简介：基于CH32和以K210为核心单元的MaixBit开发板所开发的装置，该装置可以通过判断工作人员是否佩戴了安全帽，通过电机控制装置停止旋转并运用syn6288语音模块播报检测结果。

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将为您详细阐述这个基于CH32和K210（MaixBit）的安全帽检测系统的代码设计架构，并提供具体的C代码示例。这个项目旨在构建一个可靠、高效、可扩展的嵌入式平台，涵盖从需求分析到维护升级的全流程。
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项目概述与需求分析

项目名称： 智能安全帽检测与电机控制系统

项目目标： 开发一个嵌入式系统，能够实时检测工作人员是否佩戴安全帽。当检测到未佩戴安全帽时，系统控制电机停止旋转，并通过语音模块播报检测结果，以提醒工作人员。

硬件平台：

• 主控芯片1： CH32系列单片机（负责电机控制、语音播报、系统协调）
• 主控芯片2： K210 (MaixBit开发板) （负责图像采集、安全帽检测）
• 摄像头： 与K210兼容的摄像头模块（用于图像采集）
• 电机及驱动模块： 用于模拟旋转设备，并接受CH32控制停止/启动
• SYN6288语音模块： 用于语音播报检测结果
• 电源模块： 为整个系统供电
• 指示灯 (LED)： 用于状态指示（可选，但建议添加，例如检测状态、错误状态等）

软件需求：

1. 图像采集与预处理：

   • K210控制摄像头采集图像。
   • 对图像进行预处理，例如缩放、灰度化等，以适应安全帽检测算法的需求。

2. 安全帽检测算法：

   • 在K210上运行高效的安全帽检测算法。
   • 输出检测结果：是否检测到安全帽。

3. 数据通信：

   • K210将安全帽检测结果发送给CH32。
   • 通信协议需要可靠、高效，例如UART串口通信。

4. 电机控制：

   • CH32接收到K210的检测结果。
   • 如果检测到未佩戴安全帽，CH32控制电机驱动模块停止电机旋转。
   • 如果检测到佩戴安全帽，电机可以保持旋转或恢复旋转。

5. 语音播报：

   • CH32接收到K210的检测结果。
   • 通过SYN6288语音模块播报检测结果，例如“检测到未佩戴安全帽，请注意安全！”或 “检测到已佩戴安全帽，工作安全！”。

6. 系统状态指示 (可选)：

   • 通过LED灯指示系统状态，例如：
     • 绿色LED常亮：系统正常运行，检测到佩戴安全帽
     • 红色LED常亮：系统正常运行，检测到未佩戴安全帽
     • 黄色LED闪烁：系统初始化或错误状态

7. 可扩展性与维护性：

   • 代码架构需要模块化，易于扩展新功能（例如添加更多检测目标、更复杂的控制逻辑等）。
   • 代码需要清晰易懂，方便后期维护和升级。

系统架构设计

为了实现可靠、高效、可扩展的系统，我将采用分层模块化架构，并结合事件驱动的设计思想。

1. 软件架构层次:

• 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer): 最底层，直接与硬件交互。为上层提供统一的硬件接口，屏蔽硬件差异。

  • CH32 HAL: 封装CH32的GPIO、UART、SPI、定时器等硬件外设驱动。
  • K210 HAL: 封装K210的摄像头接口、GPIO、UART等硬件外设驱动。
  • 外设驱动: SYN6288语音模块驱动、电机驱动模块驱动、摄像头驱动等。

• 设备驱动层 (Device Driver Layer): 基于HAL层，提供更高级别的设备操作接口。

  • 摄像头驱动: 初始化摄像头，采集图像帧。
  • 电机驱动: 控制电机的启动、停止、速度等。
  • 语音模块驱动: 初始化SYN6288，发送文本进行语音播报。
  • 通信驱动: UART串口通信驱动（CH32与K210之间的数据交换）。

• 核心逻辑层 (Core Logic Layer): 实现系统的核心功能。

  • 图像处理模块 (K210): 负责图像预处理和安全帽检测算法的运行。
  • 检测结果处理模块 (CH32): 接收K210的检测结果，根据结果控制电机和语音播报。
  • 状态管理模块 (CH32): 管理系统状态，例如运行状态、错误状态等 (如果需要状态指示)。

• 应用层 (Application Layer): 系统的最上层，负责任务调度和系统流程控制。

  • 主任务 (CH32 & K210): 协调各个模块，实现系统整体功能流程。

2. 模块化设计:

系统被分解为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能，模块之间通过定义清晰的接口进行通信。

• CH32模块:

  • ch32_hal_module: CH32硬件抽象层模块。
  • motor_driver_module: 电机驱动模块。
  • syn6288_driver_module: SYN6288语音模块驱动。
  • communication_module: UART通信模块 (CH32侧)。
  • control_logic_module: 电机控制逻辑模块。
  • voice_output_module: 语音播报逻辑模块。
  • system_manager_module: 系统状态管理模块 (可选)。
  • main_task_ch32_module: CH32主任务模块。

• K210模块:

  • k210_hal_module: K210硬件抽象层模块。
  • camera_driver_module: 摄像头驱动模块。
  • image_processing_module: 图像处理与安全帽检测模块。
  • communication_module: UART通信模块 (K210侧)。
  • main_task_k210_module: K210主任务模块。

3. 事件驱动设计:

系统采用事件驱动的方式进行模块间的通信和协作。例如：

• 摄像头采集到新图像帧 -> 图像处理模块处理图像 -> 检测结果事件 -> 通信模块发送结果 -> CH32接收结果事件 -> 控制逻辑模块执行电机控制和语音播报。

这种设计方式可以提高系统的响应速度和实时性，并降低模块之间的耦合度。

详细C代码实现 (示例代码片段，非完整项目代码)

为了满足3000行代码的要求，我将提供详细的代码注释和模块说明，并尽可能扩展代码示例，虽然实际一个简单的安全帽检测项目可能不需要如此庞大的代码量，但为了演示完整的嵌入式开发流程和架构，我将尽力提供更全面的代码框架和示例。

1. CH32 代码部分

1.1 ch32_hal_module.h (CH32 HAL 头文件)

#ifndef CH32_HAL_MODULE_H
#define CH32_HAL_MODULE_H

#include "ch32v30x.h" // 根据具体的CH32型号包含头文件

// GPIO 定义
#define MOTOR_CONTROL_PIN  GPIO_Pin_0  // 电机控制引脚 (示例)
#define VOICE_MODULE_TX_PIN GPIO_Pin_1  // 语音模块 TX 引脚 (示例)
#define VOICE_MODULE_RX_PIN GPIO_Pin_2  // 语音模块 RX 引脚 (示例)
#define SYSTEM_LED_PIN       GPIO_Pin_3  // 系统状态指示 LED 引脚 (示例)

// UART 定义
#define DEBUG_UART           USART1      // 调试串口 (示例)
#define VOICE_MODULE_UART    USART2      // 语音模块串口 (示例)
#define K210_UART            USART3      // 与K210通信串口 (示例)

// 函数声明

// GPIO 初始化
void CH32HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode);
// GPIO 输出高电平
void CH32HAL_GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
// GPIO 输出低电平
void CH32HAL_GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
// UART 初始化
void CH32HAL_UART_Init(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t baudRate);
// UART 发送一个字节
void CH32HAL_UART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t data);
// UART 发送字符串
void CH32HAL_UART_SendString(USART_TypeDef* USARTx, USART_TypeDef* USARTx, char *str);
// UART 接收一个字节 (非阻塞方式，需轮询或中断处理)
uint8_t CH32HAL_UART_ReceiveByte(USART_TypeDef* USARTx);
// 延时函数 (简单延时，实际应用中可能需要更精确的定时器延时)
void CH32HAL_Delay_ms(uint32_t ms);

#endif // CH32_HAL_MODULE_H

1.2 ch32_hal_module.c (CH32 HAL 源文件)

#include "ch32_hal_module.h"

// GPIO 初始化
void CH32HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能GPIO时钟，根据实际使用端口修改

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStructure);
}

// GPIO 输出高电平
void CH32HAL_GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) {
    GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin);
}

// GPIO 输出低电平
void CH32HAL_GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) {
    GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin);
}

// UART 初始化
void CH32HAL_UART_Init(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t baudRate) {
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    if (USARTx == USART1) {
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // USART1 默认使用GPIOA
        // 配置 GPIO TX RX 引脚，具体引脚根据CH32型号和硬件连接确定
        // ... (GPIO 初始化代码) ...
    } else if (USARTx == USART2) {
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // USART2 默认使用GPIOA
        // ... (GPIO 初始化代码) ...
    } else if (USARTx == USART3) {
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // USART3 默认使用GPIOB
        // ... (GPIO 初始化代码) ...
    }
    // ... (根据不同的USARTx 配置 GPIO 引脚和时钟) ...


    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudRate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USARTx, &USART_InitStructure);

    USART_Cmd(USARTx, ENABLE);
}

// UART 发送一个字节
void CH32HAL_UART_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t data) {
    USART_SendData(USARTx, data);
    while (USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 等待发送完成
}

// UART 发送字符串
void CH32HAL_UART_SendString(USART_TypeDef* USARTx, char *str) {
    while (*str) {
        CH32HAL_UART_SendByte(USARTx, *str++);
    }
}

// UART 接收一个字节 (非阻塞方式)
uint8_t CH32HAL_UART_ReceiveByte(USART_TypeDef* USARTx) {
    if (USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_RXNE) != RESET) {
        return USART_ReceiveData(USARTx);
    } else {
        return 0; // 没有接收到数据
    }
}

// 简单延时函数
void CH32HAL_Delay_ms(uint32_t ms) {
    volatile uint32_t count;
    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 配置SysTick为1ms中断
    for(count = 0; count < ms; count++){
        while (!((SysTick->CTRL) & (1 << 16))); // 等待计数器归零标志
    }
    SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 停止SysTick
}

1.3 motor_driver_module.h (电机驱动模块头文件)

#ifndef MOTOR_DRIVER_MODULE_H
#define MOTOR_DRIVER_MODULE_H

#include "ch32_hal_module.h"

// 函数声明
void MotorDriver_Init(void);
void MotorDriver_Start(void);
void MotorDriver_Stop(void);

#endif // MOTOR_DRIVER_MODULE_H

1.4 motor_driver_module.c (电机驱动模块源文件)

#include "motor_driver_module.h"

void MotorDriver_Init(void) {
    // 初始化电机控制引脚为输出模式
    CH32HAL_GPIO_Init(GPIOA, MOTOR_CONTROL_PIN, GPIO_Mode_Out_PP); // 假设电机控制引脚在GPIOA
    MotorDriver_Stop(); // 初始状态停止电机
}

void MotorDriver_Start(void) {
    // 输出高电平或特定PWM信号启动电机 (根据电机驱动电路设计)
    CH32HAL_GPIO_SetBits(GPIOA, MOTOR_CONTROL_PIN); // 简单示例，直接输出高电平
}

void MotorDriver_Stop(void) {
    // 输出低电平停止电机 (根据电机驱动电路设计)
    CH32HAL_GPIO_ResetBits(GPIOA, MOTOR_CONTROL_PIN); // 简单示例，直接输出低电平
}

1.5 syn6288_driver_module.h (SYN6288驱动模块头文件)

#ifndef SYN6288_DRIVER_MODULE_H
#define SYN6288_DRIVER_MODULE_H

#include "ch32_hal_module.h"

// 函数声明
void SYN6288_Init(void);
void SYN6288_SpeakText(char *text);

#endif // SYN6288_DRIVER_MODULE_H

1.6 syn6288_driver_module.c (SYN6288驱动模块源文件)

#include "syn6288_driver_module.h"

// SYN6288 命令定义 (部分常用命令，具体参考SYN6288数据手册)
#define SYN6288_CMD_TEXT_MODE    0x01 // 文本合成模式
#define SYN6288_CMD_SYNTHESIZE   0x01 // 开始合成播放命令 (文本模式下)
#define SYN6288_CMD_STOP         0x04 // 停止播放命令
#define SYN6288_CMD_PAUSE        0x05 // 暂停播放命令
#define SYN6288_CMD_RESUME       0x06 // 恢复播放命令
#define SYN6288_CMD_VOLUME_SET   0x31 // 设置音量命令 (0x00-0x09, 0x09最大)
#define SYN6288_CMD_BAUD_RATE    0x90 // 设置波特率命令

void SYN6288_Init(void) {
    // 初始化语音模块串口
    CH32HAL_UART_Init(VOICE_MODULE_UART, 9600); // SYN6288 默认波特率9600
    // 可以设置音量等参数 (可选)
    // SYN6288_SetVolume(0x07); // 设置音量为7级 (示例)
}

// 设置音量 (示例函数，需要根据SYN6288手册实现)
void SYN6288_SetVolume(uint8_t volume) {
    if (volume > 9) volume = 9;
    uint8_t cmd_buf[3];
    cmd_buf[0] = 0xFD;
    cmd_buf[1] = 0x00;
    cmd_buf[2] = SYN6288_CMD_VOLUME_SET + volume;
    CH32HAL_UART_SendString(VOICE_MODULE_UART, (char*)cmd_buf);
    CH32HAL_Delay_ms(50); // 适当延时
}


void SYN6288_SpeakText(char *text) {
    uint8_t cmd_buf[3];

    // 设置为文本合成模式 (如果默认是文本模式，可以省略)
    cmd_buf[0] = 0xFD;
    cmd_buf[1] = 0x00;
    cmd_buf[2] = SYN6288_CMD_TEXT_MODE;
    CH32HAL_UART_SendString(VOICE_MODULE_UART, (char*)cmd_buf);
    CH32HAL_Delay_ms(50); // 适当延时

    // 发送开始合成播放命令
    cmd_buf[0] = 0xFD;
    cmd_buf[1] = 0x00;
    cmd_buf[2] = SYN6288_CMD_SYNTHESIZE;
    CH32HAL_UART_SendString(VOICE_MODULE_UART, (char*)cmd_buf);
    CH32HAL_Delay_ms(50); // 适当延时

    // 发送GB2312编码的文本数据 (SYN6288 默认支持GB2312)
    CH32HAL_UART_SendString(VOICE_MODULE_UART, text);

    // 发送停止播放命令 (可选，取决于是否需要立即停止之前的播放)
    // cmd_buf[0] = 0xFD;
    // cmd_buf[1] = 0x00;
    // cmd_buf[2] = SYN6288_CMD_STOP;
    // CH32HAL_UART_SendString(VOICE_MODULE_UART, (char*)cmd_buf);
    // CH32HAL_Delay_ms(50); // 适当延时
}

1.7 communication_module_ch32.h (CH32侧通信模块头文件)

#ifndef COMMUNICATION_MODULE_CH32_H
#define COMMUNICATION_MODULE_CH32_H

#include "ch32_hal_module.h"

// 定义数据结构 (根据实际需要定义)
typedef enum {
    DETECTION_RESULT_UNKNOWN = 0,
    DETECTION_RESULT_NO_HELMET,
    DETECTION_RESULT_HELMET
} DetectionResult_t;

typedef struct {
    DetectionResult_t result;
    uint32_t timestamp; // 时间戳 (可选)
} DetectionData_t;

// 函数声明
void Communication_CH32_Init(void);
DetectionData_t Communication_CH32_ReceiveData(void);
void Communication_CH32_SendData(DetectionData_t data); // 如果CH32需要发送数据给K210，可以实现此函数

#endif // COMMUNICATION_MODULE_CH32_H

1.8 communication_module_ch32.c (CH32侧通信模块源文件)

#include "communication_module_ch32.h"

void Communication_CH32_Init(void) {
    // 初始化与K210通信的串口
    CH32HAL_UART_Init(K210_UART, 115200); // 假设波特率115200，根据实际情况调整
}

// 接收来自K210的数据 (示例：接收检测结果)
DetectionData_t Communication_CH32_ReceiveData(void) {
    DetectionData_t receivedData = {DETECTION_RESULT_UNKNOWN, 0};
    uint8_t byte;
    static uint8_t receiveBuffer[10]; // 接收缓冲区 (根据数据结构大小调整)
    static uint8_t bufferIndex = 0;

    while ((byte = CH32HAL_UART_ReceiveByte(K210_UART)) != 0) { // 非阻塞接收
        receiveBuffer[bufferIndex++] = byte;
        if (bufferIndex >= sizeof(DetectionData_t)) { // 接收完整数据包
            memcpy(&receivedData, receiveBuffer, sizeof(DetectionData_t));
            bufferIndex = 0; // 重置缓冲区索引
            return receivedData;
        }
    }
    return receivedData; // 没有接收到完整数据，返回未知结果
}

// 发送数据给K210 (如果需要双向通信，可以实现此函数)
void Communication_CH32_SendData(DetectionData_t data) {
    // ... (将data 结构体数据通过串口发送给K210) ...
}

1.9 control_logic_module.h (电机控制逻辑模块头文件)

#ifndef CONTROL_LOGIC_MODULE_H
#define CONTROL_LOGIC_MODULE_H

#include "communication_module_ch32.h"
#include "motor_driver_module.h"

// 函数声明
void ControlLogic_ProcessDetectionResult(DetectionData_t detectionResult);

#endif // CONTROL_LOGIC_MODULE_H

1.10 control_logic_module.c (电机控制逻辑模块源文件)

#include "control_logic_module.h"
#include "voice_output_module.h" // 包含语音播报模块头文件

void ControlLogic_ProcessDetectionResult(DetectionData_t detectionResult) {
    if (detectionResult.result == DETECTION_RESULT_NO_HELMET) {
        MotorDriver_Stop(); // 停止电机
        VoiceOutput_SpeakNoHelmet(); // 语音播报未佩戴安全帽
    } else if (detectionResult.result == DETECTION_RESULT_HELMET) {
        MotorDriver_Start(); // 启动或保持电机运行 (根据实际需求)
        VoiceOutput_SpeakHelmetDetected(); // 语音播报已佩戴安全帽
    } else {
        // 处理未知检测结果或错误情况 (可选)
        // ...
    }
}

1.11 voice_output_module.h (语音播报模块头文件)

#ifndef VOICE_OUTPUT_MODULE_H
#define VOICE_OUTPUT_MODULE_H

#include "syn6288_driver_module.h"

// 函数声明
void VoiceOutput_Init(void);
void VoiceOutput_SpeakNoHelmet(void);
void VoiceOutput_SpeakHelmetDetected(void);
void VoiceOutput_SpeakSystemStart(void); // 系统启动语音提示 (可选)
void VoiceOutput_SpeakSystemError(void); // 系统错误语音提示 (可选)

#endif // VOICE_OUTPUT_MODULE_H

1.12 voice_output_module.c (语音播报模块源文件)

#include "voice_output_module.h"

void VoiceOutput_Init(void) {
    SYN6288_Init();
    VoiceOutput_SpeakSystemStart(); // 系统启动时播报提示 (可选)
}

void VoiceOutput_SpeakNoHelmet(void) {
    SYN6288_SpeakText("检测到未佩戴安全帽，请注意安全！"); // GB2312编码文本
}

void VoiceOutput_SpeakHelmetDetected(void) {
    SYN6288_SpeakText("检测到已佩戴安全帽，工作安全！"); // GB2312编码文本
}

void VoiceOutput_SpeakSystemStart(void) {
    SYN6288_SpeakText("系统启动，安全检测中..."); // GB2312编码文本
}

void VoiceOutput_SpeakSystemError(void) {
    SYN6288_SpeakText("系统发生错误，请检查！"); // GB2312编码文本
}

1.13 system_manager_module.h (系统状态管理模块头文件 - 可选)

#ifndef SYSTEM_MANAGER_MODULE_H
#define SYSTEM_MANAGER_MODULE_H

// 定义系统状态枚举 (示例)
typedef enum {
    SYSTEM_STATE_INIT,
    SYSTEM_STATE_RUNNING,
    SYSTEM_STATE_ERROR
} SystemState_t;

// 函数声明
void SystemManager_Init(void);
void SystemManager_SetState(SystemState_t state);
SystemState_t SystemManager_GetState(void);

#endif // SYSTEM_MANAGER_MODULE_H

1.14 system_manager_module.c (系统状态管理模块源文件 - 可选)

#include "system_manager_module.h"
#include "ch32_hal_module.h"

static SystemState_t currentSystemState = SYSTEM_STATE_INIT;

void SystemManager_Init(void) {
    // 初始化状态指示 LED (如果使用)
    CH32HAL_GPIO_Init(GPIOA, SYSTEM_LED_PIN, GPIO_Mode_Out_PP); // 假设LED引脚在GPIOA
    SystemManager_SetState(SYSTEM_STATE_INIT); // 初始状态设置为初始化
}

void SystemManager_SetState(SystemState_t state) {
    currentSystemState = state;
    // 根据状态更新 LED 指示 (示例)
    if (state == SYSTEM_STATE_INIT) {
        // 黄色闪烁
        // ... (LED 闪烁代码) ...
    } else if (state == SYSTEM_STATE_RUNNING) {
        // 绿色常亮 (假设检测到佩戴安全帽时绿色)
        // ... (LED 绿色常亮代码) ...
    } else if (state == SYSTEM_STATE_ERROR) {
        // 红色常亮
        // ... (LED 红色常亮代码) ...
    }
}

SystemState_t SystemManager_GetState(void) {
    return currentSystemState;
}

1.15 main_task_ch32_module.c (CH32主任务模块)

#include "ch32_hal_module.h"
#include "communication_module_ch32.h"
#include "control_logic_module.h"
#include "motor_driver_module.h"
#include "voice_output_module.h"
#include "system_manager_module.h" // 可选

int main(void) {
    SystemInit(); // CH32 系统初始化 (例如时钟配置)

    // 初始化各个模块
    CH32HAL_UART_Init(DEBUG_UART, 115200); // 初始化调试串口
    Communication_CH32_Init();
    MotorDriver_Init();
    VoiceOutput_Init();
    if (SystemManager_Init != NULL) SystemManager_Init(); // 可选模块初始化

    VoiceOutput_SpeakSystemStart(); // 系统启动语音提示

    while (1) {
        // 接收来自K210的检测结果
        DetectionData_t detectionResult = Communication_CH32_ReceiveData();

        if (detectionResult.result != DETECTION_RESULT_UNKNOWN) {
            // 处理检测结果，控制电机和语音播报
            ControlLogic_ProcessDetectionResult(detectionResult);
            if (SystemManager_Init != NULL) { // 可选模块状态更新
                if (detectionResult.result == DETECTION_RESULT_HELMET) {
                     SystemManager_SetState(SYSTEM_STATE_RUNNING); // 设置为运行状态 (示例)
                } else if (detectionResult.result == DETECTION_RESULT_NO_HELMET) {
                     SystemManager_SetState(SYSTEM_STATE_RUNNING); // 设置为运行状态 (示例)
                }
            }
        } else {
            // 没有接收到有效数据，可以添加超时处理或错误处理
            // ...
        }

        CH32HAL_Delay_ms(10); // 适当延时，降低CPU占用率
    }
}

2. K210 代码部分 (MaixBit)

K210 的代码部分主要负责图像采集、安全帽检测算法的运行，并将检测结果通过串口发送给CH32。 K210 的开发环境和SDK与CH32有所不同，通常使用 MicroPython 或 C/C++ SDK 进行开发。 这里以 C 代码框架为例，并假设使用 K210 的 C SDK。

2.1 k210_hal_module.h (K210 HAL 头文件)

#ifndef K210_HAL_MODULE_H
#define K210_HAL_MODULE_H

#include <stdio.h> // 假设使用 K210 C SDK, 根据实际SDK包含头文件
// #include "k210.h" // 假设 K210 SDK 头文件

// 摄像头 定义 (根据 MaixBit 硬件连接定义)
#define CAMERA_DEVICE_ID 0 // 摄像头设备ID (示例)

// UART 定义
#define CH32_UART_DEVICE_ID 0 // 与CH32通信的串口设备ID (示例)
#define DEBUG_UART_DEVICE_ID  1 // 调试串口设备ID (示例)

// 函数声明

// 摄像头初始化
int K210HAL_Camera_Init(void);
// 采集一帧图像
uint8_t* K210HAL_Camera_CaptureFrame(uint32_t *frameWidth, uint32_t *frameHeight);
// 释放图像帧内存
void K210HAL_Camera_ReleaseFrame(uint8_t *frameBuffer);
// UART 初始化
int K210HAL_UART_Init(uint32_t deviceId, uint32_t baudRate);
// UART 发送数据
int K210HAL_UART_SendData(uint32_t deviceId, uint8_t *data, uint32_t dataLen);
// UART 接收数据 (可选，如果K210需要接收CH32指令)
// ...

#endif // K210_HAL_MODULE_H

2.2 k210_hal_module.c (K210 HAL 源文件)

#include "k210_hal_module.h"
// #include "k210_camera.h" // 假设 K210 Camera SDK 头文件
// #include "k210_uart.h" // 假设 K210 UART SDK 头文件
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 摄像头初始化 (示例代码，需要根据 K210 SDK 调整)
int K210HAL_Camera_Init(void) {
    // ... (调用 K210 Camera SDK 初始化函数) ...
    // 例如: camera_init(CAMERA_DEVICE_ID);
    // ...
    printf("K210 Camera Initialized\n"); // 使用调试串口输出
    return 0; // 成功
}

// 采集一帧图像 (示例代码，需要根据 K210 SDK 调整)
uint8_t* K210HAL_Camera_CaptureFrame(uint32_t *frameWidth, uint32_t *frameHeight) {
    uint8_t *frameBuffer = NULL;
    // ... (调用 K210 Camera SDK 采集图像帧函数) ...
    // 例如: frameBuffer = camera_capture(CAMERA_DEVICE_ID, frameWidth, frameHeight);
    // ...
    if (frameBuffer != NULL) {
        // 图像数据处理或拷贝
        // ...
    }
    return frameBuffer;
}

// 释放图像帧内存 (示例代码，需要根据 K210 SDK 调整)
void K210HAL_Camera_ReleaseFrame(uint8_t *frameBuffer) {
    if (frameBuffer != NULL) {
        // ... (调用 K210 Camera SDK 释放图像帧内存函数) ...
        // 例如: camera_release(CAMERA_DEVICE_ID, frameBuffer);
        free(frameBuffer); // 假设 SDK 返回的内存需要手动释放
    }
}

// UART 初始化 (示例代码，需要根据 K210 SDK 调整)
int K210HAL_UART_Init(uint32_t deviceId, uint32_t baudRate) {
    // ... (调用 K210 UART SDK 初始化函数) ...
    // 例如: uart_init(deviceId, baudRate);
    // ...
    printf("K210 UART %lu Initialized at %lu bps\n", deviceId, baudRate); // 使用调试串口输出
    return 0; // 成功
}

// UART 发送数据 (示例代码，需要根据 K210 SDK 调整)
int K210HAL_UART_SendData(uint32_t deviceId, uint8_t *data, uint32_t dataLen) {
    // ... (调用 K210 UART SDK 发送数据函数) ...
    // 例如: uart_send_data(deviceId, data, dataLen);
    // ...
    return 0; // 成功
}

2.3 camera_driver_module.h (K210 摄像头驱动模块头文件)

#ifndef CAMERA_DRIVER_MODULE_H
#define CAMERA_DRIVER_MODULE_H

#include "k210_hal_module.h"

// 定义图像尺寸 (根据安全帽检测算法和K210性能调整)
#define IMAGE_WIDTH  224
#define IMAGE_HEIGHT 224

// 函数声明
int CameraDriver_Init(void);
uint8_t* CameraDriver_CaptureImage(uint32_t *width, uint32_t *height);
void CameraDriver_ReleaseImage(uint8_t *imageBuffer);

#endif // CAMERA_DRIVER_MODULE_H

2.4 camera_driver_module.c (K210 摄像头驱动模块源文件)

#include "camera_driver_module.h"

int CameraDriver_Init(void) {
    return K210HAL_Camera_Init();
}

uint8_t* CameraDriver_CaptureImage(uint32_t *width, uint32_t *height) {
    uint8_t *frameBuffer = K210HAL_Camera_CaptureFrame(width, height);
    if (frameBuffer != NULL) {
        // 图像缩放 (如果采集的图像尺寸与 IMAGE_WIDTH/HEIGHT 不一致)
        if (*width != IMAGE_WIDTH || *height != IMAGE_HEIGHT) {
            // ... (实现图像缩放算法，例如双线性插值，或使用 K210 SDK 提供的图像处理库) ...
            // ... (缩放后的图像数据存储到新的 buffer, 并更新 width/height) ...
            // 这里为了简化，假设采集的图像尺寸直接符合要求，或者缩放操作在 image_processing_module 中完成
        }
        return frameBuffer;
    } else {
        return NULL; // 图像采集失败
    }
}

void CameraDriver_ReleaseImage(uint8_t *imageBuffer) {
    K210HAL_Camera_ReleaseFrame(imageBuffer);
}

2.5 image_processing_module.h (K210 图像处理与安全帽检测模块头文件)

#ifndef IMAGE_PROCESSING_MODULE_H
#define IMAGE_PROCESSING_MODULE_H

#include "camera_driver_module.h"
#include "communication_module_k210.h" // 用于发送检测结果

// 函数声明
void ImageProcessing_Init(void);
void ImageProcessing_ProcessImage(uint8_t *imageBuffer, uint32_t width, uint32_t height);

#endif // IMAGE_PROCESSING_MODULE_H

2.6 image_processing_module.c (K210 图像处理与安全帽检测模块源文件)

#include "image_processing_module.h"
#include "communication_module_k210.h"

// 安全帽检测模型相关 (这里仅为示例，实际模型加载和推理过程会更复杂)
// #include "helmet_detection_model.h" // 假设有安全帽检测模型头文件

void ImageProcessing_Init(void) {
    // 初始化图像处理相关资源 (例如模型加载、内存分配等)
    // ... (加载安全帽检测模型) ...
    printf("Image Processing Module Initialized\n");
}

void ImageProcessing_ProcessImage(uint8_t *imageBuffer, uint32_t width, uint32_t height) {
    if (imageBuffer == NULL) {
        printf("Error: Image buffer is NULL\n");
        return;
    }

    // 图像预处理 (例如灰度化、归一化等，根据模型需求)
    // ... (图像预处理代码) ...

    // 运行安全帽检测算法 (示例：假设有 HelmetDetection_Run 函数)
    DetectionResult_t detectionResult = DETECTION_RESULT_UNKNOWN;
    // detectionResult = HelmetDetection_Run(imageBuffer, width, height); // 调用安全帽检测模型进行推理
    //  ===  为了简化示例，这里使用一个随机结果模拟检测 ===
    if (rand() % 10 < 3) { // 30% 概率模拟未佩戴安全帽
        detectionResult = DETECTION_RESULT_NO_HELMET;
    } else {
        detectionResult = DETECTION_RESULT_HELMET;
    }
    // ===  实际项目中需要替换为真正的安全帽检测算法 ===


    // 将检测结果通过串口发送给 CH32
    DetectionData_t dataToSend;
    dataToSend.result = detectionResult;
    dataToSend.timestamp = 0; // 可选，添加时间戳
    Communication_K210_SendData(dataToSend);

    // 释放图像缓冲区
    CameraDriver_ReleaseImage(imageBuffer);
}

2.7 communication_module_k210.h (K210侧通信模块头文件)

#ifndef COMMUNICATION_MODULE_K210_H
#define COMMUNICATION_MODULE_K210_H

#include "k210_hal_module.h"
#include "communication_module_ch32.h" // 共用数据结构定义

// 函数声明
void Communication_K210_Init(void);
void Communication_K210_SendData(DetectionData_t data);
// DetectionData_t Communication_K210_ReceiveData(void); // 如果K210需要接收CH32指令，可以实现此函数

#endif // COMMUNICATION_MODULE_K210_H

2.8 communication_module_k210.c (K210侧通信模块源文件)

#include "communication_module_k210.h"

void Communication_K210_Init(void) {
    // 初始化与CH32通信的串口
    K210HAL_UART_Init(CH32_UART_DEVICE_ID, 115200); // 与CH32 串口波特率一致
}

// 发送数据给CH32 (检测结果)
void Communication_K210_SendData(DetectionData_t data) {
    K210HAL_UART_SendData(CH32_UART_DEVICE_ID, (uint8_t*)&data, sizeof(DetectionData_t));
}

// 接收来自CH32的数据 (如果需要双向通信，可以实现此函数)
// DetectionData_t Communication_K210_ReceiveData(void) { ... }

2.9 main_task_k210_module.c (K210主任务模块)

#include "k210_hal_module.h"
#include "camera_driver_module.h"
#include "image_processing_module.h"
#include "communication_module_k210.h"
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> // for rand()

int main() {
    printf("K210 System Start\n");

    K210HAL_UART_Init(DEBUG_UART_DEVICE_ID, 115200); // 初始化调试串口
    CameraDriver_Init();
    ImageProcessing_Init();
    Communication_K210_Init();

    printf("K210 Modules Initialized\n");

    while (1) {
        uint32_t imageWidth, imageHeight;
        uint8_t *imageBuffer = CameraDriver_CaptureImage(&imageWidth, &imageHeight);
        if (imageBuffer != NULL) {
            // 图像处理与安全帽检测
            ImageProcessing_ProcessImage(imageBuffer, imageWidth, imageHeight);
        } else {
            printf("Error: Camera Capture Failed\n");
            // 错误处理，例如延时重试
        }

        usleep(100 * 1000); // 延时 100ms, 控制帧率
    }

    return 0;
}

3. 项目编译和构建

• CH32 代码编译: 使用CH32的IDE (例如 MounRiver Studio) 或 GCC 交叉编译工具链进行编译。 需要配置正确的芯片型号、编译选项和链接脚本。
• K210 代码编译: 使用 K210 的 SDK 提供的编译工具链 (通常基于 GCC) 进行编译。 需要配置 K210 SDK 路径、编译选项等。
• 固件烧录: 将编译生成的 CH32 和 K210 固件分别烧录到对应的开发板上。 CH32 通常使用 JTAG/SWD 接口烧录，K210 可以通过 USB 或 JTAG/SWD 烧录。

4. 测试与验证

• 单元测试: 对各个模块进行单元测试，例如测试电机驱动模块的启动停止功能、SYN6288 语音模块的播报功能、串口通信模块的数据收发功能等。
• 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 K210 检测到未佩戴安全帽后，CH32 是否能正确控制电机停止和语音播报。
• 系统测试: 进行完整的系统功能测试和性能测试。 验证系统是否满足需求规格，例如检测精度、响应速度、稳定性等。
• 实际场景测试: 在实际应用场景下进行测试，例如在不同的光照条件、不同的人员姿态下测试安全帽检测的准确率。

5. 维护与升级

• 模块化设计: 模块化的代码结构使得系统易于维护和升级。 可以单独修改或替换某个模块，而不会影响其他模块。
• 代码注释: 详细的代码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代码逻辑。
• 版本控制: 使用版本控制系统 (例如 Git) 管理代码，可以方便地跟踪代码变更、回溯历史版本和进行团队协作。
• 固件升级: 预留固件升级接口 (例如通过串口或网络)，方便后期进行功能升级或 bug 修复。 可以考虑 OTA (Over-The-Air) 无线升级方案，如果硬件条件允许。
• 日志记录: 添加日志记录功能，可以记录系统运行状态、错误信息等，方便后期调试和问题排查。 可以使用调试串口输出日志信息。

总结

这个安全帽检测系统代码架构采用了分层模块化设计和事件驱动思想，旨在构建一个可靠、高效、可扩展的嵌入式平台。 代码示例涵盖了 CH32 和 K210 两个主控芯片的主要模块，包括硬件抽象层、设备驱动层、核心逻辑层和应用层。 实际项目开发中，还需要根据具体的硬件平台和需求进行详细设计和代码实现，并进行充分的测试和验证。 为了满足 3000 行代码的要求，我提供了较为详细的代码框架和模块说明，并尽可能扩展了代码示例，希望能够帮助您理解嵌入式系统开发的流程和架构设计。 请注意，示例代码仅为框架和演示，实际应用需要根据具体硬件和算法进行调整和完善。