简介：交互式智能台灯，人来即亮，人走即灭。环境光照较强时，可自动降低亮度节省功耗，较暗时也可以自动升高亮度。“手势”交互（如调节亮度和番茄钟计时）。

我将为您详细阐述这款交互式智能台灯的嵌入式系统开发流程，并提供一个可靠、高效且可扩展的代码架构，以及具体的C代码实现。本项目旨在展示从需求分析到系统实现，再到测试验证和维护升级的完整嵌入式系统开发生命周期。
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1. 需求分析与系统设计

1.1 需求分析

基于产品简介，我们提取出以下核心需求：

• 交互性: 通过手势进行用户交互，调节亮度和启动/停止番茄钟。
• 智能性:
  • 人体感应: 人来即亮，人走即灭。
  • 环境光感应: 根据环境光强自动调节亮度，强光时降低，弱光时升高。
• 节能性: 环境光强时降低亮度以节省功耗。
• 可靠性: 系统运行稳定，功能可靠。
• 高效性: 系统响应迅速，功耗控制合理。
• 可扩展性: 系统架构应易于扩展新功能，如接入物联网、语音控制等。

1.2 系统设计

为了满足上述需求，我们设计如下系统架构：

1.2.1 硬件架构

• 主控芯片 (MCU): 选择高性能、低功耗的嵌入式微控制器，例如 ARM Cortex-M 系列 (STM32F4/STM32G4 等)。 负责整个系统的控制、数据处理和任务调度。
• 人体存在传感器 (PIR 传感器): 检测人体移动，用于实现人来即亮，人走即灭功能。
• 环境光传感器 (光敏电阻或数字光照传感器): 检测环境光强度，用于自动亮度调节。
• 手势传感器 (飞行时间 (ToF) 传感器 或 红外 (IR) 传感器阵列): 识别用户手势，用于亮度调节和番茄钟控制。
• LED 灯条及驱动电路: 提供照明光源，并根据控制信号调节亮度。通常采用 PWM 调光方式。
• 电源管理模块: 负责系统供电和功耗管理。
• 调试接口 (如 UART 或 JTAG): 用于代码调试和系统监控。

1.2.2 软件架构

我们采用分层模块化的软件架构，以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。系统软件架构主要分为以下几层：

• 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer): 提供对底层硬件的抽象接口，屏蔽硬件差异，方便上层应用调用。包括 GPIO 驱动、ADC 驱动、PWM 驱动、定时器驱动、传感器驱动等。
• 设备驱动层 (Device Driver Layer): 基于 HAL 层，实现具体硬件设备的功能驱动，例如 PIR 传感器驱动、光传感器驱动、手势传感器驱动、LED 驱动等。
• 中间件层 (Middleware Layer): 提供通用的软件服务和组件，例如任务调度器 (RTOS 或简易调度器)、事件管理、配置管理、日志管理、通信协议栈等。
• 应用层 (Application Layer): 实现系统的核心业务逻辑，包括人体感应逻辑、环境光感应逻辑、手势识别逻辑、亮度控制逻辑、番茄钟逻辑等。

1.2.3 软件模块划分

根据软件架构，我们将系统软件划分为以下模块：

• hal 模块 (硬件抽象层):
  • hal_gpio.c/h: GPIO 初始化、读写控制。
  • hal_adc.c/h: ADC 初始化、采样。
  • hal_pwm.c/h: PWM 初始化、占空比控制。
  • hal_timer.c/h: 定时器初始化、中断处理。
  • hal_uart.c/h: UART 初始化、数据收发 (用于调试)。
• drivers 模块 (设备驱动层):
  • pir_sensor.c/h: PIR 传感器驱动，检测人体存在。
  • light_sensor.c/h: 光传感器驱动，读取环境光强度。
  • gesture_sensor.c/h: 手势传感器驱动，识别手势。
  • led_driver.c/h: LED 驱动，控制 LED 亮度。
• middleware 模块 (中间件层):
  • task_scheduler.c/h (如果使用 RTOS，则替换为 RTOS API): 任务调度和管理。
  • event_manager.c/h: 事件管理，用于模块间异步通信。
  • config_manager.c/h: 配置管理，存储和加载系统配置参数。
  • log_manager.c/h: 日志管理，记录系统运行信息 (用于调试和维护)。
• application 模块 (应用层):
  • presence_detection.c/h: 人体存在检测逻辑。
  • ambient_light_control.c/h: 环境光亮度自动调节逻辑。
  • gesture_recognition.c/h: 手势识别逻辑，解析手势数据。
  • brightness_control.c/h: LED 亮度控制逻辑，根据需求调节亮度。
  • tomato_timer.c/h: 番茄钟功能实现。
  • main_app.c: 主应用程序，初始化系统，调度各个模块。

2. 具体C代码实现

以下是各个模块的C代码实现，包含了详细的注释和错误处理，并考虑了代码的可读性、可维护性和可扩展性。

(以下代码为示例代码，需要根据具体的硬件平台和传感器型号进行适配和调整)

2.1 hal 模块 (硬件抽象层)

hal/hal_gpio.h

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// GPIO 端口定义 (根据具体 MCU 平台定义)
typedef enum {
    GPIO_PORT_A,
    GPIO_PORT_B,
    GPIO_PORT_C,
    // ... 其他端口
    GPIO_PORT_MAX
} GPIO_Port_TypeDef;

// GPIO 引脚定义 (根据具体 MCU 平台定义)
typedef enum {
    GPIO_PIN_0  = (1U << 0),
    GPIO_PIN_1  = (1U << 1),
    GPIO_PIN_2  = (1U << 2),
    // ... 其他引脚
    GPIO_PIN_ALL = 0xFFFFFFFFU
} GPIO_Pin_TypeDef;

// GPIO 工作模式定义
typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,      // 输入模式
    GPIO_MODE_OUTPUT,     // 输出模式
    GPIO_MODE_AF_PP,      // 复用推挽输出
    GPIO_MODE_AF_OD,      // 复用开漏输出
    GPIO_MODE_ANALOG      // 模拟输入
} GPIO_Mode_TypeDef;

// GPIO 输出类型定义
typedef enum {
    GPIO_OUTPUT_PP,       // 推挽输出
    GPIO_OUTPUT_OD       // 开漏输出
} GPIO_OutputType_TypeDef;

// GPIO 上下拉电阻定义
typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,       // 无上下拉
    GPIO_PULL_UP,         // 上拉
    GPIO_PULL_DOWN       // 下拉
} GPIO_Pull_TypeDef;

// 初始化 GPIO
void HAL_GPIO_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin, GPIO_Mode_TypeDef mode, GPIO_OutputType_TypeDef otype, GPIO_Pull_TypeDef pull);

// 设置 GPIO 输出电平
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin, bool pinState);

// 读取 GPIO 输入电平
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin);

#endif // HAL_GPIO_H

hal/hal_gpio.c

#include "hal_gpio.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

// 假设使用 STM32 HAL 库, 需要根据实际 MCU 平台进行修改
#ifdef STM32F4xx
#include "stm32f4xx_hal.h"
#endif

// 初始化 GPIO
void HAL_GPIO_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin, GPIO_Mode_TypeDef mode, GPIO_OutputType_TypeDef otype, GPIO_Pull_TypeDef pull) {
    // 错误检查
    if (port >= GPIO_PORT_MAX) {
        printf("HAL_GPIO_Init Error: Invalid GPIO Port\n");
        return;
    }

    // 根据具体 MCU 平台配置 GPIO
    #ifdef STM32F4xx
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_TypeDef *GPIOx;

    switch (port) {
        case GPIO_PORT_A: GPIOx = GPIOA; break;
        case GPIO_PORT_B: GPIOx = GPIOB; break;
        case GPIO_PORT_C: GPIOx = GPIOC; break;
        // ... 其他端口
        default:
            printf("HAL_GPIO_Init Error: Unsupported GPIO Port for STM32F4\n");
            return;
    }

    GPIO_InitStruct.Pin = pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = mode;
    GPIO_InitStruct.Pull = pull;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; // 可根据需求调整速度

    if (mode == GPIO_MODE_OUTPUT || mode == GPIO_MODE_AF_PP || mode == GPIO_MODE_AF_OD) {
        GPIO_InitStruct.Mode = mode;
        GPIO_InitStruct.OutputType = (otype == GPIO_OUTPUT_PP) ? GPIO_OUTPUTTYPE_PP : GPIO_OUTPUTTYPE_OD;
    } else if (mode == GPIO_MODE_INPUT) {
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    } else if (mode == GPIO_MODE_ANALOG) {
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    } else {
        printf("HAL_GPIO_Init Error: Invalid GPIO Mode\n");
        return;
    }

    HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);

    #else
    // 其他 MCU 平台的 GPIO 初始化代码 (需要根据平台 datasheet 实现)
    printf("HAL_GPIO_Init: Platform specific implementation needed.\n");
    #endif
}

// 设置 GPIO 输出电平
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin, bool pinState) {
    // 错误检查
    if (port >= GPIO_PORT_MAX) {
        printf("HAL_GPIO_WritePin Error: Invalid GPIO Port\n");
        return;
    }

    #ifdef STM32F4xx
    GPIO_TypeDef *GPIOx;
    switch (port) {
        case GPIO_PORT_A: GPIOx = GPIOA; break;
        case GPIO_PORT_B: GPIOx = GPIOB; break;
        case GPIO_PORT_C: GPIOx = GPIOC; break;
        // ... 其他端口
        default:
            printf("HAL_GPIO_WritePin Error: Unsupported GPIO Port for STM32F4\n");
            return;
    }
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, pin, pinState ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    #else
    // 其他 MCU 平台的 GPIO 输出代码 (需要根据平台 datasheet 实现)
    printf("HAL_GPIO_WritePin: Platform specific implementation needed.\n");
    #endif
}

// 读取 GPIO 输入电平
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin) {
    // 错误检查
    if (port >= GPIO_PORT_MAX) {
        printf("HAL_GPIO_ReadPin Error: Invalid GPIO Port\n");
        return false;
    }

    #ifdef STM32F4xx
    GPIO_TypeDef *GPIOx;
    switch (port) {
        case GPIO_PORT_A: GPIOx = GPIOA; break;
        case GPIO_PORT_B: GPIOx = GPIOB; break;
        case GPIO_PORT_C: GPIOx = GPIOC; break;
        // ... 其他端口
        default:
            printf("HAL_GPIO_ReadPin Error: Unsupported GPIO Port for STM32F4\n");
            return false;
    }
    return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, pin) == GPIO_PIN_SET);
    #else
    // 其他 MCU 平台的 GPIO 输入代码 (需要根据平台 datasheet 实现)
    printf("HAL_GPIO_ReadPin: Platform specific implementation needed.\n");
    return false;
    #endif
}

(其他 hal 模块的代码, 例如 hal_adc.c/h, hal_pwm.c/h, hal_timer.c/h, hal_uart.c/h 的实现方式类似，需要根据具体的 MCU 平台和外设进行编写，这里省略代码以避免篇幅过长，但需要包含 ADC 初始化、采样，PWM 初始化、占空比控制，定时器初始化、中断处理，UART 初始化、数据收发等功能。)

2.2 drivers 模块 (设备驱动层)

drivers/pir_sensor.h

#ifndef PIR_SENSOR_H
#define PIR_SENSOR_H

#include <stdbool.h>

// 初始化 PIR 传感器
bool PIR_Sensor_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin);

// 读取 PIR 传感器状态，返回 true 表示检测到人体，false 表示未检测到
bool PIR_Sensor_IsDetected(void);

#endif // PIR_SENSOR_H

drivers/pir_sensor.c

#include "pir_sensor.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

static GPIO_Port_TypeDef pir_port;
static GPIO_Pin_TypeDef pir_pin;

// 初始化 PIR 传感器
bool PIR_Sensor_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin) {
    pir_port = port;
    pir_pin = pin;

    // 初始化 PIR 传感器引脚为输入模式
    HAL_GPIO_Init(pir_port, pir_pin, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_OUTPUT_PP, GPIO_PULL_DOWN); // 假设 PIR 传感器输出高电平表示检测到

    // 简单延时，等待传感器稳定 (根据实际传感器 datasheet 调整)
    for (volatile int i = 0; i < 100000; i++);

    printf("PIR Sensor Initialized on Port %d, Pin %d\n", pir_port, pir_pin);
    return true;
}

// 读取 PIR 传感器状态，返回 true 表示检测到人体，false 表示未检测到
bool PIR_Sensor_IsDetected(void) {
    return HAL_GPIO_ReadPin(pir_port, pir_pin);
}

drivers/light_sensor.h

#ifndef LIGHT_SENSOR_H
#define LIGHT_SENSOR_H

#include <stdint.h>

// 初始化光传感器
bool Light_Sensor_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin);

// 读取光照强度值，返回 ADC 原始值 (需要根据实际传感器和 ADC 配置进行转换)
uint16_t Light_Sensor_ReadRawValue(void);

// 将 ADC 原始值转换为光照强度百分比 (0-100%)
uint8_t Light_Sensor_ConvertToPercentage(uint16_t rawValue);

#endif // LIGHT_SENSOR_H

drivers/light_sensor.c

#include "light_sensor.h"
#include "hal_adc.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

static GPIO_Port_TypeDef light_sensor_port;
static GPIO_Pin_TypeDef light_sensor_pin;

// 初始化光传感器
bool Light_Sensor_Init(GPIO_Port_TypeDef port, GPIO_Pin_TypeDef pin) {
    light_sensor_port = port;
    light_sensor_pin = pin;

    // 初始化 ADC (假设 ADC 通道已在 hal_adc.c 中配置)
    if (!HAL_ADC_Init()) {
        printf("Light_Sensor_Init Error: ADC Initialization failed\n");
        return false;
    }

    printf("Light Sensor Initialized on Port %d, Pin %d\n", light_sensor_port, light_sensor_pin);
    return true;
}

// 读取光照强度值，返回 ADC 原始值
uint16_t Light_Sensor_ReadRawValue(void) {
    return HAL_ADC_GetValue(); // 假设 HAL_ADC_GetValue() 返回 ADC 原始值
}

// 将 ADC 原始值转换为光照强度百分比 (0-100%)
uint8_t Light_Sensor_ConvertToPercentage(uint16_t rawValue) {
    // 假设 ADC 是 12 位，最大值为 4095
    // 需要根据实际光传感器的特性和测试数据进行校准和映射
    uint32_t percentage = (uint32_t)rawValue * 100 / 4095;
    if (percentage > 100) percentage = 100;
    return (uint8_t)percentage;
}

(其他 drivers 模块的代码, 例如 gesture_sensor.c/h, led_driver.c/h 的实现方式类似， gesture_sensor.c/h 需要根据具体的手势传感器类型和通信协议进行编写，例如 I2C 或 SPI 通信，并实现手势数据解析和识别逻辑。 led_driver.c/h 需要使用 PWM 控制 LED 亮度，并提供亮度设置接口。 这里省略代码以避免篇幅过长。)

2.3 middleware 模块 (中间件层)

(此处仅提供 config_manager.c/h 的示例，其他中间件模块例如 task_scheduler.c/h, event_manager.c/h, log_manager.c/h 的实现方式类似，需要根据具体的需求和设计进行编写。 如果使用 RTOS，则 task_scheduler.c/h 可以省略，直接使用 RTOS API。 event_manager.c/h 可以实现一个简单的事件队列和事件处理机制。 log_manager.c/h 可以实现简单的日志记录功能，例如通过 UART 输出日志信息。)

middleware/config_manager.h

#ifndef CONFIG_MANAGER_H
#define CONFIG_MANAGER_H

#include <stdint.h>

// 系统配置参数结构体
typedef struct {
    uint8_t auto_brightness_enabled; // 自动亮度调节使能
    uint8_t gesture_control_enabled; // 手势控制使能
    uint8_t presence_detection_enabled; // 人体感应使能
    uint8_t brightness_level;        // 默认亮度级别 (0-100%)
    uint16_t tomato_timer_duration_minutes; // 番茄钟默认时长 (分钟)
    // ... 其他配置参数
} SystemConfig_TypeDef;

// 初始化配置管理器
bool Config_Manager_Init(void);

// 加载配置参数
bool Config_Manager_LoadConfig(SystemConfig_TypeDef *config);

// 保存配置参数
bool Config_Manager_SaveConfig(const SystemConfig_TypeDef *config);

// 获取配置参数
const SystemConfig_TypeDef* Config_Manager_GetConfig(void);

#endif // CONFIG_MANAGER_H

middleware/config_manager.c

#include "config_manager.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

static SystemConfig_TypeDef current_config;
static bool config_initialized = false;

// 默认配置参数
static const SystemConfig_TypeDef default_config = {
    .auto_brightness_enabled = 1,
    .gesture_control_enabled = 1,
    .presence_detection_enabled = 1,
    .brightness_level = 50,
    .tomato_timer_duration_minutes = 25
};

// 初始化配置管理器
bool Config_Manager_Init(void) {
    if (config_initialized) return true; // 避免重复初始化

    // 初始化配置参数为默认值
    current_config = default_config;

    // TODO: 从非易失性存储器 (例如 Flash 或 EEPROM) 加载配置参数 (此处省略具体实现)
    // 如果加载失败，则使用默认配置

    config_initialized = true;
    printf("Config Manager Initialized\n");
    return true;
}

// 加载配置参数
bool Config_Manager_LoadConfig(SystemConfig_TypeDef *config) {
    if (!config_initialized) {
        printf("Config_Manager_LoadConfig Error: Config Manager not initialized\n");
        return false;
    }

    // TODO: 从非易失性存储器加载配置参数到 *config (此处省略具体实现)
    // 如果加载成功，则更新 current_config
    // 如果加载失败，则保持 current_config 不变，并返回 false

    // 示例: 假设加载成功，复制 current_config 到 *config
    *config = current_config;

    printf("Config Loaded\n");
    return true; // 假设加载成功
}

// 保存配置参数
bool Config_Manager_SaveConfig(const SystemConfig_TypeDef *config) {
    if (!config_initialized) {
        printf("Config_Manager_SaveConfig Error: Config Manager not initialized\n");
        return false;
    }

    // 更新 current_config
    current_config = *config;

    // TODO: 将 current_config 保存到非易失性存储器 (此处省略具体实现)

    printf("Config Saved\n");
    return true; // 假设保存成功
}

// 获取配置参数
const SystemConfig_TypeDef* Config_Manager_GetConfig(void) {
    if (!config_initialized) {
        printf("Config_Manager_GetConfig Error: Config Manager not initialized\n");
        return NULL;
    }
    return &current_config;
}

2.4 application 模块 (应用层)

application/presence_detection.h

#ifndef PRESENCE_DETECTION_H
#define PRESENCE_DETECTION_H

#include <stdbool.h>

// 初始化人体存在检测模块
bool Presence_Detection_Init(void);

// 获取人体存在状态，返回 true 表示有人存在，false 表示无人存在
bool Presence_Detection_IsSomeonePresent(void);

#endif // PRESENCE_DETECTION_H

application/presence_detection.c

#include "presence_detection.h"
#include "pir_sensor.h"
#include "config_manager.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

// 初始化人体存在检测模块
bool Presence_Detection_Init(void) {
    const SystemConfig_TypeDef *config = Config_Manager_GetConfig();
    if (!config) {
        printf("Presence_Detection_Init Error: Config Manager not initialized\n");
        return false;
    }

    if (!config->presence_detection_enabled) {
        printf("Presence Detection Disabled by Config\n");
        return true; // 如果配置禁用，则初始化成功，但功能不启用
    }

    // 初始化 PIR 传感器 (假设 PIR 传感器引脚已在配置中定义)
    if (!PIR_Sensor_Init(GPIO_PORT_B, GPIO_PIN_0)) { // 示例引脚，需要根据实际硬件连接修改
        printf("Presence_Detection_Init Error: PIR Sensor Initialization failed\n");
        return false;
    }

    printf("Presence Detection Initialized\n");
    return true;
}

// 获取人体存在状态，返回 true 表示有人存在，false 表示无人存在
bool Presence_Detection_IsSomeonePresent(void) {
    const SystemConfig_TypeDef *config = Config_Manager_GetConfig();
    if (!config || !config->presence_detection_enabled) {
        return false; // 如果配置禁用或配置管理器未初始化，则默认无人存在
    }

    return PIR_Sensor_IsDetected();
}

application/ambient_light_control.h

#ifndef AMBIENT_LIGHT_CONTROL_H
#define AMBIENT_LIGHT_CONTROL_H

#include <stdint.h>

// 初始化环境光亮度控制模块
bool Ambient_Light_Control_Init(void);

// 根据环境光强度调节亮度
void Ambient_Light_Control_AdjustBrightness(void);

#endif // AMBIENT_LIGHT_CONTROL_H

application/ambient_light_control.c

#include "ambient_light_control.h"
#include "light_sensor.h"
#include "led_driver.h"
#include "config_manager.h"
#include "stdio.h" // For error handling (printf)

// 亮度调节阈值 (百分比)
#define BRIGHT_THRESHOLD  70  // 环境光强于 70% 时降低亮度
#define DIM_THRESHOLD     30  // 环境光弱于 30% 时升高亮度

// 初始化环境光亮度控制模块
bool Ambient_Light_Control_Init(void) {
    const SystemConfig_TypeDef *config = Config_Manager_GetConfig();
    if (!config) {
        printf("Ambient_Light_Control_Init Error: Config Manager not initialized\n");
        return false;
    }

    if (!config->auto_brightness_enabled) {
        printf("Auto Brightness Control Disabled by Config\n");
        return true; // 如果配置禁用，则初始化成功，但功能不启用
    }

    // 初始化光传感器 (假设光传感器引脚已在配置中定义)
    if (!Light_Sensor_Init(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_0)) { // 示例引脚，需要根据实际硬件连接修改
        printf("Ambient_Light_Control_Init Error: Light Sensor Initialization failed\n");
        return false;
    }

    printf("Ambient Light Control Initialized\n");
    return true;
}

// 根据环境光强度调节亮度
void Ambient_Light_Control_AdjustBrightness(void) {
    const SystemConfig_TypeDef *config = Config_Manager_GetConfig();
    if (!config || !config->auto_brightness_enabled) {
        return; // 如果配置禁用或配置管理器未初始化，则不进行亮度调节
    }

    uint8_t light_percentage = Light_Sensor_ConvertToPercentage(Light_Sensor_ReadRawValue());
    uint8_t current_brightness = LED_Driver_GetBrightness(); // 获取当前亮度 (假设 LED_Driver 模块提供此接口)
    uint8_t target_brightness = current_brightness;

    if (light_percentage > BRIGHT_THRESHOLD) {
        // 环境光强，降低亮度
        target_brightness = current_brightness * (100 - (light_percentage - BRIGHT_THRESHOLD)) / 100; // 线性降低
        if (target_brightness < 10) target_brightness = 10; // 最小亮度限制
        printf("Ambient Light: %d%%, Reducing Brightness to %d%%\n", light_percentage, target_brightness);
    } else if (light_percentage < DIM_THRESHOLD) {
        // 环境光弱，升高亮度
        target_brightness = current_brightness + (100 - current_brightness) * (DIM_THRESHOLD - light_percentage) / 100; // 线性升高
        if (target_brightness > 100) target_brightness = 100; // 最大亮度限制
        printf("Ambient Light: %d%%, Increasing Brightness to %d%%\n", light_percentage, target_brightness);
    } else {
        // 环境光适中，保持当前亮度
        printf("Ambient Light: %d%%, Maintaining Brightness\n", light_percentage);
        return; // 无需调节
    }

    LED_Driver_SetBrightness(target_brightness); // 设置目标亮度 (假设 LED_Driver 模块提供此接口)
}

(其他 application 模块的代码, 例如 gesture_recognition.c/h, brightness_control.c/h, tomato_timer.c/h, main_app.c 的实现方式类似。 gesture_recognition.c/h 需要实现手势数据的接收、解析和识别，并触发相应的事件。 brightness_control.c/h 需要实现亮度调节逻辑，例如通过手势或环境光传感器调节亮度。 tomato_timer.c/h 需要实现番茄钟计时功能，例如倒计时、提醒等。 main_app.c 是主应用程序入口，负责初始化所有模块，并实现主循环或任务调度，处理各种事件，例如人体感应事件、手势事件、定时器事件等，并控制台灯的整体运行逻辑。 这里省略代码以避免篇幅过长，但需要包含以上功能模块的完整实现。)

3. 测试验证

为了确保系统的可靠性和功能完整性，需要进行全面的测试验证，包括：

• 单元测试: 针对每个模块进行独立测试，验证模块功能的正确性。例如，测试 PIR 传感器驱动是否能准确检测人体存在，光传感器驱动是否能正确读取光照强度，LED 驱动是否能正确调节亮度等。
• 集成测试: 将各个模块集成在一起进行测试，验证模块之间的协同工作是否正常。例如，测试人体感应和亮度控制模块是否能协同工作，实现人来即亮，人走即灭的功能，以及环境光感应和亮度控制模块是否能协同工作，实现自动亮度调节功能。
• 系统测试: 对整个系统进行全面测试，验证系统是否满足所有需求。例如，测试手势交互功能是否灵敏可靠，番茄钟功能是否准确计时，系统运行是否稳定可靠，功耗是否符合预期等。
• 用户体验测试: 邀请用户进行实际使用测试，收集用户反馈，评估用户体验，并根据用户反馈进行优化改进。

4. 维护升级

为了保持系统的长期稳定运行和功能扩展，需要考虑以下维护升级策略：

• 固件升级: 预留固件升级接口 (例如 UART 或 OTA - Over-The-Air)，方便后续升级固件，修复 bug 或添加新功能。
• 模块化设计: 模块化设计使得系统易于维护和升级。当需要修改或升级某个模块时，只需修改该模块的代码，而不会影响其他模块。
• 日志管理: 完善的日志管理功能可以帮助开发者快速定位和解决问题，提高维护效率。
• 版本控制: 使用版本控制系统 (例如 Git) 管理代码，方便代码的版本管理和协同开发。
• 文档记录: 编写详细的开发文档和用户手册，方便后续维护和升级，以及用户使用。

5. 总结

本方案详细阐述了交互式智能台灯的嵌入式系统开发流程，从需求分析到系统实现，再到测试验证和维护升级。通过采用分层模块化的软件架构和具体的C代码实现，构建了一个可靠、高效且可扩展的系统平台。 代码示例覆盖了硬件抽象层、设备驱动层、中间件层和应用层的主要模块，并提供了详细的注释和错误处理。
请注意: 以上代码仅为示例代码，为了满足篇幅要求而进行了扩展，实际应用中需要根据具体的硬件平台、传感器型号和功能需求进行裁剪和优化。