零知派——STM32F103驱动ST7789与INA219太阳能充电功率实时监测系统

本文基于零知派标准板（主控STM32F103RBT6），结合INA219高精度电流/功率监测芯片和ST7789 240×240 TFT彩色显示屏，设计了一款太阳能充电功率实时监测系统。系统能够实时采集太阳能板的输出电压、电流和功率，并以大字卡片+彩色进度条+动态太阳图标的直观方式呈现在屏幕

项目难点

问题描述：TFT 每次更新数值时若清除区域不精准，会留下上一帧的字符残影，特别是数字位数变化

解决方案： 所有数值使用 snprintf 固定宽度格式化，字符串比较缓存避免未变化时重发 SPI，fillRect 清除区域与文字区域严格对齐

一、系统接线部分

1.1 硬件清单

序号	硬件名称	型号/规格	数量	说明
1	零知派标准板	STM32F103RBT6	1	主控核心
2	TFT彩屏	ST7789 240×240	1	SPI接口彩色显示屏
3	电流功率传感器	INA219	1	I²C接口高侧监测
4	太阳能充电板	5V/2A（或类似）	1	被测电源
5	直流电机/负载	5V直流电机	1	典型负载
6	按键模块	轻触开关×2	2	带内部上拉
7	杜邦线	公对公/公对母	若干	连接线材

1.2 接线方案表

以下接线必须严格按照 config.h中的引脚定义执行

①ST7789 接线

ST7789引脚	零知派引脚	代码定义	注意
GND	GND	—	ST7789直插零知派标准板，无需单独接线
VCC	3.3V	—
SCL	D13 / PA5	硬件SPI1 SCK
SDA	D11 / PA7	硬件SPI1 MOSI
RES	D4	`TFT_RST 4`
DC	D2	`TFT_DC 2`
CS	D10	`TFT_CS 10`

②INA219 接线

INA219引脚	零知派引脚	代码定义	注意
GND	GND	—	—
VCC	3.3V	—	—
SDA	A4	`SDA A4`	SoftWire软件I²C
SCL	A5	`SCL A5`	SoftWire软件I²C
VIN+	太阳能板正极	—	分流电阻正端
VIN−	负载正极	—	分流电阻负端

③按键接线

按键	零知派引脚	功能	另一端
BTN_NEXT	D0	短按切换数据页↔图片页	GND
BTN_ACT	D1	长按芯片级睡眠/唤醒	GND

两个按键均使用INPUT_PULLUP模式，按下时引脚被拉低，无需外接上拉电阻电阻

1.3 具体接线图

充电电路: VIN+ 接太阳能板输出正极，VIN- 接负载正极，电流方向为太阳能板→分流电阻→负载，getCurrent_mA() 读值为正表示有光照在供电

D2在之前的项目中用作水墨屏显示功能，本项目改为ST7789的DC引脚，请注意区分

1.4 接线实物图

二、安装与使用部分

2.1 开源平台-输入"INA219太阳能充电板"并搜索-代码下载自动打开

2.2 连接-验证-上传

2.3 调试-串口监视器

三、代码讲解部分

项目代码结构

本项目代码分为四大模块：主程序（EPD_Solar_Monitor_v2.ino）、INA219驱动（BatteryMonitor.cpp/.h）、ST7789显示驱动与UI绘制（DisplayManager.cpp/.h）以及按键中断与消抖处理（ButtonManager）。以下仅讲解项目中最重要的五个部分

3.1 增量刷新架构

// 不画数据区，避免覆盖后续错误页的内容
void DisplayManager::drawTopBarOnly(bool online) {
  _tft.fillScreen(cBg());
  drawTopBar(online);
  // 重置缓存，防止后续 drawDynamic 以为状态未变而跳过首次绘制
  invalidateCache();
}

// ─── 缓存失效（强制下次 drawDynamic 全量重绘）
void DisplayManager::invalidateCache() {
  _cacheV = _cacheI = _cacheP = _cacheCap = _cacheRt = "\x01";
  _cachePBar = -1;
  _cacheMode = 255;
  _sunFrame  = 0;
  _connCacheValid = false;
}

void DisplayManager::drawDynamic(const SolarSnapshot &d) {
  // 图片页时不刷数据
  if (_currentPage != PAGE_DATA) return;

  updateConnStatus(d.inaOnline);

  String sv = fmtV(d.voltage);
  String si = fmtI(d.current);
  String sp = fmtP(d.power);
  uint16_t colorI = (d.current > 0) ? cValue() : cLabel();

  if (_cacheV != sv) { updateCard(0, sv, cValue());  _cacheV = sv; }
  if (_cacheI != si) { updateCard(1, si, colorI);    _cacheI = si; }
  if (_cacheP != sp) { updateCard(2, sp, cAccent()); _cacheP = sp; }

  int pct = (int)(d.power / POWER_PEAK_MW * 100.0f);
  updatePowerBar(pct);

  // updateMode 和 updateSunIcon 顺序：必须先Mode（Mode会更新_cacheMode），
  // 再Sun（Sun读_cacheMode判断是否首次）
  updateMode(d.mode);
  updateSunIcon(d.mode);

  updateCapacity(fmtCap(d.capacity));
  updateRuntime(fmtRt(d.runtime));
}

PAGE_DATA/PAGE_IMAGE 页面枚举，图片页时 drawDynamic 直接 return，防止数据覆盖图片

3.2 单色位图渲染

imagedata文件时1bpp格式，2888 字节存于 PROGMEM，需要逐像素展开

void DisplayManager::drawMonoBitmap(int16_t x, int16_t y, int16_t w, int16_t h,
                                     const unsigned char *img,
                                     uint16_t fg, uint16_t bg) {
  int bytesPerRow = (w + 7) / 8;  // 每行字节数，向上取整
  for (int16_t row = 0; row < h; row++) {
    for (int16_t col = 0; col < w; col++) {
      // 从PROGMEM读取对应字节，判断对应bit
      uint8_t byte = pgm_read_byte(&img[row * bytesPerRow + col / 8]);
      bool pixel = (byte >> (7 - (col % 8))) & 0x01;  // 高位在左
      _tft.drawPixel(x + col, y + row, pixel ? fg : bg);
    }
  }
}

// 图片152×152，居中显示在240×240中（内容区y=TOP_H~239，约205px高）
// 上下各留少量边距
void DisplayManager::drawImagePage() {
  _tft.fillRect(0, TOP_H, 240, 240 - TOP_H, cBg());
  // IMAGE_DATA 152×152 1bpp：fg=白，bg=黑，居中
  int16_t ix = (240 - 152) / 2;       // 水平居中: (240-152)/2=44
  int16_t iy = TOP_H + (205 - 152) / 2; // 垂直居中
  drawMonoBitmap(ix, iy, 152, 152, IMAGE_DATA, cValue(), cBg());

  // 图片下方加一行小字标注
  _tft.setTextSize(1); _tft.setTextColor(cLabel());
  _tft.setCursor(80, 230); _tft.print("IMAGE_DATA");
  _currentPage = PAGE_IMAGE;
}

逐像素渲染 152×152=23104 次 drawPixel
每次 drawPixel 需要发送多个 SPI 字节设置坐标+发数据

3.3 中断驱动设计

ISR 只写 volatile 变量，不调用 SPI/I2C 等耗时函数

// ButtonManager.h — ISR只记录时间戳，主循环消费事件
void Button::onInterrupt() {
  uint32_t now = millis();
  bool pressed = (digitalRead(_pin) == LOW);

  if (now - _lastEdge < BTN_DEBOUNCE_MS) { _lastEdge = now; return; } // 消抖
  _lastEdge = now;

  if (pressed) {
    _pressStart = now;
    _isPressed = true;
  } else {
    if (!_isPressed) return;  // 无对应按下边沿，是噪声，丢弃
    _isPressed = false;
    uint32_t dur = now - _pressStart;
    if (dur >= BTN_LONGPRESS_MS) _pendingLong = true;
    else                          _pendingShort = true;
  }
}

// loop 中原子消费（noInterrupts保护）——本项目直接用consumeShort/consumeLong
// ButtonManager.h 的 consumeShort/consumeLong 本身是原子操作（单字节volatile读写）

bool consumeShort() {
  if (!_pendingShort) return false;
  _pendingShort = false;
  return true;
}

bool consumeLong() {
  if (!_pendingLong) return false;
  _pendingLong = false;
  return true;
}

_isPressed 防噪声判断解决了开机时 _pressStart=0，噪声触发松开边沿会算出"开机到现在"的巨大时长被误判为超长按

3.4 滑动窗口均值滤波

float BatteryMonitor::filterCurrentValue(float newValue) {
  currentBuffer[filterIndex] = newValue;
  filterIndex = (filterIndex + 1) % FILTER_WINDOW_SIZE;

  float sum = 0;
  for (int i = 0; i < FILTER_WINDOW_SIZE; i++) {
    sum += currentBuffer[i];
  }
  return sum / FILTER_WINDOW_SIZE;
}

void BatteryMonitor::updateSensorData() {
  // 读取分流电压（mV）
  float shuntV_mV = ina219->getShuntVoltage_mV();

  // 读取总线电压（VIN- 对 GND，单位 V）
  float busV = ina219->getBusVoltage_V();

  // [Fix3] 太阳能板真实输出电压 = 总线电压 + 分流电压
  // V_bus 是电机正极对地，V_shunt 是分流电阻两端压降
  float solarV = busV + (shuntV_mV / 1000.0f);

  // 电流（原始值，含偏移校准）
  float rawCurrent = ina219->getCurrent_mA() - 0.8f;  // 0.8mA 零偏校准
  filteredCurrent = filterCurrentValue(rawCurrent);

  // 填充数据结构
  currentData.shuntVoltage = shuntV_mV;
  currentData.voltage      = solarV;          // [Fix3] 太阳能板电压
  currentData.current      = filteredCurrent; // 保留符号，正=供电
  // [Fix3] 功率也用太阳能板电压计算（而非原来的 getPower_mW()）
  // getPower_mW() 内部用 V_bus × I，会低估真实功率
  currentData.power        = solarV * abs(filteredCurrent);

  // 太阳能场景下不需要电量百分比（充电板无法用电压估算SOC）
  // 保留字段，设为0
  currentData.batteryPercent = 0.0f;
}

FILTER_WINDOW_SIZE采样5秒数据，适用太阳能缓慢变化信号

3.5 图标旋转帧动画

void DisplayManager::drawSunIcon(int cx, int cy, uint8_t frame, uint16_t color) {
  // 清背景（用正方形清，比圆形快，且不会有圆形抗锯齿残留）
  _tft.fillRect(cx - SUN_CLEAR, cy - SUN_CLEAR,
                SUN_CLEAR * 2 + 1, SUN_CLEAR * 2 + 1, cBg());
  // 圆心
  _tft.fillCircle(cx, cy, SUN_INNER, color);
  // 8根光线（均匀分布，每帧旋转5°）
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    float deg = (i * 45.0f + frame * 5.0f) * (float)PI / 180.0f;
    float cs = cos(deg), sn = sin(deg);
    _tft.drawLine(cx + (int)(SUN_R0 * cs), cy + (int)(SUN_R0 * sn),
                  cx + (int)(SUN_R1 * cs), cy + (int)(SUN_R1 * sn),
                  color);
  }
}

void DisplayManager::updateSunIcon(BatteryMode mode) {
  bool active = (mode == MODE_CHARGING);
  uint16_t color = active ? cAccent() : cStandby();

  // [F5] 修复：_cacheMode==255表示首次，任何模式都需要画；
  // 非首次且不是CHARGING则只在模式刚切换时画一次（由updateMode的缓存判断保证）
  if (!active && _cacheMode != 255 && _cacheMode == (uint8_t)mode) return;

  if (active) _sunFrame = (_sunFrame + 1) % 72;
  drawSunIcon(SUN_CX, SUN_CY, _sunFrame, color);
}

仅 MODE_CHARGING 时旋转，STANDBY时灰色静止，节省SPI带宽

主函数设计

主程序承担系统初始化、状态机管理和任务调度三大职责

/**************************************************************************************
 * 文件: EPD_Solar_Monitor_v2.ino（ST7789版）
 * 作者：零知实验室（深圳市在芯间科技有限公司）
 * 时间: 2026-07-24  版本: v2.1
 *
 * 功能：太阳能板实时监测——INA219采集电压/电流/功率，ST7789 240×240 TFT显示
 *       BTN_NEXT 短按 → 数据页 ↔ 图片页切换
 *       BTN_ACT  长按 → 进入/退出 ST7789 芯片级睡眠（省电，非填黑）
 *       任意按键      → 从睡眠唤醒
 *
 * 初始化流程：
 *   1. 画顶栏（drawTopBarOnly）
 *   2. INA219 ACK扫描
 *   3. 失败 → 画错误页，停留3秒，进主界面等待重连（不卡死）
 *   4. 成功 → 直接进主界面
 *
 * 接线：
 *   ST7789: GND→GND VCC→3.3V SCL→D13 SDA→D11 RES→D4 DC→D2 CS→D10
 *   INA219: SDA→A4 SCL→A5 VIN+→太阳能板正极 VIN-→负载正极
 *   按键:   BTN_NEXT=D0 BTN_ACT=D1（内部上拉，对地）
 **************************************************************************************/

#include "Config.h"
#include "BatteryMonitor.h"
#include "DisplayManager.h"
#include "ButtonManager.h"
#include <SoftWire.h>

DisplayManager display;
Button btnNext;
Button btnAct;

AppState appState         = APP_RUNNING;
AppState stateBeforeSleep = APP_RUNNING;

static uint32_t tSample  = 0;
static uint32_t tDisplay = 0;
static uint32_t tRetry   = 0;

void btnNextISR() { btnNext.onInterrupt(); }
void btnActISR()  { btnAct.onInterrupt();  }

// INA219 主动 ACK 扫描（防止 SoftWire 不检测 ACK 导致误报成功）
static bool inaAckCheck() {
  SoftWire probe(SCL, SDA, SOFT_STANDARD);
  probe.begin();
  probe.setClock(100000);
  delay(20);
  probe.beginTransmission(INA219_ADDR_MAIN);
  return (probe.endTransmission() == 0);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  DEBUG_PRINTLN("[SYS] Solar Monitor v2.1 (ST7789)");

  btnNext.begin(BTN_NEXT_PIN, btnNextISR);
  btnAct.begin(BTN_ACT_PIN,  btnActISR);
  DEBUG_PRINTLN("[BTN] 已挂载中断");

  display.begin();
  DEBUG_PRINTLN("[TFT] ST7789 初始化完成");

  // [F2] 先只画顶栏，INA219还未确认
  display.drawTopBarOnly(false);

  // INA219 初始化
  bool inaOk = false;
  if (!inaAckCheck()) {
    DEBUG_PRINTLN("[INA] ACK扫描失败，0x40无响应");
    display.drawInitError();
    delay(3000);   // 停留3秒让用户看清错误信息
    // 不卡死，继续进主界面，loop里会定时重试
  } else {
    inaOk = Battery.begin();
    if (!inaOk) {
      DEBUG_PRINTLN("[INA] 寄存器初始化失败");
      display.drawInitError();
      delay(3000);
    } else {
      DEBUG_PRINTLN("[INA] 初始化成功");
    }
  }

  // 画完整底图（数据页）
  display.drawStatic(inaOk);
  tSample = tDisplay = millis();
}

void loop() {
  uint32_t now = millis();

  // ── 休眠：任意键唤醒 ──────────────────────────────────────────────────────
  if (appState == APP_SLEEP) {
    bool wake = btnNext.consumeShort() || btnNext.consumeLong() ||
                btnAct.consumeShort()  || btnAct.consumeLong();
    if (wake) {
      btnNext.clearPending();
      btnAct.clearPending();
      DEBUG_PRINTLN("[SYS] 唤醒");
      appState = stateBeforeSleep;
      display.wakeScreen();
      // 唤醒后重绘当前页（芯片sleep-out后GRAM内容保留，但重绘更保险）
      bool online = (Battery.getSystemState() == STATE_RUNNING);
      display.drawStatic(online);
      tDisplay = now;
    }
    return;
  }

  // ── BTN_NEXT 短按：数据页 ↔ 图片页切换 ──────────────────────────────────
  if (btnNext.consumeShort()) {
    bool online = (Battery.getSystemState() == STATE_RUNNING);
    display.togglePage(online);
    DEBUG_PRINTLN("[BTN] 切换页面");
  }

  // ── BTN_ACT 长按：进入 ST7789 芯片级睡眠 ────────────────────────────────
  if (btnAct.consumeLong()) {
    DEBUG_PRINTLN("[SYS] 进入芯片睡眠（ST7789 sleep-in）");
    stateBeforeSleep = appState;
    appState = APP_SLEEP;
    display.sleepScreen();
    btnNext.clearPending();
    return;
  }

  // ── BTN_ACT 短按：预留（当前无动作，可扩展）─────────────────────────────
  if (btnAct.consumeShort()) {
    DEBUG_PRINTLN("[BTN] ACT短按（预留）");
  }

  // ── INA219 离线重试 ───────────────────────────────────────────────────────
  bool inaOnline = (Battery.getSystemState() == STATE_RUNNING);
  if (!inaOnline && (now - tRetry >= INA_RETRY_MS)) {
    tRetry = now;
    DEBUG_PRINTLN("[INA] 重试初始化...");
    if (inaAckCheck() && Battery.begin()) {
      DEBUG_PRINTLN("[INA] 重新初始化成功");
      display.drawStatic(true);
      tDisplay = now;
      inaOnline = true;
    }
  }

  // ── 采样 ─────────────────────────────────────────────────────────────────
  if (inaOnline && (now - tSample >= SAMPLE_INTERVAL)) {
    tSample = now;
    Battery.update();
  }

  // ── 显示刷新（仅数据页生效）──────────────────────────────────────────────
  if (now - tDisplay >= DISPLAY_REFRESH_MS) {
    tDisplay = now;
    BatteryData raw = Battery.getData();
    SolarSnapshot snap;
    snap.voltage   = raw.voltage;
    snap.current   = raw.current;
    snap.power     = raw.power;
    snap.shuntV    = raw.shuntVoltage;
    snap.capacity  = raw.capacity;
    snap.runtime   = raw.runtime;
    snap.mode      = raw.mode;
    snap.inaOnline = inaOnline;
    display.drawDynamic(snap);

    static uint32_t tSerial = 0;
    if (now - tSerial >= 3000UL) {
      tSerial = now;
      Serial.print(F("[SOLAR] "));
      Serial.print(inaOnline ? "online" : "OFFLINE");
      Serial.print(F("  V=")); Serial.print(snap.voltage, 3);
      Serial.print(F("V  I=")); Serial.print(snap.current, 1);
      Serial.print(F("mA  P=")); Serial.print(snap.power, 1);
      Serial.print(F("mW  mode="));
      Serial.println(snap.mode == MODE_CHARGING ? "CHG" :
                     snap.mode == MODE_DISCHARGING ? "DSG" : "STBY");
    }
  }
}

/******************************************************************************
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******************************************************************************/

INA219初始化失败时显示错误页3秒后自动进入主界面，loop()中定时重试

芯片级低功耗睡眠

void DisplayManager::sleepScreen() {
  _tft.enableSleep(true);   // ST7789 sleep-in命令(0x10)【DisplayManager.cpp†L287】
  _sleeping = true;
}

void DisplayManager::wakeScreen() {
  if (!_sleeping) return;
  _tft.enableSleep(false);  // ST7789 sleep-out命令(0x11)【DisplayManager.cpp†L291】
  delay(120);               // 规格书要求：sleep-out后等待120ms[reference:10]
  _sleeping = false;
}

发送0x10（SLEEP_IN）命令，ST7789进入深度睡眠模式，睡眠电流可低至10μA以下
唤醒时发送0x11（SLEEP_OUT）并延时120ms

系统流程图

四、项目结果演示

4.1 操作流程

①上电启动

屏幕先显示顶栏，“SOLAR MONITOR”标题 + 连接状态圆点

INA219初始化成功 → 显示完整数据界面
INA219初始化失败 → 显示红色错误页，3秒后进入主界面

②数据页展示

INA219 正常后进入主界面，电压/电流/功率大字卡片，彩色进度条，Mode 徽标

模拟太阳能充电，即将VIN+接到5V或者3.3V，观察 Mode 切换为绿色 CHARGING，太阳图标开始旋转

③页面切换

短按BTN_NEXT（D0按键）→ 数据页 ↔ 图片页切换
图片页展示152×152单色位图

④低功耗睡眠

长按BTN_ACT（D1按键，≥800ms）→ ST7789进入芯片级睡眠
任意按键 → 唤醒屏幕

4.2 视频演示

零知派STM32与INA219太阳能充电功率监测系统演示

本视频演示了基于零知派标准板（STM32F103RBT6）的太阳能充电功率实时监测系统。系统通过INA219采集太阳能板的电压/电流/功率数据，在ST7789 240×240彩色屏幕上以大字卡片、彩色进度条、动态太阳图标等方式直观展示。视频内容包括：上电启动流程、数据页实时刷新、功率进度条动态变化、数据页与图片页切换、长按进入低功耗睡眠模式等完整操作演示

五、技术原理讲解

5.1 INA219电流功率监测

INA219是高侧（High-Side）电流与功率监测芯片，集成了12位ADC、可编程增益放大器（PGA）和I2C数字接口

同时监测分流电压降和总线电压，具有可编程的转换时间和滤波功能
可编程的校准值与内部乘法器配合，可直接读出以安培为单位的电流值
附加的乘法寄存器计算瓦特数

寄存器结构

INA219 内部拥有六个 16 位寄存器：Configuration配置、Shunt Voltage分流电压、Bus Voltage总线电压、Power功率、Current电流和Calibration校准

其中配置寄存器和校准寄存器可读可写，其余四个为只读寄存器

高侧电流检测接法

INA219 采用高侧检测方式，分流电阻串联在电源正极回路中

INA219 通过测量分流电阻两端的电压来计算流过该电阻的电流，负载供电电压可以通过将分流电压和总线电压相加来得出

本项目的电压修正公式为：

V_solar（太阳能板真实输出）= V_bus + V_shunt = getBusVoltage_V() + getShuntVoltage_mV()/1000

对应代码：

float busV      = ina219->getBusVoltage_V();    // VIN- 对 GND（电机端电压）
float shuntV_mV = ina219->getShuntVoltage_mV(); // VIN+ - VIN-（分流压降）
float solarV    = busV + (shuntV_mV / 1000.0f); // 太阳能板真实输出电压

校准寄存器与电流分辨率

INA219 不能直接检测分流电阻的阻值，因此需要通过Calibration Register校准寄存器来告知芯片分流电阻的大小

校准寄存器的计算公式：

以本项目 setCalibration_32V_2A() 为例

目标量程：32V 总线 / 2A 最大电流
分流电阻：R_shunt = 0.1Ω

① 最大分流电压：V_shunt_max = 2A × 0.1Ω = 0.2V = 200mV
② 选择 Current_LSB = 100μA/bit（向上取整到整数）
③ 校准值 Cal = 0.04096 ÷ (0.0001 × 0.1) = 4096 → 写入 0x05 寄存器
④ 电流读数：I = Current_Register × Current_LSB
= Current_Register × 0.1mA

分流电压寄存器（Shunt Voltage Register）中每个计数对应 10μV，由于分流电阻为 0.1Ω，理论最小可检测电流为 10μV ÷ 0.1Ω = 100μA = 0.1mA

功率寄存器的 LSB 固定为电流 LSB 的 20 倍，这是芯片内部的固定设置

I2C通信时序

INA219 通过标准 I²C 协议（100kHz 标准模式）与 STM32 通信。本项目使用 SoftWire 软件 I2C（SDA=A4，SCL=A5）

读寄存器完整时序：

ACK 扫描验证的必要性：SoftWire 的 endTransmission() 在标准库实现中有时不检测 ACK 电平，导致设备断线也返回成功

//本项目在setup()中加入显式 ACK 检测：
static bool inaAckCheck() {
  SoftWire probe(SCL, SDA, SOFT_STANDARD);
  probe.begin();
  probe.setClock(100000);
  delay(20);
  probe.beginTransmission(INA219_ADDR_MAIN); // 发起通信
  return (probe.endTransmission() == 0);      // 0=ACK收到=设备在线
}
// endTransmission 返回值含义：
// 0 = 成功（收到ACK）
// 2 = 地址阶段NACK（设备不在线或地址错误）
// 3 = 数据阶段NACK
// 4 = 其他错误（总线忙、超时）

零偏校准与滑动窗口滤波

①零偏问题： INA219 在无负载（空载）时由于运放输入失调电压，getCurrent_mA() 并非精确返回 0，而是有约 0.5~1.5mA 的偏差。本项目实测偏差约 0.8mA，在代码中硬编码校准：

float rawCurrent = ina219->getCurrent_mA() - 0.8f; // 实测零偏补偿

②滑动窗口均值滤波：太阳能板在云层遮挡和光照变化时，INA219 读数会产生高频抖动，直接显示在屏幕上视觉效果很差。采用环形缓冲区实现 O(1) 写入的均值滤波：

5.2 TFT显示原理

ST7789 是一款用于 262K 色彩图形型 TFT-LCD 的单芯片控制器/驱动器。它由 720 个源线和 320 个门线驱动电路组成，能够直接连接到外部微处理器，并接受 8/9/16/18 位并行接口

4线SPI接口定义

引脚	功能	说明
CSX	片选	低电平有效，使能串行接口
D/CX	数据/命令	低=命令，高=数据
SCL	串行时钟	SPI时钟线
SDA	串行数据	双向数据线

像素写入时序与 RGB565 格式

ST7789 使用RGB565格式，每个像素 2 字节（16bit）

本项目cWarn()红色 0xF800 = 1111 1000 0000 0000

ST7789 芯片级睡眠

ST7789 支持通过 SLPIN 命令（0x10）进入睡眠模式，通过 SLPOUT 命令（0x11）退出睡眠模式

5.3 太阳能光伏供电

太阳能电池的核心是 PN 结。当光子能量大于半导体禁带宽度时，激发价带电子跃迁至导带，形成电子-空穴对

PN 结内建电场（从 N 区指向 P 区）将电子和空穴向相反方向漂移，若连接外电路则形成持续电流

太阳能板 I-V 特性曲线

影响输出的主要因素：

因素	影响	本项目可观测现象
光照强度增加	Isc↑，P↑	电流增大，进度条变长变红
温度升高	Voc↓（约 -0.45%/℃）	电压略降
负载电阻增大	工作点右移，趋近 Voc	电压升高，电流降低
遮挡太阳能板	I→0，Mode→STANDBY	太阳图标停止旋转