一、实物

1、HI3861

如图是普中-Hi3861开发板，

（1）标号「3」的金属屏蔽罩模块

        这个模块就是普中 - Hi3861 开发板的核心大脑，不是单纯的 WiFi 模块，而是主控 + WiFi + 蓝牙三合一的系统级芯片模组，型号是Hi3861L。核心功能：

• 主控单元：负责运行你的 C 语言代码，执行传感器数据采集、预处理、MQTT 通信等所有逻辑，是整个系统的 “CPU”。
• 内置 WiFi 功能：它自带完整的 WiFi 电路和协议栈，通过左上角那个金色小圆点（天线）发射和接收信号。你在代码里配置好路由器的 SSID 和密码，它就能自动连接 WiFi，实现联网，完全不用额外接网卡。
• 内置蓝牙功能：同时支持蓝牙通信
• 低功耗控制：作为鸿蒙 IoT 芯片，它自带休眠 / 唤醒控制，适合物联网低功耗场景。

（2）标号「9」的黄色排针

        这排黄色的引脚是通用 GPIO（通用输入输出）扩展接口，大多传感器（MAX30102、DS18B20）都是通过它和主控连接的。

为什么它能连接传感器？

1. 引脚定义清晰：每一个引脚都对应着 Hi3861 芯片的一个功能接口，板子上丝印标注了每个引脚的功能，比如：
   • 3V3：3.3V 电源，给传感器供电
   • GND：接地，构成完整电路
   • GPIO0~GPIO14：通用输入输出引脚，可配置为 I2C、单总线等通信模式
   • ADC：模数转换引脚，可接模拟传感器
2. 通信协议支持：通过代码配置，这些引脚可以变成不同的通信接口：
   • MAX30102，就是通过配置GPIO13和GPIO14为I2C 通信模式，实现数据读写；
   • DS18B20 则是用GPIO10配置为单总线模式，实现温度数据采集。
3. 扩展能力强：除了你的两个传感器，还可以接 LED、按键、舵机等其他外设，这就是它叫 “扩展口” 的原因。

2、传感器

（1）MAX30102

核心原理：光电容积描记法 (PPG)。这是一种利用光来监测血管中血容量变化的技术。它会向皮肤发射特定波长的光，然后检测反射回来的光强度信号，可以无创地测量心率和血氧饱和度。

工作流程详解：

1. 发射：内置的红光 (～660nm) 和红外光 (～880nm) LED交替或同时发光，穿透皮肤表层。

2. 吸收与反射：血液中的血红蛋白对不同波长光的吸收能力不同。氧合血红蛋白 (HbO2) 吸收更多红外光，而脱氧血红蛋白 (Hb) 吸收更多红光。

3. 检测：光电探测器接收未被吸收而反射回来的光信号。由于每次心脏搏动都伴随着动脉血容量和含氧量的周期性变化，反射光强度也会随之波动。

4. 计算：MAX30102 内部的 AFE（模拟前端）将光信号转换为原始的 PPG 数字量（红光和红外光的ADC采样值）。Hi3861 通过 I2C 读取这些原始数据后，再运行心率、血氧算法（如FFT、峰值检测、比率法），最终计算出心率和血氧值。

主要特点：

• 高度集成光学模块，专为可穿戴设备设计。

• 超低功耗，支持关断模式（典型值0.7µA）。

• 拥有强大的环境光抑制能力，能提升测量准确性。

（2）DS18B20

核心技术：片内集成的一个 温度-频率转换模块，它会：

• 使用两个特性差异巨大的振荡器：一个频率非常稳定，几乎不受温度影响；另一个的频率则对温度极其敏感，会随温度升高而升高。

• 通过一系列复杂的脉冲计数与逻辑运算，将温度值转换为一个16位的数字量，直接输出。

• 最终，Hi3861只需通过简单指令，就能从DS18B20中读出这个已经完成模数转换的温度数值。

使用指南：

1. 连接：其最大特色是采用 单总线 (1-Wire) 协议，只需一根数据线（加上电源和地）就能与Hi3861通信，可以大大节省MCU的引脚资源。

2. 操作：主机（Hi3861）必须严格按照复位脉冲、存在脉冲、读/写时隙等特定时序来操作总线（对烧录到板子中的代码的要求）。

3. 读取：在转换完成后，只需向传感器发送0xBE [读取暂存器] 命令，即可读出9到12位的数字化温度值。

4. 分辨率：可以根据需要在9到12位之间调整，默认12位模式下，最高分辨率可达 0.0625°C。

主要特点：

• 测量范围宽：-55°C ~ +125°C，在 -10°C ~ +85°C 范围内精度高达 ±0.5°C。

• 无需任何外部元件，可直接与微控制器连接。

• 支持多点组网，一根总线上可挂载多个传感器。

• 支持“寄生电源”模式，可以不接外部电源，直接从数据线上获取工作电力。

        从Hi3861的视角看，I2C和单总线这两种通信方式虽然原理不同，但在逻辑上都遵循了标准的软件操作流程（即所谓“通信协议”或“时序”），通过读写寄存器来完成数据交换，这为你连接和处理这两类传感器提供了清晰的技术路径。

二、接线

1、MAX30102（I2C 通信）

代码中 I2C 引脚定义（核心代码片段）

hi_void code_io_init(hi_void)
{
    hi_gpio_init();

    // IIC
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_0, HI_IO_FUNC_GPIO_0_I2C1_SDA);
    hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_1, HI_IO_FUNC_GPIO_1_I2C1_SCL);
    if (hi_i2c_init(1, 400000) == HI_ERR_SUCCESS)
        printf("I2C INIT END  P0 P1\r\n");
}

MAX30102 引脚	Hi3861 引脚	功能
VCC	3.3V	供电
GND	GND	接地
SDA	GPIO0	I2C 数据
SCL	GPIO1	I2C 时钟

2、 DS18B20（单总线 1-Wire）

1. 代码中隐含的单总线引脚

        DS18B20 是单总线温度传感器，通过 1-Wire 单总线 通信，普中 Hi3861 开发板的 DS18B20 单总线默认映射到 GPIO9（普中官方驱动默认引脚为 GPIO9）

2. 硬件接线对应关系

Hi3861 引脚	DS18B20 引脚	功能说明	补充说明
GPIO9	DQ	单总线数据引脚	需外接 4.7K~10K 上拉电阻 到 3.3V
3.3V	VDD	电源（3.3）	DS18B20 支持寄生电源 / 外部电源，推荐外部 3.3V 供电
GND	GND	地	必须共地

三、核心代码

1、头文件与全局配置（基础依赖）

#include <Arduino.h>// MAX30102依赖（需安装Adafruit MAX3010x库）
...

/********************* 配置参数 *********************/
// WiFi配置
const char* WIFI_SSID = "你的WiFi名称";
const char* WIFI_PWD  = "你的WiFi密码";
// MQTT配置
const char* MQTT_BROKER = "MQTT服务器IP"; // 如192.168.1.100或公网地址
const int   MQTT_PORT   = 1883;          // MQTT默认端口
const char* MQTT_TOPIC  = "sensor/data"; // 上传数据的主题
const char* MQTT_CLIENT_ID = "esp32_sensor_001"; // 客户端唯一ID
// 引脚定义
#define DS18B20_PIN 4 // DS18B20数据引脚

/********************* 全局对象 *********************/
// MAX30102对象
MAX30105 particleSensor;
// DS18B20对象
OneWire oneWire(DS18B20_PIN);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
// WiFi+MQTT对象
WiFiClient espClient;
PubSubClient mqttClient(espClient);

2、MAX30102 模块（心率 / 血氧采集）

核心功能：初始化传感器、采集红外 / 红光值、计算心率。

// 心率计算缓存
uint32_t irValue = 0; // 红外光值
int beatAvg;          // 平均心率

// 初始化MAX30102
void initMAX30102() {
  Serial.println("初始化MAX30102...");
  if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) { // I2C高速模式
    Serial.println("MAX30102初始化失败！");
    while (1); // 卡死等待排查
  }
  // 配置传感器参数（官方推荐默认配置）
  particleSensor.setup(60, 4, 2, 411, 11); // 采样率、脉宽、增益等
  particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A); // 红光强度
  particleSensor.setPulseAmplitudeIR(0x0A);  // 红外光强度
  particleSensor.setPulseAmplitudeGreen(0);  // 关闭绿光（仅测心率/血氧）
  Serial.println("MAX30102初始化完成");
}

// 读取MAX30102数据（心率）
float readMAX30102HeartRate() {
  long irValue = particleSensor.getIR(); // 读取红外光值（核心：心率由红外光波动计算）
  
  // 心率算法（heartRate库内置）
  if (checkForBeat(irValue)) { // 检测到心跳脉冲
    beatAvg = getHeartRate();  // 获取平均心率
  }
  
  // 过滤无效值（心率范围：30-200）
  if (beatAvg < 30 || beatAvg > 200) {
    return -1; // 无效值标记
  }
  return (float)beatAvg;
}

核心逻辑： MAX30102 通过红外光（IR）检测血液流动的光反射变化，checkForBeat() 检测心跳脉冲，getHeartRate() 累计计算平均心率；血氧需同时读取红光 + 红外光的比值，逻辑类似但需校准公式（可扩展，计算血氧逻辑太复杂，就把代码放到另一个文章了）。

3、DS18B20 模块（温度采集）

核心功能：初始化单总线、触发温度转换、读取精准温度值。

// 初始化DS18B20
void initDS18B20() {
  Serial.println("初始化DS18B20...");
  sensors.begin(); // 初始化单总线
  Serial.println("DS18B20初始化完成");
}

// 读取DS18B20温度（℃）
float readDS18B20Temperature() {
  sensors.requestTemperatures(); // 触发温度转换（必须调用）
  float temp = sensors.getTempCByIndex(0); // 读取第一个传感器的温度（℃）
  
  // 过滤无效值（DS18B20默认返回-127℃表示故障）
  if (temp == -127.00) {
    Serial.println("DS18B20读取失败");
    return -1;
  }
  return temp;
}

核心逻辑： DS18B20 是单总线协议，requestTemperatures() 是 “触发转换” 指令（传感器需要时间采集温度），getTempCByIndex(0) 读取转换后的温度（支持多传感器级联，index 区分）。

4、MQTT+WiFi 模块（数据上传）

核心功能：WiFi 重连、MQTT 重连、封装传感器数据为 JSON 并发布。

// 连接WiFi
void connectWiFi() {
  Serial.print("连接WiFi: ");
  Serial.println(WIFI_SSID);
  
  WiFi.mode(WIFI_STA); // 客户端模式（非AP模式）
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PWD);
  
  // 等待连接（超时10秒）
  int retry = 0;
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && retry < 10) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
    retry++;
  }
  
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    Serial.println("\nWiFi连接成功！");
    Serial.print("IP地址: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
  } else {
    Serial.println("\nWiFi连接失败！");
    ESP.restart(); // 重启重试
  }
}

// 重连MQTT（断连自动重连）
void reconnectMQTT() {
  while (!mqttClient.connected()) {
    Serial.print("连接MQTT...");
    // 连接MQTT服务器（无账号密码版，有密码则加参数：mqttClient.connect(CLIENT_ID, USER, PWD)）
    if (mqttClient.connect(MQTT_CLIENT_ID)) {
      Serial.println("MQTT连接成功！");
      // 可选：订阅主题（如需接收服务器指令）
      // mqttClient.subscribe("sensor/control");
    } else {
      Serial.print("失败，错误码：");
      Serial.print(mqttClient.state()); // 打印错误码（如-4=超时，-2=拒绝）
      Serial.println("，5秒后重试...");
      delay(5000);
    }
  }
}

// 封装传感器数据并发布到MQTT
void publishSensorData() {
  // 读取传感器数据
  float temp = readDS18B20Temperature();
  float heartRate = readMAX30102HeartRate();
  
  // 封装JSON（便于服务器解析）
  char payload[128]; // 缓存JSON字符串
  snprintf(payload, sizeof(payload), 
           "{\"temperature\":%.2f, \"heartRate\":%.1f}", 
           temp, heartRate);
  
  // 发布数据
  if (mqttClient.publish(MQTT_TOPIC, payload)) {
    Serial.print("MQTT发布成功: ");
    Serial.println(payload);
  } else {
    Serial.println("MQTT发布失败！");
  }
}

5、主函数（整合所有模块）

void setup() {
  Serial.begin(115200); // 串口调试
  
  // 初始化所有模块
  initMAX30102();
  initDS18B20();
  connectWiFi();
  mqttClient.setServer(MQTT_BROKER, MQTT_PORT); // 设置MQTT服务器地址+端口
}

void loop() {
  // 保证WiFi和MQTT始终连接
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    connectWiFi();
  }
  if (!mqttClient.connected()) {
    reconnectMQTT();
  }
  mqttClient.loop(); // 处理MQTT心跳/消息（必须调用）
  
  // 每2秒发布一次数据
  publishSensorData();
  delay(2000);
}