串口对话与温控

开始之前

你需要准备什么

三节各自打透什么

本章术语：先说清，再往下

下面这些词会在本章反复出现。先扫一遍，知道「它是什么、为什么需要它」；读到再见到就不慌，也可以随时翻回这一页。它们不是堆砌——每引入一个词，都是因为我们到了必须说清那一步的关口。

串口：字节怎么进出

字节怎么进出

串口是按约定速率、逐字节收发的双向通道。硬件上常叫 UART。对本课程序来说：你敲的字变成字节流进入进程；程序 printf 回去的字出现在同一窗口。

第一章用串口登录系统；本章用同一类通道做应用层对话：程序读你的命令行，再打印状态。验收一律走 SSH 的 stdin/stdout——本课不要求再接一根物理串口线。

用 SSH 终端练读写

在 SSH 里跑程序：从 stdin 读一行、往 stdout 写回复。确认「打字 → 程序 → 回复」闭环。脚手架默认即此路径。

/* 读一行（到 '\\n' 或缓冲满） */
char line[128];
if (fgets(line, sizeof(line), stdin) == NULL)
    /* EOF 或错误 */ ;

printf("[INFO] got: %s", line);

接传感器与命令表

DHT22：第一次接传感器

DHT22 是温湿度探头，模块上三根针：正（VCC）、负（GND）、OUT（数据线）。它内部一直在测，但你不问它不说——程序发开始信号后，它回传 40 位（湿度、温度、校验）。对程序来说，这是输入侧「读一个数」。

为何数据线要过 TXS

DHT22 数据线是 3.3 V 电平，板子 GPIO 是 1.8 V：

1. 板子叫不醒它：GPIO 高只有 1.8 V，传感器认「高」要更高。
2. 它回话会超压：传感器把线拉到 3.3 V，直接进 1.8 V 脚不安全。

TXS0108E 做双向电平转换：A 侧接板子 1.8 V，B 侧接传感器 3.3 V；同号 A1↔B1 是一对。AMS1117-1.8V 小板给 TXS 的 VA（低压侧电源）供电；VB 接 3.3 V；OE 拉高使能。

读取：单总线位带（脚手架已实现）

流程：IO1_6 配输出 → 拉低约 1.1 ms → 拉高 → 改输入 → 读 40 位 → 校验。用户态要稳，靠三件事：忙轮询分辨位宽、忽略过短毛刺、校验不过时换一种对齐再试。失败打 [ERR] 并重试；脚手架已写好，实验侧接对线。

命令表：字符串对应函数

命令表是「名字 → 处理函数」。收到一行后先拆出命令名，再查表调用。比一长串 if/else 清晰；后面加命令只多一行。

struct cmd_entry {
    const char *name;
    int (*handler)(char *args);
};

/* 分①：处理函数——每个命令做一件事 */
static int cmd_help(char *args) { printf("commands: help echo quit\n"); return 0; }
static int cmd_echo(char *args) { printf("%s\n", args); return 0; }
static int cmd_quit(char *args) { return 1; }   /* 返回 1 = 让主循环退出 */

/* 分②：命令表——名字 → 函数指针（加命令只多一行） */
struct cmd_entry { const char *name; int (*handler)(char *); };
static const struct cmd_entry cmds[] = {
    { "help", cmd_help },
    { "echo", cmd_echo },
    { "quit", cmd_quit },
    { NULL, NULL },
};

/* 分③：切词 + 查表派发——名字对上就调用 */
static int dispatch(char *line)
{
    char *args = strchr(line, ' ');   /* 第一个空格后是参数 */
    if (args) { *args = '\0'; args++; }
    for (const struct cmd_entry *e = cmds; e->name; e++)
        if (strcmp(line, e->name) == 0)
            return e->handler(args);
    printf("unknown command: %s\n", line);
    return 0;
}

/* 合：读一行 → 派发 → 直到 quit */
int main(void)
{
    char line[128];
    while (fgets(line, sizeof(line), stdin)) {
        line[strcspn(line, "\n")] = '\0';   /* 去掉换行 */
        if (dispatch(line)) break;
    }
    printf("bye\n");
    return 0;
}

$ printf 'help\necho hello\nfoo\nquit\n' | ./cmd-demo
commands: help echo quit
hello
unknown command: foo
bye

status 与 set

命令只改内存里的阈值，下一轮采样决策立刻用上，不必重启进程。

$ printf 'status\nset temp 30\nset humidity 80\n' | sudo ./cmd_thermo-sol
[规则] 温度高于 30.0°C，或湿度高于 95.0% → 开风扇
[规则] 温度低于 30.0°C，且湿度低于 95.0% → 关风扇
[STATUS] 尚无采样，正在等待 DHT22
[INFO] 温度 bar 已设为 30.0°C（高于则开，低于则关）
[规则] 温度高于 30.0°C，或湿度高于 95.0% → 开风扇
[规则] 温度低于 30.0°C，且湿度低于 95.0% → 关风扇
[STATUS] 尚无采样，正在等待 DHT22
[INFO] 湿度 bar 已设为 80.0%（高于则开，低于则关）
[规则] 温度高于 30.0°C，或湿度高于 80.0% → 开风扇
[规则] 温度低于 30.0°C，且湿度低于 80.0% → 关风扇
[STATUS] 尚无采样，正在等待 DHT22

两边同时工作

一句话：有事叫我（你敲了字，或采样时间到了），没事就睡觉——别一直阻塞在打字上顾不上采样，也别用固定 sleep 让命令迟迟不回。

为何「先读命令再采样」串成一条线不行

程序要同时做两件事：约每 2 秒采样并按阈值开/关风扇；随时响应你敲的 status / set。

错误一：阻塞在读命令上。没人打字时进程卡在 fgets，采样永不执行，风扇停在上次状态。

错误二：固定 sleep(2) 再瞥一眼命令。风扇节奏对了，但敲完字最多要等满整个 sleep 才有回复。

/* 阻塞版：卡在 fgets，没人打字就永远轮不到采样（错误一） */
while (1) {
    fgets(line, sizeof(line), stdin);  /* 无字时一直卡在这 */
    sample_and_control();               /* 采样轮不到执行，风扇停在上次状态 */
}

/* select 版：内核同时盯「stdin 有字」和「超时」，谁先到谁叫醒（正确） */
for (;;) {
    /* cmd_fd 放进读集合；超时 = 距下次采样还剩多久 */
    n = select(cmd_fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &timeout);
    if (n == 0)       sample_and_control();            /* 超时：该采样 */
    else if (FD_ISSET(cmd_fd, &rfds)) read_command_line();  /* 有字：读命令 */
}

正确机制：select

select 就是把上面那句话交给内核：盯着 stdin；再设一个超时。谁先到谁叫醒你。

/* 伪代码：方向示意 */
for (;;) {
    准备 rfds（cmd_fd）与超时;
    n = select(...);
    if (n == 0) sample_and_control();
    else if (FD_ISSET(cmd_fd, &rfds)) read_command_line();
}

写主循环时注意：处理完命令不要把采样时钟重新拨成满 2 秒。超时要用「距下次采样还剩多久」，否则风扇节奏会被打字打乱。时间轴示意：

温湿度怎么一起控风扇

DHT22 同时给出温度和湿度。脚手架里是两条单阈值 bar：

• 开：温度高于温度 bar，或 湿度高于湿度 bar
• 关：温度低于温度 bar，并且 湿度低于湿度 bar

模拟模式（默认）里湿度大致恒定，主要靠模拟温度演示；接真传感器后可哈气观察湿度支路。命令 set temp / set humidity 分别改两条 bar。