雨滴传感器 C71 STM32F103 接线与代码

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define FIRMWARE_VERSION "v1.0"

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// GPIO 配置
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// 雨滴检测模块（雨滴感应板 + LM393 比较器小板，4 针：VCC / GND / DO / AO）
//   AO -> PA0（模拟量，ADC1_IN0，实时反映感应板湿度）
//   DO -> PA1（数字量，LM393 比较器输出，超过电位器阈值时翻转）
//   VCC -> 3.3V（3.3V 供电，AO 输出 0~3.3V，与 STM32 ADC 量程一致，不要接 5V）
//   GND -> GND
// 板载 LED -> PC13（bluepill 板载 LED，低电平点亮；DO 触发时点亮）
constexpr uint8_t RAIN_AO_PIN = PA0;
constexpr uint8_t RAIN_DO_PIN = PA1;
constexpr uint8_t LED_PIN = PC13;

// OLED 使用 I2C1 重映射引脚：SCL=PB8 / SDA=PB9（与 01~07 系列公共标准一致）
constexpr uint8_t I2C_SDA_PIN = PB9;
constexpr uint8_t I2C_SCL_PIN = PB8;
constexpr uint8_t OLED_ADDRESS = 0x3C;
constexpr uint8_t SCREEN_WIDTH = 128;
constexpr uint8_t SCREEN_HEIGHT = 64;
constexpr int OLED_RESET = -1;

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// 校准值（实测后只改这两行）
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// 0% = 干燥，100% = 很湿。程序按这两个点做线性映射，
// 所以无论 ADC 方向是「越湿越小」还是「越湿越大」，显示都自动保持 0%=干 / 100%=湿。
// 下面两个是占位值，先让界面能跑；实测后按 README「校准」改成真实读数。
constexpr uint16_t RAIN_DRY_VALUE = 3800;  // 干燥时的 ADC 读数（实测后改）
constexpr uint16_t RAIN_WET_VALUE = 1200;  // 完全湿润时的 ADC 读数（实测后改）

// 状态阈值（0~100，用户实测确认后，为拍视频把 LIGHT/WET 拉宽，4 档都能停留被拍到）
// 实际切换用带滞回的 classifyStateWithHysteresis，边界上下各留 3% 防抖
constexpr uint8_t TH_DRY_MAX   = 24;   // 0~24   DRY
constexpr uint8_t TH_LIGHT_MAX = 45;   // 25~45  LIGHT
constexpr uint8_t TH_WET_MAX   = 70;   // 46~70  WET
                                       // 71~100 HEAVY

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// 采样 / 滤波 / 刷新周期
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constexpr uint32_t SAMPLE_INTERVAL_MS = 20;     // 采样周期
constexpr float    EMA_ALPHA          = 0.08f;  // 指数滑动平均系数（越小越平滑）
constexpr uint32_t OLED_REFRESH_MS    = 200;    // OLED 重绘周期（约 5fps）
constexpr uint32_t SERIAL_INTERVAL_MS = 500;    // 串口打印周期
constexpr uint32_t DROP_ANIM_MS       = 600;    // 雨滴轻微动画半周期

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// 状态
enum class RainState : uint8_t { DRY, LIGHT, WET, HEAVY };

bool      g_hasOled = false;      // OLED 是否初始化成功
uint16_t  g_rawAdc = 0;           // 最近一次 ADC 读数（8 次平均后）
float     g_smoothAdc = 0;        // 滑动平均后的 ADC
bool      g_smoothInit = false;   // 是否已初始化平均
uint8_t   g_percent = 0;          // 0~100（0=干，100=湿）
RainState g_state = RainState::DRY;
bool      g_doTriggered = false;  // DO 是否触发（比较器输出低电平）

static uint32_t g_lastSampleMs = 0;
static uint32_t g_lastOledMs = 0;
static uint32_t g_lastSerialMs = 0;

// 雨滴 4 个槽位的 x 坐标 + 基准 y 坐标
static const int8_t DROP_X[4] = {21, 31, 41, 51};
static const int8_t DROP_Y = 40;

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// 读取
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// DO：LM393 开漏输出，板上一般已有上拉，这里再开内部上拉更稳。
// 默认按「低电平 = 触发（水超过电位器阈值）」写，这是最常见的情况。
// 若实测相反，把下面 == LOW 改成 == HIGH 即可（只改这一处）。
// 连续读 5 次取多数（>=3 次 LOW 才算触发），避免卡在电位器阈值附近抖动。
static bool readDoStable() {
  uint8_t lowCount = 0;
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    if (digitalRead(RAIN_DO_PIN) == LOW) lowCount++;
  }
  return lowCount >= 3;
}

// =========================
// 百分比映射（0% = 干，100% = 湿，方向自适应）
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// pct = (raw - DRY) / (WET - DRY) * 100
// 分子分母可同时为负，所以 ADC 方向相反也自动正确。
static uint8_t mapToPercent(uint16_t raw) {
  const int32_t num = (int32_t)raw - (int32_t)RAIN_DRY_VALUE;
  const int32_t den = (int32_t)RAIN_WET_VALUE - (int32_t)RAIN_DRY_VALUE;
  if (den == 0) return 0;
  int32_t pct = (num * 100) / den;
  if (pct < 0)   pct = 0;
  if (pct > 100) pct = 100;
  return (uint8_t)pct;
}

// =========================
// 状态判断
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static RainState classifyState(uint8_t pct) {
  if (pct <= TH_DRY_MAX)   return RainState::DRY;
  if (pct <= TH_LIGHT_MAX) return RainState::LIGHT;
  if (pct <= TH_WET_MAX)   return RainState::WET;
  return RainState::HEAVY;
}

// 带滞回的状态判断：切换边界上下各留 HYS%，
// 避免湿度在 54/55/56 附近抖动时 DRY/LIGHT/WET 来回跳（拍视频特别明显）。
static RainState classifyStateWithHysteresis(uint8_t pct) {
  constexpr uint8_t HYS = 3;

  switch (g_state) {
    case RainState::DRY:
      if (pct > TH_DRY_MAX + HYS) return RainState::LIGHT;
      break;
    case RainState::LIGHT:
      if (pct <= TH_DRY_MAX - HYS) return RainState::DRY;
      if (pct > TH_LIGHT_MAX + HYS) return RainState::WET;
      break;
    case RainState::WET:
      if (pct <= TH_LIGHT_MAX - HYS) return RainState::LIGHT;
      if (pct > TH_WET_MAX + HYS) return RainState::HEAVY;
      break;
    case RainState::HEAVY:
      if (pct <= TH_WET_MAX - HYS) return RainState::WET;
      break;
  }
  return g_state;
}

static const char* getStateText() {
  switch (g_state) {
    case RainState::DRY:   return "DRY";
    case RainState::LIGHT: return "LIGHT";
    case RainState::WET:   return "WET";
    case RainState::HEAVY: return "HEAVY";
  }
  return "?";
}

// 每个状态对应的雨滴个数（干燥无滴，水越多滴越多）
static uint8_t getDropCount(RainState s) {
  switch (s) {
    case RainState::DRY:   return 0;  // 干燥：无雨滴
    case RainState::LIGHT: return 2;  // 检测到水：1~2 滴
    case RainState::WET:   return 3;  // 水量增加：3 滴
    case RainState::HEAVY: return 4;  // 水量明显：4 滴
  }
  return 0;
}

// =========================
// 采样（8 次平均） + 滑动平均 + 滞回
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// 一次读 8 次 ADC 取平均，再送指数滑动平均，抗感应板波动
static uint16_t readAdcAverage() {
  uint32_t sum = 0;
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    sum += analogRead(RAIN_AO_PIN);
  }
  return (uint16_t)(sum / 8);
}

static void updateSensor() {
  if (millis() - g_lastSampleMs < SAMPLE_INTERVAL_MS) return;
  g_lastSampleMs = millis();

  g_rawAdc = readAdcAverage();
  if (!g_smoothInit) {
    g_smoothAdc = (float)g_rawAdc;
    g_smoothInit = true;
  } else {
    g_smoothAdc += ((float)g_rawAdc - g_smoothAdc) * EMA_ALPHA;
  }

  g_percent = mapToPercent((uint16_t)(g_smoothAdc + 0.5f));
  g_state = classifyStateWithHysteresis(g_percent);
  g_doTriggered = readDoStable();
  digitalWrite(LED_PIN, g_doTriggered ? LOW : HIGH);  // DO 触发点灯
}

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// OLED UI 绘制
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// 云朵（左侧区域）
static void drawCloud() {
  display.fillCircle(22, 28, 7, WHITE);
  display.fillCircle(33, 24, 9, WHITE);
  display.fillCircle(44, 28, 7, WHITE);
  display.fillRect(16, 27, 34, 8, WHITE);
}

// 单滴雨滴（小水滴：三角 + 圆）
static void drawDrop(int16_t x, int16_t y) {
  display.fillTriangle(x - 2, y - 3, x + 2, y - 3, x, y + 2, WHITE);
  display.fillCircle(x, y + 2, 2, WHITE);
}

// 底部横向进度条（满宽；百分比已在上方 LEVEL 显示，这里不再重复）
static void drawProgressBar(uint8_t pct) {
  display.drawRect(0, 56, 128, 8, WHITE);   // 外框
  const int fill = (pct * 124) / 100;       // 内部填充（左右各留 2px）
  if (fill > 0) {
    display.fillRect(2, 58, fill, 4, WHITE);
  }
}

static void drawOledUi() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextWrap(false);

  // 顶部标题
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print(F("RAIN SENSOR"));

  // 右上角 DO 触发指示点（实心 = DO 触发，空心 = 未触发）
  if (g_doTriggered) display.fillCircle(120, 4, 3, WHITE);
  else               display.drawCircle(120, 4, 3, WHITE);

  // 分隔线
  display.drawFastHLine(0, 9, 128, WHITE);

  // 云朵 + 雨滴（左半，雨滴错开相位轻微上下循环，避免齐刷刷一起动）
  drawCloud();
  const uint8_t drops = getDropCount(g_state);
  for (uint8_t i = 0; i < drops; i++) {
    const int offset = (int)(((millis() / DROP_ANIM_MS) + i) % 2) * 2;
    drawDrop(DROP_X[i], DROP_Y + offset);
  }

  // LEVEL（右半，百分比右对齐到 127）
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(64, 18);
  display.print(F("LEVEL:"));
  display.setTextSize(2);
  const int digits = (g_percent >= 100) ? 3 : (g_percent >= 10 ? 2 : 1);
  display.setCursor(127 - (digits + 1) * 12, 27);
  display.print(g_percent);
  display.print('%');

  // STATUS
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 47);
  display.print(F("STATUS: "));
  display.print(getStateText());

  // 底部进度条
  drawProgressBar(g_percent);

  display.display();
}

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// 串口输出
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static void printSerialData() {
  Serial.printf("AO:%u DO:%d PCT:%d %s\n",
                (unsigned)g_rawAdc,
                g_doTriggered ? 0 : 1,  // DO 原始电平：0=低(触发) 1=高
                (int)g_percent,
                getStateText());
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(100);
  Serial.printf("Rain sensor demo %s starting...\n", FIRMWARE_VERSION);

  pinMode(RAIN_DO_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  analogReadResolution(12);  // 明确 12 位 ADC，读数 0~4095

  // I2C1 重映射：PB9=SDA / PB8=SCL，必须先 setSDA/setSCL 再 begin()
  Wire.setSDA(I2C_SDA_PIN);
  Wire.setSCL(I2C_SCL_PIN);
  Wire.begin();
  Wire.setClock(100000);  // I2C 100kHz，与 01~07 系列公共标准一致

  if (display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDRESS)) {
    g_hasOled = true;
    display.clearDisplay();
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    display.display();
    Serial.println(F("OLED 0x3C: found"));
  } else {
    Serial.println(F("OLED 0x3C: NOT found (continue with serial only)"));
  }

  // 首帧采样（初始状态用无滞回 classifyState，之后 loop 里用滞回版）
  g_rawAdc = readAdcAverage();
  g_smoothAdc = (float)g_rawAdc;
  g_smoothInit = true;
  g_percent = mapToPercent(g_rawAdc);
  g_state = classifyState(g_percent);
  g_doTriggered = readDoStable();
  digitalWrite(LED_PIN, g_doTriggered ? LOW : HIGH);
  g_lastSampleMs = millis();

  // 串口校准提示
  Serial.println(F("=== 校准（先做这步，再定最终阈值）==="));
  Serial.println(F("1. 感应板擦干  -> 记录串口 AO 值 = 干燥值"));
  Serial.println(F("2. 感应板沾满水 -> 记录 AO 值 = 湿润值"));
  Serial.println(F("3. 改 main.cpp 里 RAIN_DRY_VALUE / RAIN_WET_VALUE 后重烧"));
  Serial.println(F("输出格式: AO:<原始> DO:<电平0/1> PCT:<百分比> <状态>"));

  if (g_hasOled) drawOledUi();
}

void loop() {
  updateSensor();

  if (millis() - g_lastOledMs >= OLED_REFRESH_MS) {
    g_lastOledMs = millis();
    if (g_hasOled) drawOledUi();
  }

  if (millis() - g_lastSerialMs >= SERIAL_INTERVAL_MS) {
    g_lastSerialMs = millis();
    printSerialData();
  }
}