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前言

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本次实验基于 STM32+Huawei LiteOS 操作系统，使用两路 DYP‑R01‑V1.0 激光测距传感器，搭建一套非接触式虚拟电子围栏系统，面向智慧农业周界入侵检测场景CSDN博…。
利用单串口分时复用技术驱动两个激光传感器，依靠 Modbus‑RTU 协议读取测距数据；LiteOS 多任务完成数据采集、入侵逻辑判断、屏幕显示；当物体遮挡激光光路，触发蜂鸣器本地报警、串口打印告警，同时将围栏状态上报物联网云平台，遮挡消失自动解除报警。

与传统实体围栏对比：虚拟激光围栏无需金属线缆，不会被农机破坏，适合大田作业环境。

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🛠硬件环境

• 主控：STM32L431VC，华为智慧农业实训箱，Huawei LiteOS 系统
• 传感器：DYP‑R01‑V1.0 激光测距传感器 ×2，Modbus‑RTU，TTL 3.3V 电平
• 外设：蜂鸣器、TFT 显示屏、ESP8266WiFi 模块
• 调试工具：串口调试助手、物联网平台

传感器参数：供电 3.3‑5V；盲区 2cm；室内量程 2‑400cm；默认从机地址0x01；读距离寄存器0x0100，单位 mm。

硬件接线
设备 引脚 STM32 引脚 说明
传感器 1 TX/RX PB11/PB10 交叉连接，3.3V TTL 电平
传感器 2 TX/RX PC0/PC1 交叉连接，3.3V TTL 电平

整个系统由 STM32 核心板、智慧农业扩展板、电子围栏模块组成，通过 WiFi 接入物联网平台，PC 端串口调试，平台、微信端可以查看围栏报警状态。

硬件原理图

核心方案：仅使用LPUART1 这一个串口外设，通过软件反初始化、引脚重映射、标志位切换，分时驱动两路传感器，节约硬件串口资源。

📡通信协议：Modbus‑RTU

主机读取距离寄存器命令帧（8 字节）：
01 03 01 00 00 01 85 F6

• 01：从机地址
• 03：读保持寄存器功能码
• 01 00：寄存器起始地址
• 00 01：读取 1 个寄存器
• 85 F6：CRC‑16 校验，低字节在前

💻软件架构：LiteOS 三任务并发

系统创建 3 个独立任务并行工作，任务之间依靠全局缓存共享传感器数据：

1. fence_task（测距任务，周期 100ms）
   发送 Modbus 读取指令，调用UART_Change()切换串口引脚，轮流读取两路传感器距离，解析存入全局缓存；通信超时则距离清零，防止脏数据误报。
   VOID fence_task(VOID)
   {
   while(1)
   {
   DYP_Send_Data(); //发送Modbus读命令帧
   DYP_Read_State(&data1_cache, &data2_cache);
   LOS_TaskDelay(100);
   }
   }

2.UART_Change 串口切换核心函数

void UART_Change()
{
HAL_UART_DeInit(&hlpuart1); //反初始化串口外设
if(uart_flag) uart_flag = 0;
else uart_flag = 1;
HAL_Delay(1); //等待引脚电平稳定
MX_LPUART1_UART_Init(115200);
HAL_Delay(1);
}

关键点：必须先DeInit销毁旧配置；增加延时保证引脚电平稳定；去掉延时会出现丢包、第二路传感器读不到数据。

3.Fence_Function 围栏入侵判断函数

static void Fence_Function(void)
{
uint16_t data1, data2;
uint8_t state = 0;
static uint8_t old_state = 0;

DYP_Read_Data(&data1, &data2);
if(((data1>50)&&(data1<100)) && ((data2>50)&&(data2<100)))
state = 0; //无闯入
else
state = 1; //非法闯入

if(state != old_state){ //状态跳变才触发报警，抑制抖动
if(state == 1) beep_open();
else beep_close();
}
old_state = state;
}
逻辑：两路测距同时落在 50‑100mm 判定围栏正常；任意一路超出阈值判定入侵；边沿检测，只有状态发生变化才开关蜂鸣器，避免频繁抖动报警。

4.control_task（控制任务，周期 100ms）
调用围栏判断函数，LED 闪烁控制，处理 WiFi 心跳，将围栏状态上报物联网平台。
5. view_task（显示任务）
TFT 屏幕实时显示两路测距值以及围栏工作状态。

配置 WiFi 账号密码、产品 ID、MQTT 订阅发布主题，设备完成和物联网平台对接，实现围栏状态云端上报。

📝实验现象与测试结果

实验分为三种场景：正常无遮挡、入侵遮挡、遮挡恢复。

1. 正常状态（无物体遮挡光路）

两路测距稳定 50‑100mm。

• TFT 屏幕：电子围栏状态正常
• 蜂鸣器：关闭无声
• 串口：打印传感器测距数据
• 云平台：EnclosureInput = 0（正常）

2. 入侵状态（手放入两传感器中间遮挡光路）

• TFT 屏幕：显示存在非法闯入
• 蜂鸣器：持续蜂鸣报警
• 串口调试助手输出告警信息
• 云平台：EnclosureInput = 1（非法闯入）

串口调试助手实际效果截图：

3. 恢复状态（手移开，遮挡消失）

测距回到 50‑100mm 区间；蜂鸣器停止；TFT 恢复正常；串口打印入侵结束；云端状态恢复 0。

物联网平台设备数据截图：

🐛调试踩坑记录

1. 传感器无任何数据返回
   排查：TX/RX 接反；波特率不匹配；电平 5V 烧毁传感器；硬件没有共地。
2. 第二路传感器读取不到数据
   排查：uart_flag标志逻辑错误；UART_Change()缺少延时；引脚配置错误。延时是串口切换稳定的关键！
3. 系统频繁误报警
   排查：阈值设置不合理；传感器安装偏移；强光环境干扰激光测距。
4. Modbus CRC 校验报错
   排查：CRC16 字节顺序错误，切记低字节在前。

📚实验总结与优化思考

✨收获

1. 掌握 DYP‑R01‑V1 激光传感器硬件特性，吃透 Modbus‑RTU 协议帧、CRC‑16 校验、大端数据解析。
2. 理解单串口分时复用：一套硬件串口外设，软件反初始化 + 引脚切换，实现驱动多路传感器，节省硬件资源。
3. LiteOS 多任务开发思路：采集任务负责硬件读取，控制任务执行业务逻辑，显示任务负责 UI 输出；多任务之间使用全局缓存交互。
4. 边沿状态检测实现防抖动报警，只有状态跳变触发告警，减少系统负载。

⚠️现存不足

1. 距离阈值写死在代码，传感器间距改动需要修改固件，缺少云端参数下发功能。
2. DYP‑R01‑V1 强光环境测距性能下降，大田部署需要光照补偿算法。
3. 只能检测是否入侵，无法区分是人、动物等目标类型。

💡创新扩展方向

1. 硬件扩展：实现 4 路激光周界防护，继续扩展串口分时复用逻辑；缺点采集周期变长；也可以新增硬件串口。
2. 算法优化：增加多次采样滤波，连续 N 次检测入侵才告警，过滤短暂环境扰动。
3. 农业场景升级：太阳能供电；接入声光驱赶模块；搭配毫米波雷达弥补激光大雾强光短板；LoRa 远距离通信适配无公网农田。
4. 功能升级：云端下发修改报警阈值，云端持久存储入侵报警时间日志。