h #include bsp_key.h #include bsp_adc.h #include bsp_lora.h #include app_proto.h static task_t g_tasks[] { { 10, 0, key_task_scan }, /* 10 ms 扫一次键盘够快也不浪费 */ { 50, 0, adc_task_report }, /* 50 ms 取一次滤波结果 */ { 200, 0, lora_task_poll }, /* 200 ms 推进一次链路状态机 */ { 500, 0, ui_task_refresh }, /* 500 ms 刷一次显示 */ }; #define TASK_NUM (sizeof(g_tasks) / sizeof(g_tasks[0])) void sched_run(void) { uint32_t now HAL_GetTick(); for (uint32_t i 0; i TASK_NUM; i) { /* 无符号相减天然处理 tick 回绕49 天一次但别赌 */ if ((uint32_t)(now - g_tasks[i].last) g_tasks[i].period) { g_tasks[i].last now; g_tasks[i].task(); } } } /* main.c 里 */ int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); bsp_key_init(); bsp_adc_init(); bsp_lora_init(); while (1) { sched_run(); } }逻辑上只有两点值得强调。一是now - last必须用无符号减法再比较写成now last period在 tick 回绕时会整整停一个周期这种 bug 一年可能只出现一次排查起来却非常麻烦。二是任务函数里禁止长时间等待lora_task_poll只推进一步状态机就返回真正的“等应答”靠记录时间戳加超时判定而不是while (!rx_flag);。参数怎么定按键 10 ms 是最低要求低于 5 ms 会被机械抖动吃掉 CPU高于 20 ms 长按计数误差就明显链路推进 200 ms 取决于空中时间SF9/BW125 发一帧 20 字节约 200 ms状态机周期比它小才不会漏判超时。任务表里每个周期都写注释说明依据三个月后回看才不会乱改。2.3 矩阵按键扫描逐行拉低、列线上拉、30 us 等电平稳定4×4 矩阵的物理接法决定了扫描方式。常见做法是行线配置成推挽输出、列线配置成上拉输入扫描时每次只把一行拉低其余行保持高电平然后读四根列线哪一列读到低电平就说明“这一行这一列”的按键闭合。为什么不能四行一起拉低那样只能知道“有键按下”定位不到具体是哪一个更麻烦的是多键同按时会形成寄生通路读出来的组合和真实按键对不上。/* bsp_key.c —— 引脚按原理图替换示例用 PA0~PA3 作行、PB0~PB3 作列 */ #include bsp_key.h #define ROW_NUM 4 #define COL_NUM 4 static GPIO_TypeDef *const row_port[ROW_NUM] {GPIOA, GPIOA, GPIOA, GPIOA}; static const uint16_t row_pin [ROW_NUM] {GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_3}; static GPIO_TypeDef *const col_port[COL_NUM] {GPIOB, GPIOB, GPIOB, GPIOB}; static const uint16_t col_pin [COL_NUM] {GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_3}; /* 行输出置位/复位 */ static void row_write(int r, GPIO_PinState st) { HAL_GPIO_WritePin(row_port[r], row_pin[r], st); } /* 短延时30 us 量级用空循环即可不要用 HAL_Delay(1) */ static void delay_us_rough(uint32_t n) { volatile uint32_t k n * 8; /* 系数按主频实测校准宁可多不能少 */ while (k--) { __NOP(); } } /* 返回 16 位键位图bit(n)1 表示第 n 个键按下n row*4 col */ uint16_t key_raw_scan(void) { uint16_t map 0; for (int r 0; r ROW_NUM; r) { for (int i 0; i ROW_NUM; i) { row_write(i, (i r) ? GPIO_PIN_RESET : GPIO_PIN_SET); } delay_us_rough(30); /* 等行线电平稳定见下方说明 */ for (int c 0; c COL_NUM; c) { if (HAL_GPIO_ReadPin(col_port[c], col_pin[c]) GPIO_PIN_RESET) { map | (uint16_t)(1u (r * COL_NUM c)); } } } for (int i 0; i ROW_NUM; i) { row_write(i, GPIO_PIN_SET); /* 扫完全部拉高减少漏电与误触发 */ } return map; }代码里那个 30 us 不是凭感觉加的。行线到列线之间走线有几十 pF 的对地电容配上 10 kΩ 上拉时间常数在微秒量级行线由高变低后要等电平稳定再读延时太短会读到上一行的残留电平表现就是“按 A 键出来 B 键”。这个值也不能太大4 行 × 30 us ≈ 120 us10 ms 周期下占用可以忽略但如果谁写成 1 ms四行就是 4 ms按键响应立刻发闷。引脚配置上还有两个细节。列线必须开内部上拉或外部上拉否则按键没按下时是浮空输入读到的值受手靠近都会变行线输出速度设成低速或中速减少振铃造成的误读。如果手上的板子是反过来的行输入上拉、列输出低把读写方向对调即可逻辑完全一致。2.4 消抖写成状态机短按、长按、连发各走各的扫描出来的是原始位图直接拿去用必然出现“按一下触发三次”。抖动窗口通常 520 ms用 10 ms 周期扫三次一致才确认等于 30 ms 稳定期是手感与稳定的折中。计数器采用“加分减分”而非“清零重来”对单次毛刺更宽容/* bsp_key.c 续 —— 状态机 事件队列 */ #define KEY_DEBOUNCE_CNT 3 /* 3 次 × 10 ms 30 ms 稳定 */ #define KEY_LONG_MS 800 /* 长按阈值 */ #define KEY_REPEAT_MS 150 /* 长按后的连发间隔 */ static uint16_t s_stable; /* 已确认按下的键位图 */ static uint8_t s_db_cnt[16]; /* 每个键的消抖计数 */ static uint16_t s_hold_ms[16]; /* 每个键的按住时长 */ /* 事件队列8 深度环形缓冲主循环取走 */ static key_ev_t s_q[8]; static uint8_t s_head, s_tail; static void key_ev_push(uint8_t id, key_ev_type_t t) { uint8_t next (uint8_t)((s_head 1) 7); if (next s_tail) return; /* 满了就丢避免覆盖未处理事件 */ s_q[s_head].id id; s_q[s_head].type t; s_head next; } uint8_t key_ev_pop(key_ev_t *out) { if (s_tail s_head) return 0; *out s_q[s_tail]; s_tail (uint8_t)((s_tail 1) 7); return 1; } void key_task_scan(void) /* 每 10 ms 由调度器调用 */ { uint16_t raw key_raw_scan(); for (int i 0; i 16; i) { uint8_t pressed (uint8_t)((raw i) 1u); if (pressed) { if (s_db_cnt[i] KEY_DEBOUNCE_CNT) s_db_cnt[i]; if (s_db_cnt[i] KEY_DEBOUNCE_CNT !(s_stable (1u i))) { s_stable | (uint16_t)(1u i); s_hold_ms[i] 0; key_ev_push((uint8_t)i, KEY_EV_DOWN); } else if (s_stable (1u i)) { s_hold_ms[i] 10; if (s_hold_ms[i] KEY_LONG_MS) { key_ev_push((uint8_t)i, KEY_EV_LONG); } else if (s_hold_ms[i] KEY_LONG_MS ((s_hold_ms[i] - KEY_LONG_MS) % KEY_REPEAT_MS) 0) { key_ev_push((uint8_t)i, KEY_EV_REPEAT); } } } else { if (s_db_cnt[i]) s_db_cnt[i]--; if (s_db_cnt[i] 0 (s_stable (1u i))) { s_stable (uint16_t)~(1u i); key_ev_push((uint8_t)i, KEY_EV_UP); } } } }参数说明KEY_DEBOUNCE_CNT 3对应 30 ms如果现场发现按键偏软、回弹慢劣质轻触键常见可以提到 4KEY_LONG_MS 800是习惯值改成 600 也行但要和赛题描述对齐KEY_REPEAT_MS 150决定长按连续调整的速度调电位器屏幕上的数字时低于 100 会过快高于 300 又显得迟钝。队列深度 8 不是随手写的一次长按连发加上短按200 ms 内理论上能产生三个事件主循环 10 ms 一轮必然取完8 深度留了足够余量。事件类型分开的好处是业务层可以只关心KEY_EV_DOWN把长按留给“连续调节”这种场景两者互不影响。3. 电位器取值12 位 ADC DMA 中值低通把跳变压到 ±2 LSB3.1 图形化配置里四个必须改的 ADC 参数很多人的电位器数值跳问题不在滤波而在采样配置。默认配置里“连续转换使能 软件启动”这条路径转换节奏跟着主循环走主循环一忙采样就稀疏滤波反而把真实变化抹平。我一般改成定时器触发的离散采样节奏固定抖动才好压。配置项取值理由分辨率12 bit4096 级03.3 V 下每级约 0.806 mV连续转换Disable由 TIM3 TRGO 每 1 ms 触发一次节奏可控外部触发TIM3_TRGO上升沿采样率 1 kHz远高于人手转动速度采样时间71.5 个 ADC 周期电位器源阻抗偏高采样窗口要够长DMACircular半字缓冲 32无需 CPU 干预半满/全满各处理一次数据对齐右对齐与代码里uint16_t读取一致采样时间这一项最容易被忽略。电位器分压后的源阻抗通常是几 kΩ 到几十 kΩ采样保持电容要在窗口内充到 0.5 LSB 精度窗口太短就会出现“转得快时读数滞后、转到位后慢慢爬”。按 ADC 时钟 16 MHz 算71.5 个周期约 4.5 us对 10 kΩ 级别的源阻抗够用如果板上电位器阻值到 100 kΩ建议再往上加一档并在抽头到地之间并 100 nF用硬件把尖峰先削掉一层。3.2 DMA 循环采样与半满、全满双缓冲/* bsp_adc.c */ #include bsp_adc.h #define ADC_N 32 static uint16_t s_dma[ADC_N]; static volatile uint8_t s_half_flag, s_full_flag; void bsp_adc_init(void) { HAL_ADC_Start_DMA(hadc1, (uint32_t *)s_dma, ADC_N); /* 循环模式已在配置里打开 */ } /* DMA 半满 / 全满回调只置标志绝不做运算 */ void HAL_ADC_ConvHalfCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc-Instance ADC1) s_half_flag 1; } void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc) { if (hadc-Instance ADC1) s_full_flag 1; }回调里只置一个字节标志是这套结构里最值得坚持的一条。DMA 回调运行在中断上下文一旦在里面做排序或浮点运算时间随数据量线性上涨主循环被反复打断LoRa 的时序也跟着抖。处理放到任务里/* 50 ms 任务处理最近一段数据 */ static uint16_t s_last_raw; static int32_t s_lpf; /* 一阶低通的状态定点保存 */ void adc_task_report(void) { uint16_t buf[8]; uint8_t got 0; if (s_half_flag) { s_half_flag 0; got 1; } else if (s_full_flag) { s_full_flag 0; got 1; } if (!got) return; /* 取最近 8 个样本半满取前 8全满取后 8按实际下标改 */ for (int i 0; i 8; i) buf[i] s_dma[i]; uint16_t med median_u16(buf, 8); /* 中值干掉孤立尖峰 */ s_lpf ((int32_t)med - s_lpf) / 8; /* 一阶低通α 1/8 */ uint16_t out (uint16_t)s_lpf; /* 死区变化小于 8 LSB 就不更新抑制末位跳动 */ if (out s_last_raw 8 || out 8 s_last_raw) { s_last_raw out; app_report_pot(out); /* 交给上层组帧 */ } }三段处理各管一件事中值滤波对付的是偶发的单点尖峰比如电机或继电器动作瞬间耦合进来的干扰8 点取中值可以容忍 3 个坏点一阶低通对付的是连续的小幅噪声α 1/8 对应时间常数约 8 个采样窗口按 1 ms 触发、50 ms 处理一次算响应时间在几百毫秒量级正好跟得上手转、又不会被手指的细微抖动带跑死区是最后一道8 LSB 约 6.4 mV低于这个量级的变化对显示和上报都没意义压掉之后串口日志会干净很多。中值函数用插入排序就够8 个元素的开销在毫秒级 MCU 上完全可接受static uint16_t median_u16(uint16_t *a, uint8_t n) { for (uint8_t i 1; i n; i) { /* 插入排序n8 时最多 28 次比较 */ uint16_t key a[i]; int8_t j (int8_t)(i - 1); while (j 0 a[j] key) { a[j 1] a[j]; j--; } a[j 1] key; } return (n 1u) ? a[n / 2] : (uint16_t)((a[n / 2 - 1] a[n / 2]) / 2); }注意这里会修改传入数组所以调用前一定要拷贝别直接把 DMA 缓冲区传进去否则主循环正在读的原始数据被就地打乱后面排查噪声来源就没有依据了。3.3 从原始码到工程量标定两点与换算表原始码转百分比直接用raw * 100 / 4095会有两个问题电位器两端往往到不了 0 和 4095接触电阻、串联电阻导致机械行程也不是满量程。做法是记录两个标定点做线性映射并夹紧/* 标定值上电时手动转到底/顶从串口读出来填进去 */ #define POT_RAW_MIN 120u #define POT_RAW_MAX 3980u uint8_t pot_to_percent(uint16_t raw) { if (raw POT_RAW_MIN) return 0; if (raw POT_RAW_MAX) return 100; uint32_t span POT_RAW_MAX - POT_RAW_MIN; return (uint8_t)(((uint32_t)(raw - POT_RAW_MIN) * 100u span / 2) / span); } span / 2是四舍五入不加的话在中间段会稳定偏小 1。标定值一定要写进宏并注释来源不要每次上电现算否则换一块板子行为就变。下面这组数据是常见 10 kΩ 电位器配 3.3 V 参考的典型值可以用来对照判断自己的采样是否正常旋钮位置典型原始码电压mV百分比逆时针到底1101409011501/4约 1050约 84625中间约 2050约 1652503/4约 3050约 245875顺时针到顶3960399031903215100如果测出来两端离 0 和 4095 很近说明板上电位器是满量程接法标定值相应改成 20 和 4070如果中间段明显非线性比如 50% 位置读到 2400多半是分压电阻选型或接触问题靠软件补偿只能勉强救不如先量一下抽头电压。4. LoRa 通信参数对齐、帧格式与超时重发4.1 透明传输和定点传输先定组网形态市面上常见的 LoRa 模块有两种用法选错方向会白折腾很久形态特点适合场景透明传输串口进、空中出模块自己打包两端参数一致即通一对一、链路简单、调试期快速验证定点传输帧里带目标地址和信道可一对多、可中继多点采集、需要区分节点省赛这种一主一从的结构透明传输足够调试阶段先把“通不通”确认下来比一上来就搞地址过滤高效。但透明传输有个陷阱模块内部有串口缓冲和空中速率匹配如果 MCU 侧一次printf塞进去 200 字节模块会分片发出接收端读到的第一段可能只是半帧很多人误判成“丢包”其实是没等整帧到齐就开始解析。解决方式是固定帧长上限本文用 32 字节负载并在应用层做帧同步。4.2 六个必须两端一致的参数LoRa 不通八成是参数没对齐而且往往只差一项。下面这组是必须逐项核对的参数典型取值不对齐时的表现频点470.5 MHz按模块与当地规定选完全收不到RSSI 也无意义扩频因子 SF9能收到但全是乱码或 CRC 错带宽 BW125 kHz同上且空中时间对不上编码率 CR4/5偶发 CRC 错距离一远就崩前导码长度8接收端同步不稳丢头包模块地址/信道主 0x0001 / 从 0x0002信道一致定点模式下互相听不见核对方式建议做成“克隆参数”从机上线后先发一帧读参数命令主机把自己的配置原样回给从机从机写入后再回读比对不一致就点错误灯。这比两边各自照着文档手配可靠得多尤其是换模块、换批次的时候。4.3 帧格式0xAA55 头 变长负载 CRC16帧结构定死后面所有问题都能定位| 0xAA | 0x55 | ver(1) | dst(2) | type(1) | seq(1) | len(1) | payload(len) | crc16(2, 小端) |dst用大端是为了串口日志里读起来直观seq每帧自增接收端用它去重len限制 032超过直接丢。CRC 覆盖从帧头到负载末尾不含 CRC 自身。/* app_proto.c */ static uint16_t crc16_modbus(const uint8_t *p, uint16_t n) { uint16_t crc 0xFFFF; while (n--) { crc ^ *p; for (uint8_t i 0; i 8; i) { crc (crc 1u) ? (uint16_t)((crc 1) ^ 0xA001) : (uint16_t)(crc 1); } } return crc; } uint16_t frame_build(uint8_t *out, uint16_t dst, uint8_t type, uint8_t seq, const uint8_t *payload, uint8_t len) { uint16_t i 0; if (len 32) len 32; out[i] 0xAA; out[i] 0x55; out[i] 0x01; out[i] (uint8_t)(dst 8); out[i] (uint8_t)(dst 0xFF); out[i] type; out[i] seq; out[i] len; for (uint8_t k 0; k len; k) out[i] payload[k]; uint16_t crc crc16_modbus(out, i); out[i] (uint8_t)(crc 0xFF); out[i] (uint8_t)(crc 8); return i; /* 返回整帧长度直接交给串口发送 */ }接收端不要用“一次读满缓冲区再解析”的写法串口是流式的半帧、粘帧都会出现。用一个 6 状态的小状态机逐字节喂进去任何时候出错都回到找帧头typedef enum { ST_H0, ST_H1, ST_BODY, ST_CRC0, ST_CRC1 } pst_t; static pst_t s_st ST_H0; static uint8_t s_buf[40]; static uint8_t s_idx, s_need, s_len; /* 每收到一个字节调用一次返回 1 表示组出一帧完整数据 */ uint8_t proto_feed(uint8_t byte, frame_view_t *out) { switch (s_st) { case ST_H0: if (byte 0xAA) { s_buf[0] byte; s_idx 1; s_st ST_H1; } break; case ST_H1: if (byte 0x55) { s_buf[s_idx] byte; s_st ST_BODY; } else s_st ST_H0; /* 头错重找 */ break; case ST_BODY: s_buf[s_idx] byte; if (s_idx 8) { /* 收到 len 字段 */ s_len s_buf[7]; if (s_len 32) { s_st ST_H0; break; } s_need (uint8_t)(8 s_len); /* 帧头 负载 */ } if (s_idx s_need 2) s_st ST_CRC0; /* 再收 2 字节 CRC */ break; case ST_CRC0: s_buf[s_idx] byte; s_st ST_CRC1; break; case ST_CRC1: s_buf[s_idx] byte; s_st ST_H0; { uint16_t crc_rx (uint16_t)(s_buf[s_idx - 2] | (s_buf[s_idx - 1] 8)); uint16_t crc_c crc16_modbus(s_buf, (uint16_t)(s_idx - 2)); if (crc_rx crc_c) { out-dst (uint16_t)((s_buf[3] 8) | s_buf[4]); out-type s_buf[5]; out-seq s_buf[6]; out-len s_len; out-payload s_buf[8]; return 1; } } break; } return 0; }状态机里s_need 2和s_idx的关系是最容易写错的地方s_need表示“帧头 8 字节加负载”CRC 还要再收 2 字节所以进ST_CRC0的条件是s_idx s_need 2。写错这一处表现是“偶尔能收到、大多数时候 CRC 错”看起来像射频问题其实是解析器把 CRC 当成了负载。4.4 收发展开成状态机超时、重发、去重发送不能写成“发完 while 等应答”。用三个状态加时间戳typedef enum { L_IDLE, L_WAIT_ACK, L_RETRY } lstate_t; static lstate_t s_ls L_IDLE; static uint32_t s_tx_tick, s_timeout_ms 500; static uint8_t s_retry, s_seq; static uint8_t s_txbuf[40]; static uint16_t s_txlen; void lora_send(uint8_t type, const uint8_t *pl, uint8_t len) { if (s_ls ! L_IDLE) return; /* 忙则丢弃避免堆积 */ s_seq (uint8_t)(s_seq 1); s_txlen frame_build(s_txbuf, 0x0002, type, s_seq, pl, len); lora_uart_write(s_txbuf, s_txlen); s_tx_tick HAL_GetTick(); s_retry 0; s_ls L_WAIT_ACK; } void lora_task_poll(void) /* 200 ms 调用一次 */ { switch (s_ls) { case L_WAIT_ACK: case L_RETRY: if ((uint32_t)(HAL_GetTick() - s_tx_tick) s_timeout_ms) { if (s_retry 3) { s_retry; lora_uart_write(s_txbuf, s_txlen); s_tx_tick HAL_GetTick(); p a hrefhttps://download.csdn.net/download/Azhuo9527/89129732 stylecolor:#ec7500;font-size:14px; 本文还有配套的精品资源点击获取 /a img altmenu-r.4af5f7ec.gif srchttps://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/menu-r.4af5f7ec.gif stylewidth:16px;margin-left:4px;vertical-align:text-bottom;cursor:text; /p
