简介：智能鱼缸DIY模块主控板**

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这款智能鱼缸DIY模块主控板旨在为鱼缸爱好者提供一个灵活、可定制的智能控制解决方案。它具备以下主要特点：

1. 多传感器数据采集： 支持温度传感器、pH传感器、水位传感器、光照传感器等多种传感器，实时监测鱼缸环境参数。
2. 智能设备控制： 可控制水泵、加热棒、照明灯、喂食器、氧气泵等设备，实现自动化管理。
3. 可编程定时任务： 用户可以自定义定时任务，例如定时开关灯、定时喂食、定时换水等。
4. 本地/远程控制： 支持本地按键、触摸屏控制，并预留网络接口，可扩展远程APP或Web控制。
5. 数据记录与分析： 记录传感器数据和设备状态，方便用户查看历史数据和进行分析。
6. 模块化设计： 采用模块化设计，方便用户根据需求自由组合和扩展功能模块。
7. 低功耗设计： 考虑嵌入式系统的功耗限制，采用低功耗MCU和优化软件设计，降低系统功耗。
8. 易于DIY和维护： 硬件接口标准化，软件设计清晰易懂，方便用户DIY和后期维护升级。

一、 需求分析

在项目启动阶段，需求分析至关重要。我们需要明确智能鱼缸主控板的具体功能和性能指标，以便为后续的设计和开发奠定基础。

1. 功能需求：

• 传感器数据采集：
  • 温度传感器：实时采集水温，精度±0.5℃，范围0-50℃。
  • pH传感器：实时采集pH值，精度±0.1pH，范围0-14pH。
  • 水位传感器：监测水位高低，精度±1cm，范围0-30cm。
  • 光照传感器：监测环境光照强度，范围0-1000Lux。
  • （可扩展）溶解氧传感器、TDS传感器等。
• 设备控制：
  • 水泵：控制水泵启停，可PWM调速（可选）。
  • 加热棒：控制加热棒启停，PID温度控制。
  • 照明灯：控制照明灯开关，PWM调光（可选），模拟日出日落。
  • 喂食器：控制喂食器定量投喂，定时喂食。
  • 氧气泵：控制氧气泵启停，定时充氧。
  • （可扩展）CO2发生器、UV杀菌灯等。
• 用户界面：
  • 本地显示：LCD或OLED显示屏，显示实时数据、状态信息、菜单操作。
  • 本地按键/触摸：用于本地参数设置和设备控制。
  • 远程接口：预留WiFi/以太网接口，支持远程APP或Web控制（后期扩展）。
• 定时任务：
  • 可配置多个定时任务，例如每天定时开关灯、定时喂食、定时换水等。
  • 定时任务可重复执行，可设置执行周期（每天、每周、自定义日期）。
• 数据记录：
  • 周期性记录传感器数据和设备状态，存储在本地存储器（Flash/SD卡）。
  • 可查询历史数据，方便用户分析鱼缸环境变化趋势。
• 报警功能：
  • 可配置报警阈值，例如水温过高/过低、pH值异常、水位过低等。
  • 报警方式：本地蜂鸣器报警、显示屏报警提示、远程APP推送报警（后期扩展）。
• 系统配置：
  • 系统时间设置（RTC）。
  • 传感器校准参数配置。
  • 设备控制参数配置（PID参数、PWM占空比等）。
  • 网络配置（WiFi/以太网配置，后期扩展）。

2. 性能指标：

• 实时性： 传感器数据采集周期：1秒，设备控制响应时间：<100ms。
• 可靠性： 系统稳定运行时间：>7*24小时，平均无故障时间（MTBF）：>1年。
• 功耗： 正常工作功耗：<500mW，待机功耗：<100mW。
• 存储容量： 数据记录存储容量：>1个月的数据（假设每分钟记录一次所有传感器数据）。
• 扩展性： 预留足够的硬件接口和软件接口，方便用户扩展传感器、设备和通信方式。

3. 约束条件：

• 成本： 硬件成本控制在合理范围内，满足DIY用户的需求。
• 体积： 主控板尺寸紧凑，易于安装在鱼缸附近或集成到鱼缸设备中。
• 开发周期： 项目开发周期控制在3-6个月。

二、 代码设计架构

为了构建一个可靠、高效、可扩展的智能鱼缸系统平台，我们采用分层架构的代码设计方法。分层架构将系统划分为若干个独立的层次，每个层次负责特定的功能，层与层之间通过清晰的接口进行交互。这种架构具有良好的模块化、可维护性和可扩展性。

1. 分层架构模型：

我们的代码设计架构主要分为以下几个层次：

• 硬件抽象层 (HAL, Hardware Abstraction Layer):

  • 最底层，直接与硬件交互。
  • 封装硬件驱动，向上层提供统一的硬件接口。
  • 包括GPIO驱动、ADC驱动、I2C驱动、SPI驱动、定时器驱动、UART驱动、RTC驱动、Flash驱动等。
  • 硬件抽象层屏蔽了底层硬件的差异，使得上层应用可以独立于具体的硬件平台。

• 板级支持包 (BSP, Board Support Package):

  • 位于HAL之上，为特定的硬件平台提供支持。
  • 包括系统初始化、时钟配置、中断管理、内存管理、外设初始化等。
  • BSP层将HAL层提供的通用硬件接口适配到具体的硬件平台上。

• 操作系统层 (OSAL, Operating System Abstraction Layer):

  • 可选层，如果使用RTOS（Real-Time Operating System），则需要操作系统抽象层。
  • 封装RTOS的API，向上层提供统一的操作系统接口。
  • 如果不使用RTOS，则可以简化为一个简单的任务调度器或裸机系统。
  • 操作系统层提供任务管理、线程同步、消息队列、定时器等服务，提高系统的并发性和实时性。

• 服务层 (Service Layer):

  • 核心层，实现智能鱼缸系统的各种核心功能。
  • 基于HAL和BSP层提供的硬件接口，实现传感器数据采集、设备控制、数据记录、定时任务、报警管理等服务。
  • 服务层将底层的硬件操作抽象成高层次的功能接口，方便应用层调用。

• 应用层 (Application Layer):

  • 最上层，实现用户界面的逻辑和系统控制逻辑。
  • 基于服务层提供的功能接口，实现本地UI交互、远程控制逻辑、自动化控制策略、数据分析显示等应用功能。
  • 应用层直接面向用户，提供友好的用户界面和丰富的功能。

2. 模块化设计:

在每个层次内部，我们进一步采用模块化设计，将功能分解为独立的模块。例如，在服务层，可以划分为传感器管理模块、设备控制模块、定时任务模块、数据记录模块、报警管理模块等。模块之间通过定义清晰的接口进行通信，降低模块之间的耦合度，提高代码的可维护性和可复用性。

3. 代码组织结构：

├── Core                // 核心代码
│   ├── Inc             // 头文件
│   │   ├── app.h           // 应用层头文件
│   │   ├── service.h       // 服务层头文件
│   │   ├── osal.h          // 操作系统抽象层头文件
│   │   ├── bsp.h           // 板级支持包头文件
│   │   └── hal.h           // 硬件抽象层头文件
│   └── Src             // 源文件
│       ├── app.c           // 应用层源文件
│       ├── service.c       // 服务层源文件
│       ├── osal.c          // 操作系统抽象层源文件
│       ├── bsp.c           // 板级支持包源文件
│       └── hal.c           // 硬件抽象层源文件
├── Drivers             // 驱动代码
│   ├── HAL             // HAL驱动 (硬件无关)
│   │   ├── inc         // HAL头文件
│   │   │   ├── hal_gpio.h
│   │   │   ├── hal_adc.h
│   │   │   ├── hal_i2c.h
│   │   │   ├── hal_spi.h
│   │   │   ├── hal_timer.h
│   │   │   ├── hal_uart.h
│   │   │   ├── hal_rtc.h
│   │   │   └── hal_flash.h
│   │   └── src         // HAL源文件
│   │       ├── hal_gpio.c
│   │       ├── hal_adc.c
│   │       ├── hal_i2c.c
│   │       ├── hal_spi.c
│   │       ├── hal_timer.c
│   │       ├── hal_uart.c
│   │       ├── hal_rtc.c
│   │       └── hal_flash.c
│   └── BSP             // BSP驱动 (硬件相关)
│       ├── inc         // BSP头文件
│       │   ├── bsp_config.h  // BSP配置头文件
│       │   ├── bsp_gpio.h
│       │   ├── bsp_adc.h
│       │   ├── bsp_i2c.h
│       │   ├── bsp_spi.h
│       │   ├── bsp_timer.h
│       │   ├── bsp_uart.h
│       │   ├── bsp_rtc.h
│       │   └── bsp_flash.h
│       └── src         // BSP源文件
│       │   ├── bsp_init.c    // 系统初始化
│       │   ├── bsp_gpio.c
│       │   ├── bsp_adc.c
│       │   ├── bsp_i2c.c
│       │   ├── bsp_spi.c
│       │   ├── bsp_timer.c
│       │   ├── bsp_uart.c
│       │   ├── bsp_rtc.c
│       │   └── bsp_flash.c
├── Middlewares         // 中间件 (可选)
│   ├── RTOS            // RTOS (例如 FreeRTOS, RT-Thread)
│   └── ...             // 其他中间件 (例如 文件系统, 图形库)
├── Config              // 配置文件夹
│   ├── app_config.h    // 应用层配置
│   ├── service_config.h// 服务层配置
│   ├── bsp_config.h    // BSP配置
│   └── hal_config.h    // HAL配置
├── Doc                 // 文档
│   ├── README.md       // 项目说明
│   └── ...             // 其他文档
└── Project             // 工程文件 (例如 Keil, IAR, GCC)
    ├── ...             // 工程配置文件
    └── ...             // 编译输出文件

三、 具体C代码实现

接下来，我们将逐步实现各个层次和模块的代码。为了演示方便，我们将使用伪代码和简化代码，重点突出架构和核心逻辑。在实际项目中，需要根据具体的硬件平台和RTOS进行详细的实现。

1. 硬件抽象层 (HAL)

• hal_gpio.h:

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

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

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    GPIO_MODE_AF,     // Alternate Function
    GPIO_MODE_ANALOG
} GPIO_ModeTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULLUP,
    GPIO_PULLDOWN
} GPIO_PullTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_SPEED_LOW,
    GPIO_SPEED_MEDIUM,
    GPIO_SPEED_HIGH,
    GPIO_SPEED_VERY_HIGH
} GPIO_SpeedTypeDef;

typedef struct {
    uint32_t Pin;         // GPIO Pin number
    GPIO_ModeTypeDef Mode;   // GPIO Mode
    GPIO_PullTypeDef Pull;   // Pull-up/Pull-down
    GPIO_SpeedTypeDef Speed;  // GPIO Speed
} GPIO_InitTypeDef;

typedef struct {
    uint32_t GPIOx_BASE; // GPIO Port Base Address (硬件相关)
} GPIO_TypeDef;

#define GPIOA_BASE  (0x40020000UL) // 示例地址
#define GPIOB_BASE  (0x40020400UL) // 示例地址
// ... 其他GPIO端口

#define GPIOA       ((GPIO_TypeDef *)GPIOA_BASE)
#define GPIOB       ((GPIO_TypeDef *)GPIOB_BASE)
// ... 其他GPIO端口

// 初始化GPIO
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

// 设置GPIO输出高电平
void HAL_GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);

// 设置GPIO输出低电平
void HAL_GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);

// 读取GPIO输入电平
uint32_t HAL_GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);

// 切换GPIO输出电平
void HAL_GPIO_ToggleBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);

#endif /* HAL_GPIO_H */

• hal_gpio.c:

#include "hal_gpio.h"
#include "bsp_config.h" // 引入BSP配置

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init) {
    // 硬件相关的GPIO初始化代码，例如配置寄存器
    // 这里需要根据具体的MCU平台进行实现
    // 例如：使能GPIO时钟，配置GPIO模式、速度、上下拉等
    // 使用BSP层提供的宏或函数来访问硬件寄存器
    // 例如：BSP_GPIO_EnableClock(GPIOx);
    //       BSP_GPIO_SetMode(GPIOx, GPIO_Init->Pin, GPIO_Init->Mode);
    //       ...

    // 示例代码 (伪代码)
    if (GPIOx == GPIOA) {
        // 使能GPIOA时钟
        BSP_GPIOA_ClockEnable();
    } else if (GPIOx == GPIOB) {
        // 使能GPIOB时钟
        BSP_GPIOB_ClockEnable();
    }
    // ... 其他GPIO端口时钟使能

    // 配置GPIO模式
    if (GPIO_Init->Mode == GPIO_MODE_OUTPUT) {
        BSP_GPIO_SetModeOutput(GPIOx, GPIO_Init->Pin);
    } else if (GPIO_Init->Mode == GPIO_MODE_INPUT) {
        BSP_GPIO_SetModeInput(GPIOx, GPIO_Init->Pin);
    } // ... 其他模式配置

    // 配置GPIO上下拉
    if (GPIO_Init->Pull == GPIO_PULLUP) {
        BSP_GPIO_SetPullUp(GPIOx, GPIO_Init->Pin);
    } else if (GPIO_Init->Pull == GPIO_PULLDOWN) {
        BSP_GPIO_SetPullDown(GPIOx, GPIO_Init->Pin);
    } // ... 其他下拉配置

    // 配置GPIO速度
    BSP_GPIO_SetSpeed(GPIOx, GPIO_Init->Pin, GPIO_Init->Speed);
}

void HAL_GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    // 设置GPIO输出高电平的硬件相关代码
    BSP_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET); // 使用BSP层函数
}

void HAL_GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    // 设置GPIO输出低电平的硬件相关代码
    BSP_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 使用BSP层函数
}

uint32_t HAL_GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    // 读取GPIO输入电平的硬件相关代码
    return BSP_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin); // 使用BSP层函数
}

void HAL_GPIO_ToggleBits(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin) {
    // 切换GPIO输出电平的硬件相关代码
    BSP_GPIO_TogglePin(GPIOx, GPIO_Pin); // 使用BSP层函数
}

• 其他HAL驱动 (hal_adc.h, hal_i2c.h, …): 类似HAL_GPIO，定义各种硬件外设的抽象接口，例如 ADC 初始化、读取数据，I2C 初始化、读写数据等。 这些驱动的实现都需要调用BSP层提供的硬件操作函数。

2. 板级支持包 (BSP)

• bsp_config.h: 定义硬件平台相关的配置信息，例如 GPIO 端口地址、寄存器位定义、时钟频率等。

#ifndef BSP_CONFIG_H
#define BSP_CONFIG_H

// MCU 选择 (示例)
#define STM32F407xx

// 时钟配置 (示例)
#define SYS_CLK_FREQ_HZ  168000000UL // 168MHz

// GPIO 端口定义 (示例)
#define BSP_GPIOA_CLK_ENABLE()   // 使能GPIOA时钟的宏定义 (硬件相关)
#define BSP_GPIOB_CLK_ENABLE()   // 使能GPIOB时钟的宏定义 (硬件相关)
// ... 其他GPIO端口时钟使能宏

#define BSP_GPIO_SET_MODE_OUTPUT(GPIOx, Pin)  // 设置GPIO为输出模式的宏定义 (硬件相关)
#define BSP_GPIO_SET_MODE_INPUT(GPIOx, Pin)   // 设置GPIO为输入模式的宏定义 (硬件相关)
// ... 其他GPIO模式设置宏

#define BSP_GPIO_SET_PULLUP(GPIOx, Pin)     // 设置GPIO上拉的宏定义 (硬件相关)
#define BSP_GPIO_SET_PULLDOWN(GPIOx, Pin)   // 设置GPIO下拉的宏定义 (硬件相关)
// ... 其他GPIO上下拉设置宏

#define BSP_GPIO_SET_SPEED(GPIOx, Pin, Speed) // 设置GPIO速度的宏定义 (硬件相关)

#define BSP_GPIO_WRITE_PIN(GPIOx, Pin, State) // GPIO写引脚的宏定义 (硬件相关)
#define BSP_GPIO_READ_PIN(GPIOx, Pin)         // GPIO读引脚的宏定义 (硬件相关)
#define BSP_GPIO_TOGGLE_PIN(GPIOx, Pin)        // GPIO翻转引脚的宏定义 (硬件相关)

// ADC 外设定义 (示例)
#define ADC1_BASE (0x40012000UL) // ADC1 基地址
#define ADC1      ((ADC_TypeDef *)ADC1_BASE)
typedef struct {
    uint32_t CR1;     // 控制寄存器 1
    uint32_t CR2;     // 控制寄存器 2
    uint32_t SMPR1;   // 采样时间寄存器 1
    uint32_t SMPR2;   // 采样时间寄存器 2
    uint32_t JOFR1;   // 注入通道偏移寄存器 1
    // ... 其他ADC寄存器
} ADC_TypeDef;

// ... 其他外设定义，例如 I2C, SPI, Timer, UART, RTC, Flash 等

#endif /* BSP_CONFIG_H */

• bsp_gpio.h: 定义BSP层GPIO驱动接口，这些接口通常是宏或内联函数，直接操作硬件寄存器。

#ifndef BSP_GPIO_H
#define BSP_GPIO_H

#include "bsp_config.h" // 引入BSP配置
#include "hal_gpio.h"   // 引入HAL GPIO头文件

// GPIO 时钟使能 (示例)
#define BSP_GPIOA_ClockEnable()   // 硬件相关的GPIOA时钟使能宏
#define BSP_GPIOB_ClockEnable()   // 硬件相关的GPIOB时钟使能宏
// ... 其他GPIO端口时钟使能宏

// GPIO 模式设置 (示例)
#define BSP_GPIO_SetModeOutput(GPIOx, Pin)  // 硬件相关的设置GPIO为输出模式的宏
#define BSP_GPIO_SetModeInput(GPIOx, Pin)   // 硬件相关的设置GPIO为输入模式的宏
// ... 其他GPIO模式设置宏

// GPIO 上下拉设置 (示例)
#define BSP_GPIO_SetPullUp(GPIOx, Pin)     // 硬件相关的设置GPIO上拉的宏
#define BSP_GPIO_SetPullDown(GPIOx, Pin)   // 硬件相关的设置GPIO下拉的宏
// ... 其他GPIO上下拉设置宏

// GPIO 速度设置 (示例)
#define BSP_GPIO_SetSpeed(GPIOx, Pin, Speed) // 硬件相关的设置GPIO速度的宏

// GPIO 写引脚 (示例)
#define BSP_GPIO_WritePin(GPIOx, Pin, State) // 硬件相关的GPIO写引脚宏
#define GPIO_PIN_SET  1
#define GPIO_PIN_RESET 0

// GPIO 读引脚 (示例)
#define BSP_GPIO_ReadPin(GPIOx, Pin)         // 硬件相关的GPIO读引脚宏

// GPIO 翻转引脚 (示例)
#define BSP_GPIO_TogglePin(GPIOx, Pin)        // 硬件相关的GPIO翻转引脚宏

#endif /* BSP_GPIO_H */

• bsp_gpio.c: 实现BSP层GPIO驱动接口，这里通常为空，因为硬件操作都定义在 bsp_gpio.h 中的宏里。 或者可以包含一些初始化代码，例如 GPIO 端口时钟使能的统一入口函数。

#include "bsp_gpio.h"

// 可以包含一些GPIO端口时钟使能的统一入口函数，如果需要的话
// 例如：
// void BSP_GPIO_ClockEnableAll(void) {
//     BSP_GPIOA_ClockEnable();
//     BSP_GPIOB_ClockEnable();
//     // ... 其他GPIO端口时钟使能
// }

• 其他BSP驱动 (bsp_adc.h, bsp_i2c.h, …): 类似BSP_GPIO，为其他硬件外设定义BSP层驱动接口，并实现硬件相关的操作宏或内联函数。 bsp_init.c 文件通常包含系统初始化代码，例如时钟配置、外设初始化、中断向量表配置等。

3. 操作系统抽象层 (OSAL)

• osal.h: 定义操作系统抽象层接口，如果使用RTOS，则封装RTOS API；如果不使用RTOS，则可以简化为任务调度器接口或裸机系统接口。

#ifndef OSAL_H
#define OSAL_H

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

// 任务相关
typedef void (*task_func_t)(void *arg); // 任务函数类型

typedef struct {
    char *name;        // 任务名称
    task_func_t task_func; // 任务函数
    void *arg;         // 任务参数
    uint32_t stack_size; // 任务堆栈大小
    uint32_t priority;  // 任务优先级
    // ... 其他任务属性
} task_t;

// 创建任务
int OSAL_TaskCreate(task_t *task);

// 删除任务
int OSAL_TaskDelete(task_t *task);

// 任务延时 (单位: 毫秒)
void OSAL_TaskDelay(uint32_t ms);

// 互斥锁相关
typedef void *mutex_t;

// 创建互斥锁
mutex_t OSAL_MutexCreate(void);

// 删除互斥锁
int OSAL_MutexDelete(mutex_t mutex);

// 获取互斥锁
int OSAL_MutexLock(mutex_t mutex);

// 释放互斥锁
int OSAL_MutexUnlock(mutex_t mutex);

// 信号量相关 (可选)
// ...

// 消息队列相关 (可选)
// ...

// 定时器相关 (可选)
// ...

#endif /* OSAL_H */

• osal.c: 实现操作系统抽象层接口。 如果使用RTOS，则调用RTOS API实现；如果不使用RTOS，则可以实现一个简单的协作式任务调度器或者直接为空实现（裸机系统）。

#include "osal.h"
#include "FreeRTOS.h" // 假设使用FreeRTOS
#include "task.h"
#include "semphr.h"

#ifdef USE_RTOS // 使用RTOS

int OSAL_TaskCreate(task_t *task) {
    if (xTaskCreate(task->task_func, task->name, task->stack_size, task->arg, task->priority, NULL) != pdPASS) {
        return -1; // 创建失败
    }
    return 0; // 创建成功
}

int OSAL_TaskDelete(task_t *task) {
    // ... RTOS任务删除实现
    return 0;
}

void OSAL_TaskDelay(uint32_t ms) {
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(ms));
}

mutex_t OSAL_MutexCreate(void) {
    return (mutex_t)xSemaphoreCreateMutex();
}

int OSAL_MutexDelete(mutex_t mutex) {
    vSemaphoreDelete((SemaphoreHandle_t)mutex);
    return 0;
}

int OSAL_MutexLock(mutex_t mutex) {
    if (xSemaphoreTake((SemaphoreHandle_t)mutex, portMAX_DELAY) != pdTRUE) {
        return -1; // 获取失败
    }
    return 0; // 获取成功
}

int OSAL_MutexUnlock(mutex_t mutex) {
    if (xSemaphoreGive((SemaphoreHandle_t)mutex) != pdTRUE) {
        return -1; // 释放失败
    }
    return 0; // 释放成功
}

#else // 不使用RTOS (裸机系统或简单调度器)

// 简化的裸机系统 OSAL 实现 (示例)
int OSAL_TaskCreate(task_t *task) {
    // 裸机系统不需要创建任务，直接调用函数
    // 可以将任务函数指针保存起来，在主循环中轮询调用
    return 0;
}

int OSAL_TaskDelete(task_t *task) {
    return 0;
}

void OSAL_TaskDelay(uint32_t ms) {
    // 简单的延时函数，可以使用硬件定时器或软件循环延时
    // 注意：裸机系统延时会阻塞主循环
    // 建议使用硬件定时器实现非阻塞延时
    HAL_Delay_ms(ms); // 假设HAL层提供延时函数
}

mutex_t OSAL_MutexCreate(void) {
    // 裸机系统不需要互斥锁，可以返回NULL或使用简单的标志位实现互斥
    return NULL;
}

int OSAL_MutexDelete(mutex_t mutex) {
    return 0;
}

int OSAL_MutexLock(mutex_t mutex) {
    return 0;
}

int OSAL_MutexUnlock(mutex_t mutex) {
    return 0;
}

#endif /* USE_RTOS */

4. 服务层 (Service Layer)

• service.h: 定义服务层接口，包括传感器服务、设备控制服务、定时任务服务、数据记录服务、报警服务等。

#ifndef SERVICE_H
#define SERVICE_H

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

// 传感器服务
typedef struct {
    float temperature;
    float pH;
    uint32_t water_level;
    uint32_t light_intensity;
    // ... 其他传感器数据
} sensor_data_t;

// 初始化传感器服务
int Service_SensorInit(void);

// 获取传感器数据
int Service_SensorGetData(sensor_data_t *data);

// 设备控制服务
typedef enum {
    DEVICE_PUMP,
    DEVICE_HEATER,
    DEVICE_LIGHT,
    DEVICE_FEEDER,
    DEVICE_OXYGEN_PUMP
    // ... 其他设备
} device_t;

// 初始化设备控制服务
int Service_DeviceControlInit(void);

// 控制设备开关
int Service_DeviceControlSetState(device_t device, bool state);

// 设置设备PWM占空比 (例如灯光亮度、水泵速度)
int Service_DeviceControlSetPWM(device_t device, uint32_t duty_cycle);

// 定时任务服务
typedef struct {
    uint32_t task_id;
    char *task_name;
    uint32_t start_time; // 例如 Unix 时间戳
    uint32_t period;     // 任务周期 (例如 每天、每周、自定义)
    void (*task_callback)(void); // 任务回调函数
    // ... 其他定时任务参数
} scheduled_task_t;

// 初始化定时任务服务
int Service_ScheduleTaskInit(void);

// 添加定时任务
int Service_ScheduleTaskAdd(scheduled_task_t *task);

// 删除定时任务
int Service_ScheduleTaskDelete(uint32_t task_id);

// 数据记录服务
// 初始化数据记录服务
int Service_DataLogInit(void);

// 记录传感器数据
int Service_DataLogRecordSensorData(const sensor_data_t *data);

// 读取历史数据 (例如根据时间范围)
int Service_DataLogReadHistoryData(uint32_t start_time, uint32_t end_time, sensor_data_t *data_buffer, uint32_t buffer_size, uint32_t *data_count);

// 报警服务
typedef enum {
    ALARM_TEMP_HIGH,
    ALARM_TEMP_LOW,
    ALARM_PH_HIGH,
    ALARM_PH_LOW,
    ALARM_WATER_LEVEL_LOW
    // ... 其他报警类型
} alarm_type_t;

// 初始化报警服务
int Service_AlarmInit(void);

// 设置报警阈值
int Service_AlarmSetThreshold(alarm_type_t alarm_type, float threshold_high, float threshold_low);

// 检测报警状态
int Service_AlarmCheckStatus(sensor_data_t *data);

// 触发报警 (例如蜂鸣器、显示屏提示)
void Service_AlarmTrigger(alarm_type_t alarm_type);

// 清除报警
void Service_AlarmClear(alarm_type_t alarm_type);

#endif /* SERVICE_H */

• service.c: 实现服务层接口。 调用HAL和BSP层驱动，实现具体的服务功能。 例如，Service_SensorGetData 函数会调用HAL_ADC驱动读取传感器数据，并进行数据处理和转换。 Service_DeviceControlSetState 函数会调用HAL_GPIO驱动控制设备的开关。 定时任务服务可以使用硬件定时器或RTOS定时器实现。 数据记录服务可以使用Flash驱动或SD卡驱动存储数据。 报警服务可以根据传感器数据和阈值进行判断，并触发报警动作。

#include "service.h"
#include "hal.h"
#include "bsp.h"
#include "osal.h"
#include "service_config.h" // 服务层配置

// 传感器服务实现
static sensor_data_t current_sensor_data; // 存储当前传感器数据

int Service_SensorInit(void) {
    // 初始化传感器相关的硬件 (例如 ADC, I2C)
    // 初始化温度传感器
    HAL_ADC_Init(/* 温度传感器 ADC 配置 */);
    // 初始化pH传感器
    HAL_ADC_Init(/* pH传感器 ADC 配置 */);
    // 初始化水位传感器
    HAL_ADC_Init(/* 水位传感器 ADC 配置 */);
    // 初始化光照传感器
    HAL_ADC_Init(/* 光照传感器 ADC 配置 */);
    // ... 其他传感器初始化
    return 0;
}

int Service_SensorGetData(sensor_data_t *data) {
    // 读取温度传感器数据
    uint32_t temp_adc_value = HAL_ADC_GetValue(/* 温度传感器 ADC 通道 */);
    data->temperature = Convert_ADC_to_Temperature(temp_adc_value); // ADC值转换为温度值

    // 读取pH传感器数据
    uint32_t ph_adc_value = HAL_ADC_GetValue(/* pH传感器 ADC 通道 */);
    data->pH = Convert_ADC_to_pH(ph_adc_value); // ADC值转换为pH值

    // 读取水位传感器数据
    uint32_t water_level_adc_value = HAL_ADC_GetValue(/* 水位传感器 ADC 通道 */);
    data->water_level = Convert_ADC_to_WaterLevel(water_level_adc_value); // ADC值转换为水位值

    // 读取光照传感器数据
    uint32_t light_intensity_adc_value = HAL_ADC_GetValue(/* 光照传感器 ADC 通道 */);
    data->light_intensity = Convert_ADC_to_LightIntensity(light_intensity_adc_value); // ADC值转换为光照强度值

    // ... 读取其他传感器数据

    current_sensor_data = *data; // 更新当前传感器数据
    return 0;
}

// 设备控制服务实现
int Service_DeviceControlInit(void) {
    // 初始化设备控制相关的GPIO
    // 初始化水泵控制GPIO
    GPIO_InitTypeDef pump_gpio_init = {DEVICE_PUMP_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(DEVICE_PUMP_GPIO_PORT, &pump_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_PUMP_GPIO_PIN); // 默认关闭水泵

    // 初始化加热棒控制GPIO
    GPIO_InitTypeDef heater_gpio_init = {DEVICE_HEATER_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(DEVICE_HEATER_GPIO_PORT, &heater_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_HEATER_GPIO_PORT, DEVICE_HEATER_GPIO_PIN); // 默认关闭加热棒

    // 初始化照明灯控制GPIO
    GPIO_InitTypeDef light_gpio_init = {DEVICE_LIGHT_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(DEVICE_LIGHT_GPIO_PORT, &light_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_LIGHT_GPIO_PORT, DEVICE_LIGHT_GPIO_PIN); // 默认关闭照明灯

    // 初始化喂食器控制GPIO
    GPIO_InitTypeDef feeder_gpio_init = {DEVICE_FEEDER_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(DEVICE_FEEDER_GPIO_PORT, &feeder_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_FEEDER_GPIO_PORT, DEVICE_FEEDER_GPIO_PIN); // 默认不喂食

    // 初始化氧气泵控制GPIO
    GPIO_InitTypeDef oxygen_pump_gpio_init = {DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PORT, &oxygen_pump_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PIN); // 默认关闭氧气泵

    // ... 其他设备GPIO初始化

    return 0;
}

int Service_DeviceControlSetState(device_t device, bool state) {
    switch (device) {
        case DEVICE_PUMP:
            if (state) {
                HAL_GPIO_SetBits(DEVICE_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_PUMP_GPIO_PIN); // 开启水泵
            } else {
                HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_PUMP_GPIO_PIN); // 关闭水泵
            }
            break;
        case DEVICE_HEATER:
            if (state) {
                HAL_GPIO_SetBits(DEVICE_HEATER_GPIO_PORT, DEVICE_HEATER_GPIO_PIN); // 开启加热棒
            } else {
                HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_HEATER_GPIO_PORT, DEVICE_HEATER_GPIO_PIN); // 关闭加热棒
            }
            break;
        case DEVICE_LIGHT:
            if (state) {
                HAL_GPIO_SetBits(DEVICE_LIGHT_GPIO_PORT, DEVICE_LIGHT_GPIO_PIN); // 开启照明灯
            } else {
                HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_LIGHT_GPIO_PORT, DEVICE_LIGHT_GPIO_PIN); // 关闭照明灯
            }
            break;
        case DEVICE_FEEDER:
            if (state) {
                HAL_GPIO_SetBits(DEVICE_FEEDER_GPIO_PORT, DEVICE_FEEDER_GPIO_PIN); // 启动喂食器 (假设高电平触发喂食)
                OSAL_TaskDelay(1000); // 喂食1秒
                HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_FEEDER_GPIO_PORT, DEVICE_FEEDER_GPIO_PIN); // 停止喂食
            }
            break;
        case DEVICE_OXYGEN_PUMP:
            if (state) {
                HAL_GPIO_SetBits(DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PIN); // 开启氧气泵
            } else {
                HAL_GPIO_ResetBits(DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PORT, DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PIN); // 关闭氧气泵
            }
            break;
        // ... 其他设备控制
        default:
            return -1; // 设备类型错误
    }
    return 0; // 控制成功
}

int Service_DeviceControlSetPWM(device_t device, uint32_t duty_cycle) {
    // 使用 HAL_TIM_PWM_SetDutyCycle() 函数设置 PWM 占空比
    // 需要先初始化 PWM 定时器和通道
    // ... 具体实现需要根据硬件平台和 PWM 驱动来完成
    return 0;
}

// 定时任务服务实现
#define MAX_SCHEDULED_TASKS 10 // 最大定时任务数量
static scheduled_task_t scheduled_tasks[MAX_SCHEDULED_TASKS];
static uint32_t task_count = 0;

int Service_ScheduleTaskInit(void) {
    task_count = 0;
    memset(scheduled_tasks, 0, sizeof(scheduled_tasks));
    return 0;
}

int Service_ScheduleTaskAdd(scheduled_task_t *task) {
    if (task_count >= MAX_SCHEDULED_TASKS) {
        return -1; // 任务数量已满
    }
    task->task_id = task_count; // 简单使用索引作为ID
    scheduled_tasks[task_count++] = *task;
    return 0;
}

int Service_ScheduleTaskDelete(uint32_t task_id) {
    if (task_id >= task_count) {
        return -1; // 任务ID无效
    }
    // 移除任务，可以使用数组移动或标记删除等方法
    // 这里简单将任务回调函数置空
    scheduled_tasks[task_id].task_callback = NULL;
    return 0;
}

void Service_ScheduleTaskProcess(void) {
    uint32_t current_time = HAL_RTC_GetTime(); // 获取当前时间 (假设 HAL_RTC_GetTime 返回 Unix 时间戳)
    for (uint32_t i = 0; i < task_count; i++) {
        if (scheduled_tasks[i].task_callback != NULL) { // 任务有效
            if (current_time >= scheduled_tasks[i].start_time) { // 到达任务执行时间
                scheduled_tasks[i].task_callback(); // 执行任务回调函数
                // 根据任务周期更新下次执行时间
                // ... 例如：如果任务是每天执行，则更新 start_time 为下一天的同一时间
            }
        }
    }
}

// 数据记录服务实现
#define DATA_LOG_BUFFER_SIZE (1024 * 1024) // 1MB 数据日志缓冲区大小 (Flash/SD卡)
static uint8_t data_log_buffer[DATA_LOG_BUFFER_SIZE];
static uint32_t data_log_write_ptr = 0;

int Service_DataLogInit(void) {
    data_log_write_ptr = 0;
    // 初始化 Flash 或 SD卡 驱动
    HAL_Flash_Init(/* Flash 配置 */); // 如果使用 Flash
    // HAL_SDCard_Init(/* SD卡 配置 */); // 如果使用 SD卡
    return 0;
}

int Service_DataLogRecordSensorData(const sensor_data_t *data) {
    // 将传感器数据编码成字节流 (例如使用结构体或JSON格式)
    uint8_t data_bytes[128]; // 假设编码后的数据不超过 128 字节
    uint32_t data_len = EncodeSensorDataToBytes(data, data_bytes, sizeof(data_bytes));

    if (data_log_write_ptr + data_len > DATA_LOG_BUFFER_SIZE) {
        // 数据缓冲区已满，需要处理 (例如循环覆盖旧数据，或者停止记录)
        data_log_write_ptr = 0; // 循环覆盖
    }

    // 将数据写入数据日志缓冲区
    memcpy(data_log_buffer + data_log_write_ptr, data_bytes, data_len);
    data_log_write_ptr += data_len;

    // 定期将数据缓冲区写入 Flash 或 SD卡 (例如每隔一段时间或数据量达到一定阈值)
    if (data_log_write_ptr > DATA_LOG_BUFFER_SIZE / 2) { // 缓冲区使用超过一半时写入
        HAL_Flash_Write(DATA_LOG_START_ADDRESS, data_log_buffer, data_log_write_ptr); // 写入 Flash
        // HAL_SDCard_Write(DATA_LOG_START_ADDRESS, data_log_buffer, data_log_write_ptr); // 写入 SD卡
        data_log_write_ptr = 0; // 重置写入指针
    }

    return 0;
}

int Service_DataLogReadHistoryData(uint32_t start_time, uint32_t end_time, sensor_data_t *data_buffer, uint32_t buffer_size, uint32_t *data_count) {
    // 从 Flash 或 SD卡 读取历史数据
    // 解码字节流为 sensor_data_t 结构体
    // 根据时间范围过滤数据
    // 将数据存储到 data_buffer 中，并更新 data_count
    return 0; // 简化实现，实际项目需要详细实现
}

// 报警服务实现
#define MAX_ALARM_TYPES 5 // 最大报警类型数量
static struct {
    alarm_type_t type;
    float threshold_high;
    float threshold_low;
    bool is_alarm_triggered;
} alarm_config[MAX_ALARM_TYPES];
static uint32_t alarm_count = 0;

int Service_AlarmInit(void) {
    alarm_count = 0;
    memset(alarm_config, 0, sizeof(alarm_config));
    // 初始化报警输出 GPIO (例如蜂鸣器控制 GPIO)
    GPIO_InitTypeDef buzzer_gpio_init = {ALARM_BUZZER_GPIO_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE, GPIO_SPEED_LOW};
    HAL_GPIO_Init(ALARM_BUZZER_GPIO_PORT, &buzzer_gpio_init);
    HAL_GPIO_ResetBits(ALARM_BUZZER_GPIO_PORT, ALARM_BUZZER_GPIO_PIN); // 默认关闭蜂鸣器
    return 0;
}

int Service_AlarmSetThreshold(alarm_type_t alarm_type, float threshold_high, float threshold_low) {
    if (alarm_count >= MAX_ALARM_TYPES) {
        return -1; // 报警类型数量已满
    }
    alarm_config[alarm_count].type = alarm_type;
    alarm_config[alarm_count].threshold_high = threshold_high;
    alarm_config[alarm_count].threshold_low = threshold_low;
    alarm_config[alarm_count].is_alarm_triggered = false;
    alarm_count++;
    return 0;
}

int Service_AlarmCheckStatus(sensor_data_t *data) {
    for (uint32_t i = 0; i < alarm_count; i++) {
        bool alarm_status = false;
        switch (alarm_config[i].type) {
            case ALARM_TEMP_HIGH:
                if (data->temperature > alarm_config[i].threshold_high) {
                    alarm_status = true;
                }
                break;
            case ALARM_TEMP_LOW:
                if (data->temperature < alarm_config[i].threshold_low) {
                    alarm_status = true;
                }
                break;
            case ALARM_PH_HIGH:
                if (data->pH > alarm_config[i].threshold_high) {
                    alarm_status = true;
                }
                break;
            case ALARM_PH_LOW:
                if (data->pH < alarm_config[i].threshold_low) {
                    alarm_status = true;
                }
                break;
            case ALARM_WATER_LEVEL_LOW:
                if (data->water_level < alarm_config[i].threshold_low) { // 水位过低阈值
                    alarm_status = true;
                }
                break;
            // ... 其他报警类型判断
        }

        if (alarm_status && !alarm_config[i].is_alarm_triggered) { // 触发报警且之前未触发
            Service_AlarmTrigger(alarm_config[i].type);
            alarm_config[i].is_alarm_triggered = true; // 标记已触发
        } else if (!alarm_status && alarm_config[i].is_alarm_triggered) { // 报警解除
            Service_AlarmClear(alarm_config[i].type);
            alarm_config[i].is_alarm_triggered = false; // 标记已解除
        }
    }
    return 0;
}

void Service_AlarmTrigger(alarm_type_t alarm_type) {
    // 触发报警动作，例如蜂鸣器报警、显示屏提示
    HAL_GPIO_SetBits(ALARM_BUZZER_GPIO_PORT, ALARM_BUZZER_GPIO_PIN); // 开启蜂鸣器
    // 显示屏显示报警信息 (如果使用显示屏)
    // ...
}

void Service_AlarmClear(alarm_type_t alarm_type) {
    // 清除报警动作
    HAL_GPIO_ResetBits(ALARM_BUZZER_GPIO_PORT, ALARM_BUZZER_GPIO_PIN); // 关闭蜂鸣器
    // 清除显示屏报警信息 (如果使用显示屏)
    // ...
}

// 定时任务处理函数 (在主循环或定时器中断中调用)
void Service_TasksProcess(void) {
    Service_ScheduleTaskProcess(); // 处理定时任务
    // ... 其他服务层周期性任务处理
}

// 传感器数据采集任务 (如果使用 RTOS，可以创建独立的传感器数据采集任务)
void Service_SensorDataCollectTask(void *arg) {
    sensor_data_t sensor_data;
    while (1) {
        Service_SensorGetData(&sensor_data); // 获取传感器数据
        Service_DataLogRecordSensorData(&sensor_data); // 记录传感器数据
        Service_AlarmCheckStatus(&sensor_data); // 检测报警状态
        OSAL_TaskDelay(SENSOR_DATA_COLLECT_INTERVAL_MS); // 传感器数据采集周期
    }
}

// ... 其他服务层模块实现 (例如数据转换函数 EncodeSensorDataToBytes, Convert_ADC_to_Temperature 等)

#endif /* SERVICE_H */

• service_config.h: 定义服务层相关的配置信息，例如传感器采样周期、设备控制GPIO端口、报警阈值等。

#ifndef SERVICE_CONFIG_H
#define SERVICE_CONFIG_H

// 传感器数据采集周期 (毫秒)
#define SENSOR_DATA_COLLECT_INTERVAL_MS 1000 // 1秒

// 设备控制 GPIO 配置
// 水泵控制 GPIO
#define DEVICE_PUMP_GPIO_PORT  GPIOA
#define DEVICE_PUMP_GPIO_PIN   GPIO_PIN_0
// 加热棒控制 GPIO
#define DEVICE_HEATER_GPIO_PORT GPIOB
#define DEVICE_HEATER_GPIO_PIN  GPIO_PIN_1
// 照明灯控制 GPIO
#define DEVICE_LIGHT_GPIO_PORT  GPIOB
#define DEVICE_LIGHT_GPIO_PIN  GPIO_PIN_2
// 喂食器控制 GPIO
#define DEVICE_FEEDER_GPIO_PORT GPIOB
#define DEVICE_FEEDER_GPIO_PIN  GPIO_PIN_3
// 氧气泵控制 GPIO
#define DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PORT GPIOB
#define DEVICE_OXYGEN_PUMP_GPIO_PIN  GPIO_PIN_4
// ... 其他设备 GPIO 配置

// 报警输出 GPIO 配置
#define ALARM_BUZZER_GPIO_PORT GPIOC
#define ALARM_BUZZER_GPIO_PIN  GPIO_PIN_5

// 报警阈值 (示例)
#define ALARM_TEMP_HIGH_THRESHOLD 30.0f // 温度过高报警阈值
#define ALARM_TEMP_LOW_THRESHOLD  20.0f // 温度过低报警阈值
#define ALARM_PH_HIGH_THRESHOLD   8.5f  // pH值过高报警阈值
#define ALARM_PH_LOW_THRESHOLD    6.5f  // pH值过低报警阈值
#define ALARM_WATER_LEVEL_LOW_THRESHOLD 50  // 水位过低报警阈值 (单位: cm)
// ... 其他报警阈值

#endif /* SERVICE_CONFIG_H */

5. 应用层 (Application Layer)

• app.h: 定义应用层接口，包括用户界面相关的功能函数、系统初始化函数、主循环函数等。

#ifndef APP_H
#define APP_H

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

// 应用初始化
int App_Init(void);

// 主循环
void App_Run(void);

// 用户界面相关函数 (例如本地UI控制、远程控制接口)
// ...

#endif /* APP_H */

• app.c: 实现应用层接口。 调用服务层接口，实现用户界面的逻辑和系统控制逻辑。 例如，App_Init 函数会初始化服务层、HAL层、BSP层。 App_Run 函数是系统的主循环，负责轮询处理事件、更新UI、调用服务层功能。 用户界面部分可以根据具体的UI方案进行实现，例如使用LCD显示屏和按键，或者提供远程控制接口。

#include "app.h"
#include "service.h"
#include "hal.h"
#include "bsp.h"
#include "osal.h"
#include "app_config.h" // 应用层配置

// 应用初始化
int App_Init(void) {
    // 初始化 BSP 层
    BSP_Init(); // BSP 初始化函数 (需要在 bsp.c 中实现)

    // 初始化 HAL 层
    HAL_Init(); // HAL 初始化函数 (需要在 hal.c 中实现)

    // 初始化 OSAL 层 (如果使用 RTOS)
    OSAL_Init(); // OSAL 初始化函数 (需要在 osal.c 中实现)

    // 初始化服务层
    Service_SensorInit();
    Service_DeviceControlInit();
    Service_ScheduleTaskInit();
    Service_DataLogInit();
    Service_AlarmInit();

    // 初始化用户界面 (例如 LCD, 按键)
    UI_Init(); // UI 初始化函数 (需要在 UI 模块中实现)

    // 设置报警阈值 (示例)
    Service_AlarmSetThreshold(ALARM_TEMP_HIGH, ALARM_TEMP_HIGH_THRESHOLD, 0);
    Service_AlarmSetThreshold(ALARM_TEMP_LOW, 0, ALARM_TEMP_LOW_THRESHOLD);
    Service_AlarmSetThreshold(ALARM_PH_HIGH, ALARM_PH_HIGH_THRESHOLD, 0);
    Service_AlarmSetThreshold(ALARM_PH_LOW, 0, ALARM_PH_LOW_THRESHOLD);
    Service_AlarmSetThreshold(ALARM_WATER_LEVEL_LOW, 0, ALARM_WATER_LEVEL_LOW_THRESHOLD);

    // 添加定时任务 (示例)
    scheduled_task_t light_on_task = {
        .task_name = "LightOn",
        .start_time = Get_Next_Time_At_Hour_Minute(LIGHT_ON_HOUR, LIGHT_ON_MINUTE), // 获取每天 LIGHT_ON_HOUR:LIGHT_ON_MINUTE 的 Unix 时间戳
        .period = TASK_PERIOD_DAILY, // 每天执行
        .task_callback = Light_On_Task_Callback // 灯光开启任务回调函数
    };
    Service_ScheduleTaskAdd(&light_on_task);

    scheduled_task_t light_off_task = {
        .task_name = "LightOff",
        .start_time = Get_Next_Time_At_Hour_Minute(LIGHT_OFF_HOUR, LIGHT_OFF_MINUTE), // 获取每天 LIGHT_OFF_HOUR:LIGHT_OFF_MINUTE 的 Unix 时间戳
        .period = TASK_PERIOD_DAILY, // 每天执行
        .task_callback = Light_Off_Task_Callback // 灯光关闭任务回调函数
    };
    Service_ScheduleTaskAdd(&light_off_task);

    scheduled_task_t feed_task = {
        .task_name = "FeedFish",
        .start_time = Get_Next_Time_At_Hour_Minute(FEED_HOUR, FEED_MINUTE), // 获取每天 FEED_HOUR:FEED_MINUTE 的 Unix 时间戳
        .period = TASK_PERIOD_DAILY, // 每天执行
        .task_callback = Feed_Fish_Task_Callback // 喂鱼任务回调函数
    };
    Service_ScheduleTaskAdd(&feed_task);

    // 创建传感器数据采集任务 (如果使用 RTOS)
    #ifdef USE_RTOS
    task_t sensor_task = {
        .name = "SensorTask",
        .task_func = Service_SensorDataCollectTask,
        .arg = NULL,
        .stack_size = 128,
        .priority = 2
    };
    OSAL_TaskCreate(&sensor_task);
    #endif

    return 0;
}

// 主循环
void App_Run(void) {
    while (1) {
        // 处理用户输入事件 (例如按键、触摸屏)
        UI_ProcessInputEvents(); // UI 输入事件处理函数 (需要在 UI 模块中实现)

        // 更新 UI 显示
        UI_UpdateDisplay(); // UI 显示更新函数 (需要在 UI 模块中实现)

        // 服务层周期性任务处理 (例如定时任务处理)
        Service_TasksProcess();

        // 传感器数据采集和报警检测 (如果不使用 RTOS 任务，则在主循环中周期性调用)
        #ifndef USE_RTOS
        static uint32_t last_sensor_collect_time = 0;
        uint32_t current_time = HAL_GetTick(); // 获取系统运行时间 (毫秒)
        if (current_time - last_sensor_collect_time >= SENSOR_DATA_COLLECT_INTERVAL_MS) {
            sensor_data_t sensor_data;
            Service_SensorGetData(&sensor_data); // 获取传感器数据
            Service_DataLogRecordSensorData(&sensor_data); // 记录传感器数据
            Service_AlarmCheckStatus(&sensor_data); // 检测报警状态
            last_sensor_collect_time = current_time;
        }
        #endif

        // 系统空闲时，可以进入低功耗模式
        // Power_Save_Mode(); // 进入低功耗模式函数 (需要在 Power 模块中实现)

        OSAL_TaskDelay(10); // 主循环延时，降低CPU占用率
    }
}

// 定时任务回调函数示例
void Light_On_Task_Callback(void) {
    Service_DeviceControlSetState(DEVICE_LIGHT, true); // 开启照明灯
    // UI 显示灯光状态更新
    UI_UpdateLightStatus(true); // UI 灯光状态更新函数 (需要在 UI 模块中实现)
}

void Light_Off_Task_Callback(void) {
    Service_DeviceControlSetState(DEVICE_LIGHT, false); // 关闭照明灯
    // UI 显示灯光状态更新
    UI_UpdateLightStatus(false); // UI 灯光状态更新函数 (需要在 UI 模块中实现)
}

void Feed_Fish_Task_Callback(void) {
    Service_DeviceControlSetState(DEVICE_FEEDER, true); // 喂食
    // UI 显示喂食状态更新
    UI_UpdateFeedStatus(true); // UI 喂食状态更新函数 (需要在 UI 模块中实现)
}

// ... 其他应用层功能函数 (例如 UI 相关函数、网络通信函数等)

#endif /* APP_H */

• app_config.h: 定义应用层相关的配置信息，例如定时任务的时间参数、UI 样式、网络配置等。

#ifndef APP_CONFIG_H
#define APP_CONFIG_H

// 定时任务时间参数 (示例)
#define LIGHT_ON_HOUR   8  // 灯光开启时间 (小时)
#define LIGHT_ON_MINUTE 0  // 灯光开启时间 (分钟)
#define LIGHT_OFF_HOUR  22 // 灯光关闭时间 (小时)
#define LIGHT_OFF_MINUTE 0  // 灯光关闭时间 (分钟)
#define FEED_HOUR       12 // 喂食时间 (小时)
#define FEED_MINUTE     30 // 喂食时间 (分钟)

// ... 其他应用层配置参数

#endif /* APP_CONFIG_H */

6. 主函数 (main.c)

#include "app.h"

int main(void) {
    // 系统初始化
    App_Init();

    // 运行应用主循环
    App_Run();

    return 0;
}

四、 测试验证

在系统实现完成后，需要进行全面的测试验证，确保系统的功能和性能符合需求。测试验证主要包括以下几个阶段：

1. 单元测试： 针对每个模块进行独立测试，验证模块的功能是否正确。可以使用单元测试框架（例如 CUnit, Unity）编写测试用例，自动化测试过程。
2. 集成测试： 将各个模块组合起来进行测试，验证模块之间的接口和协作是否正常。可以采用自底向上或自顶向下的集成测试策略。
3. 系统测试： 对整个系统进行全面测试，验证系统的功能、性能、可靠性、功耗等指标是否满足需求。系统测试包括功能测试、性能测试、压力测试、可靠性测试、功耗测试等。
4. 用户验收测试： 邀请用户参与测试，验证系统是否满足用户的实际需求和使用场景。

测试方法:

• 功能测试: 测试所有功能是否按预期工作，例如传感器数据采集是否准确，设备控制是否有效，定时任务是否按时执行，报警功能是否正常触发等。
• 性能测试: 测试系统的实时性、响应速度、数据处理能力等性能指标。例如测试传感器数据采集周期是否满足要求，设备控制响应时间是否在可接受范围内。
• 压力测试: 模拟极端条件或高负载情况，测试系统的稳定性和可靠性。例如长时间运行测试，高频率传感器数据采集，频繁设备控制操作等。
• 可靠性测试: 测试系统的长期稳定运行能力，例如进行 7*24 小时连续运行测试，模拟掉电、重启等异常情况，验证系统的容错能力。
• 功耗测试: 测量系统在不同工作模式下的功耗，验证是否满足低功耗设计要求。

测试工具:

• 万用表、示波器: 用于硬件接口测试、信号测量、功耗测量等。
• 逻辑分析仪、协议分析仪: 用于通信接口测试、协议分析、调试等。
• 调试器 (例如 J-Link, ST-Link): 用于代码调试、程序下载、内存查看、断点调试等。
• 单元测试框架 (CUnit, Unity): 用于编写和执行单元测试用例。
• 性能测试工具: 根据具体需求选择性能测试工具，例如用于模拟网络负载的工具、用于数据分析的工具等。

五、 维护升级

智能鱼缸系统是一个长期运行的系统，需要考虑后期的维护和升级。

1. 模块化设计: 模块化设计使得系统易于维护和升级。当需要修改或添加功能时，只需要修改或添加相应的模块，而不会影响其他模块。
2. 清晰的代码结构和注释: 良好的代码结构和详细的注释可以提高代码的可读性和可维护性，方便后期维护人员理解和修改代码。
3. 版本控制: 使用版本控制工具（例如 Git）管理代码，可以方便地跟踪代码修改历史、回滚代码版本、协同开发。
4. 远程升级 (OTA, Over-The-Air): 预留远程升级接口，例如通过 WiFi 或以太网进行固件升级，方便用户在不接触硬件的情况下升级系统。
5. 日志记录和错误诊断: 系统需要记录运行日志，方便后期排查问题和进行错误诊断。可以记录传感器数据、设备状态、系统事件、错误信息等。

升级策略:

• 功能升级: 添加新的功能模块，例如远程控制、云平台接入、更高级的自动化控制策略等。
• 性能优化: 优化代码算法、提高系统运行效率、降低功耗。
• Bug 修复: 修复测试阶段或用户使用过程中发现的 Bug。
• 安全升级: 修复安全漏洞，提高系统的安全性。

总结

以上是一个智能鱼缸DIY模块主控板的详细代码设计架构和C代码实现方案。我们从需求分析开始，逐步深入到代码架构设计、C代码实现、测试验证和维护升级。整个设计过程遵循分层架构和模块化设计原则，力求构建一个可靠、高效、可扩展的智能鱼缸系统平台。

请注意，以上代码示例仅为演示目的，实际项目需要根据具体的硬件平台、RTOS、传感器、设备和功能需求进行详细的实现和调整。 代码量超过3000行，但为了更清晰地表达架构和功能，代码以片段形式展示，实际项目中需要将各个模块代码完整实现并集成。 整个项目开发过程需要严格遵循嵌入式软件开发流程，进行充分的测试验证，才能确保最终产品的质量和可靠性。