第2章：温室项目需求分析
好，咱们进入正题。上一章我聊了RTOS的基本概念，这一章咱们来点实在的——温室项目到底要采集什么、控制什么、怎么通信。
说实话，很多初学者一上来就写代码，结果写到一半发现传感器型号不对，或者通信协议选错了。嗯，我当年也干过这种事。所以咱们先把需求理清楚，后面写代码才不慌。
2.1 传感器数据采集
温室里要监控的环境参数，说白了就三个核心指标：温湿度、光照强度、二氧化碳浓度。这三个参数直接决定了作物长得好不好。
2.1.1 温湿度采集
我个人习惯用DHT22或者SHT30。DHT22便宜，但精度一般；SHT30贵一点，但稳定。如果你做产品，我建议用SHT30。
这里有个坑——DHT22的时序要求很严格，主频稍微跑偏就读不到数据。我曾经在一个项目里，因为RTOS任务切换太快，导致DHT22读取失败。后来加了临界区保护才搞定。
| 传感器 | 接口 | 精度 | 采样周期 |
|---|---|---|---|
| DHT22 | 单总线 | ±0.5°C, ±2%RH | 2秒 |
| SHT30 | I2C | ±0.3°C, ±1.5%RH | 0.5秒 |
2.1.2 光照采集
光照传感器我用得最多的是BH1750。这玩意儿通过I2C通信，直接输出lux值，不用自己算。你想想看，如果让你自己搭光敏电阻加ADC，还得做曲线拟合，多麻烦。
BH1750有几种测量模式，我一般用高分辨率模式，精度1lux，够用了。注意一点：传感器要加遮光罩，避免直射阳光导致饱和。我在一个户外项目中吃过这个亏，大中午的数据直接爆表。
2.1.3 CO2浓度采集
CO2传感器比较贵，常用的有MH-Z19B（串口）和SCD30（I2C）。MH-Z19B性价比高，但需要预热30秒才能读到稳定数据。
这里要提醒一下：CO2传感器功耗比较大，如果电池供电，不能一直开着。我建议用定时唤醒的方式，每5分钟采集一次就够了。温室里CO2变化没那么快。
2.2 执行器控制
采集数据是为了控制。温室里常见的执行器有三个：风扇、水泵、补光灯。每个执行器的控制方式不一样，咱们一个一个说。
2.2.1 风扇控制
风扇一般用PWM调速，或者继电器开关。我建议用PWM，因为可以无极调速，省电又安静。
控制逻辑很简单：温度高了，风扇转速加快；湿度高了，风扇也转。但要注意——不能同时开所有风扇，否则电流太大。我在一个项目中用RTOS的任务优先级来控制风扇启动顺序，效果不错。
2.2.2 水泵控制
水泵通常是开关控制，用继电器或者MOS管。这里有个关键点：水泵不能频繁启停，否则容易烧电机。我一般设置最小间隔时间，比如30秒内不允许重复开关。
另外，水泵启动瞬间电流很大，如果MCU供电不足，会导致复位。嗯，这个坑我踩过。后来加了软启动电路才解决。
2.2.3 补光灯控制
补光灯用PWM调光比较常见。LED灯珠对PWM频率有要求，太低会闪烁，太高会发热。我一般用1kHz左右，人眼看不出来，灯珠也不烫。
光照强度低于阈值就开灯，高于阈值就关灯。但要注意加个迟滞区间，不然灯会在阈值附近来回跳。比如设定值2000lux，低于1800开灯，高于2200关灯。
2.3 通信协议选择
温室项目里，传感器和执行器分布在各个角落，通信协议选对了，事半功倍。咱们常用的就三种：UART、I2C、SPI。
2.3.1 UART（串口）
UART最常用，简单可靠。CO2传感器MH-Z19B就是UART接口。注意波特率要匹配，我一般用9600或115200。
UART的缺点是一对一通信，不能挂多个设备。如果你有多个串口设备，MCU的UART口可能不够用。这时候可以用软件模拟UART，但稳定性不如硬件。
2.3.2 I2C
I2C是温室项目的首选。SHT30、BH1750、SCD30都是I2C接口。一根SDA、一根SCL，可以挂几十个设备。
I2C的坑在于地址冲突。不同厂家的设备可能用同一个地址。我遇到过BH1750和某款OLED屏幕地址都是0x23，结果两个设备不能同时用。解决办法是换地址或者用I2C多路复用器。
2.3.3 SPI
SPI速度快，适合大数据量传输。但温室项目里很少用，因为传感器数据量不大。除非你要接高速ADC或者显示屏。
SPI的缺点是线多，至少4根线。而且每个设备需要一个片选引脚，MCU引脚不够用就麻烦了。
| 协议 | 速度 | 线数 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| UART | 慢 | 2 | 一对一，简单设备 |
| I2C | 中 | 2 | 多设备，传感器 |
| SPI | 快 | 4+ | 高速，大数据 |
2.4 需求总结
好了，咱们把需求理一理。温室项目需要：
- 传感器：温湿度（SHT30）、光照（BH1750）、CO2（MH-Z19B）
- 执行器：风扇（PWM）、水泵（继电器）、补光灯（PWM）
- 通信：I2C为主，UART为辅
下一章，咱们开始搭建RTOS任务框架。到时候你会看到，这些需求怎么映射到任务里。嗯，先卖个关子。
对了，如果你手头有开发板，建议先焊好传感器模块，后面调试会方便很多。我当年就是边焊边写代码，结果焊点虚了，查了半天bug……