Keil5編程實例之基于涂鴉IoT平臺快速開發(fā)智能風(fēng)扇

智能風(fēng)扇是一款常見的智能設(shè)備，用戶可以使用手機 App 輕松控制，通過遠程控制開關(guān)、風(fēng)速、場景聯(lián)動等來輕松創(chuàng)造出溫暖、放松、舒適的室內(nèi)空間。本教程采用 Keil5 進行編程，基于涂鴉 IoT 平臺和三明治 BLDC 功能板，介紹如何快速開發(fā)一款安全性強的智能風(fēng)扇的原型。

方案介紹

MCU 方案與 SoC 方案不同，傳感器和聯(lián)網(wǎng)模組的驅(qū)動代碼寫在 MCU 中，您可以自己開發(fā) MCU 代碼，擁有更多的可玩性。

涂鴉三明治開發(fā)板 BLDC 套件中，BLDC 板通過 PWM 接口接收 NUCLEO-G071RB 傳過來的 PWM，BLDC 板通過接收到的 PWM 的占空比的大小對電機進行驅(qū)動。MCU 控制板通過串口與 Wi-Fi 通信板連接，使用涂鴉智能 App 配網(wǎng)，可以將BLDC板的輸出參數(shù)狀態(tài)展現(xiàn)在手機端。MCU 型號為 STM32G071RB。

物料清單

硬件 (4)

涂鴉三明治 Wi-Fi MCU 通信板（WB3S）

數(shù)量：1

板載涂鴉 WB3S 模組，負責(zé)智能化連接。模組已燒錄通用固件，MCU 對接涂鴉串口協(xié)議，即可使用涂鴉模組、App、云一站式智能化服務(wù)。

涂鴉三明治BLDC電機驅(qū)動功能板

數(shù)量：1

負責(zé)通過判斷接收到的 PWM 的占空比大小進行對電機的控制。

涂鴉三明治直流供電電源板

數(shù)量：1

用標準的 Arduino 外形尺寸，您可以直接將相應(yīng)的開發(fā)板堆疊在上方進行供電。因?qū)LDC功能板需要 12V，5V，3.3V 電源，使用電源板可以減少排線。

NUCLEO-G071RB

數(shù)量：1

采用 ST 官方 MCU 主控板，負責(zé)傳感數(shù)據(jù)接收和模組通訊控制。NUCLEO-G071RB 開發(fā)板支持 Arduino 接口。

第 1 步：硬件連接和例程環(huán)境

本次使用的涂鴉三明治開發(fā)板 BLDC 套件主要包含：

BLDC 功能板

Wi-Fi MCU 通信板

NUCLEO-G071RB

涂鴉直供電源電源板將三明治開發(fā)板套件電源板，控制板、通訊板、功能板拼接組裝，實物效果如下圖。

軟件開發(fā)過程主要基于 Keil5 實現(xiàn) MCU 與傳感器和模組協(xié)議對接。首先調(diào)通 MCU 和模組的通訊，可以實現(xiàn)App配網(wǎng)，MCU 數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸pp。

第 2 步：創(chuàng)建產(chǎn)品和工程

您可以根據(jù)以下步驟，快速在涂鴉 IoT 平臺上開發(fā)一個智能風(fēng)扇。

1、進入涂鴉智能IoT平臺。

2、參考選品類創(chuàng)建產(chǎn)品創(chuàng)建一款門磁產(chǎn)品。其中產(chǎn)品屬性如下：

開發(fā)方式：自定義方案

聯(lián)網(wǎng)方式：Wi-Fi

功耗類型：標準功耗

f6d59753a19d48ff97b85dbcbea4e8d3~tplv-tt-shrink:640:0.image

3、根據(jù)頁面提示選擇產(chǎn)品的標準功能和自定義功能。例如，功能選擇為風(fēng)向、風(fēng)速、工作模式、開關(guān)等。您還可以對某一項功能進行編輯。例如，如果您選擇了工作模式功能，可以繼續(xù)修改模式為自然風(fēng)和睡眠風(fēng)兩種。

795c7160f17144cea7914058d3dcfef9~tplv-tt-shrink:640:0.image

4、選擇您喜歡的面板，第一次開始調(diào)試也可以選擇為開發(fā)調(diào)試面板，便于調(diào)試，后面也可以更換面板。

5、面板選擇完后，進入?硬件開發(fā)?階段，在頁面拉到最下面，下載開發(fā)資料。

9d8a3b5c98d140b982f5fc1961575ff4~tplv-tt-shrink:640:0.image

6、硬件測試。下載到 MCU 開發(fā)包后，使用開發(fā)包中的涂鴉模組調(diào)試助手，您可以使用助手模擬 MCU 模式，配合調(diào)試模組通訊板，驗證模組是否通訊正常，同時也可以熟悉涂鴉串口協(xié)議提高對接效率。確定通信板正常可用的，可以跳過此步驟。若調(diào)試過程中對協(xié)議收發(fā)有疑問，也可以使用此助手協(xié)助查看正確數(shù)據(jù)交互格式。使用步驟可參考?涂鴉模組調(diào)試助手使用說明。

第 3 步：移植 MCU SDK

本章節(jié)簡單介紹了移植過程和功能實現(xiàn)，將?mcu_sdk?中的文件加入工程后，編譯根據(jù)報錯提示，進行修改。如需查看詳細的移植調(diào)試教程，請參考 MCU SDK 移植。

1、如果編譯過程中發(fā)生錯誤?#40: expected an identifier DISABLE = 0?類似的錯誤提示，可以包含頭文件#include "stm32f1xx.h來解決。對應(yīng)頭文件為實際芯片型號，例如，一個 G071RB 的芯片可以添加為?#include "stm32g0xx.h。本教程因為沒有介紹 Wi-Fi 功能測試，所以注釋了?WIFI_TEST_ENABLE?的宏。

//#define?????????WIFI_TEST_ENABLE

2、完善uart_transmit_output()函數(shù)。

e54c3031fa6b46219338a39d79e0dac8~tplv-tt-shrink:640:0.image

3、完善uart_receive_input()函數(shù)。

edcdddcfc2d441b284664f2a55c24267~tplv-tt-shrink:640:0.image

4、在MCUWIFI通信板連接的串口的中斷服務(wù)函數(shù)中添加以下代碼，注意添加頭文件或聲明您用到的函數(shù)。

2d0bbdd2da33441cafa11cf53e3c11a8~tplv-tt-shrink:640:0.image

5、將wifi_uart_service()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

be262a75cbc64647b33ceac8036d2ad5~tplv-tt-shrink:640:0.image

6、將wifi_protocol_init()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

ee3ff5742df54c0b9a683608d5ec335b~tplv-tt-shrink:640:0.image

接下來便是all_data_update()函數(shù)，該函數(shù)會自動上報系統(tǒng)中所有DP信息，您不需要調(diào)用該函數(shù)。

第4 步：定義結(jié)構(gòu)體

定義一個結(jié)構(gòu)體，用來記錄電扇的工作狀態(tài)。

//工作模式typedef?enum?{
	nature?=?0,
	sleep
}fan_mode_t;//正反轉(zhuǎn)typedef?enum?{
	forward?=?0,
	reverse
}fan_direction_t;//電扇工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)體typedef?struct?{
	_Bool?OnOff;	fan_mode_t?e_fan_mode;	unsigned?long?speed;	fan_direction_t?e_fan_direction;
}fan_status_t;//電扇狀態(tài)結(jié)構(gòu)體，全局變量fan_status_t?gs_fan_status?=?{
		.OnOff?					=?FALSE,
		.e_fan_mode?			=?nature,
		.speed?					=?10,
		.e_fan_direction?		=?forward
};

在protocol.c文件中，完善dp_download_switch_handle()，dp_download_mode_handle()，dp_download_fan_speed_handle()和dp_download_fan_direction_handle()這四個功能處理函數(shù)。
在protocol.c文件的dp_download_switch_handle()函數(shù)中：

static?unsigned?char?dp_download_switch_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length)
{????//示例:當(dāng)前DP類型為BOOL
????unsigned?char?ret;????//0:關(guān)/1:開
????unsigned?char?switch_1;
????
????switch_1?=?mcu_get_dp_download_bool(value,length);????if(switch_1?==?0)?{????????//開關(guān)關(guān)
		gs_fan_status.OnOff?=?FALSE;
????}else?{????????//開關(guān)開
		gs_fan_status.OnOff?=?TRUE;
????}??
????//處理完DP數(shù)據(jù)后應(yīng)有反饋
????ret?=?mcu_dp_bool_update(DPID_SWITCH,switch_1);????if(ret?==?SUCCESS)????????return?SUCCESS;????else
????????return?ERROR;
}

在protocol.c文件的dp_download_mode_handle()函數(shù)中：

static?unsigned?char?dp_download_mode_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當(dāng)前DP類型為ENUM
????unsigned?char?ret;????unsigned?char?mode;
????
????mode?=?mcu_get_dp_download_enum(value,length);????switch(mode)?{????????case?0:
					gs_fan_status.e_fan_mode?=?nature;	//自然風(fēng)模式
????????break;????????
????????case?1:
					gs_fan_status.e_fan_mode?=?sleep;	//睡眠風(fēng)模式
????????break;????????
????????default:
					gs_fan_status.e_fan_mode?=?nature;????????break;
????}????
????//處理完DP數(shù)據(jù)后應(yīng)有反饋
????ret?=?mcu_dp_enum_update(DPID_MODE,?mode);????if(ret?==?SUCCESS)????????return?SUCCESS;????else
????????return?ERROR;
}

在protocol.c文件的dp_download_fan_speed_handle()函數(shù)中：

static?unsigned?char?dp_download_fan_speed_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當(dāng)前DP類型為VALUE
????unsigned?char?ret;????unsigned?long?fan_speed;
????
????fan_speed?=?mcu_get_dp_download_value(value,length);????/*
????//VALUE類型數(shù)據(jù)處理
????
????*/
????gs_fan_status.speed?=?fan_speed;	//將下發(fā)的速度值給全局變量
????//處理完DP數(shù)據(jù)后應(yīng)有反饋
????ret?=?mcu_dp_value_update(DPID_FAN_SPEED,fan_speed);????if(ret?==?SUCCESS)????????return?SUCCESS;????else
????????return?ERROR;
}

在protocol.c文件的dp_download_fan_direction_handle()函數(shù)中：

static?unsigned?char?dp_download_fan_direction_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當(dāng)前DP類型為ENUM
????unsigned?char?ret;????unsigned?char?fan_direction;
????
????fan_direction?=?mcu_get_dp_download_enum(value,length);????switch(fan_direction)?{????????case?0:		//判斷當(dāng)前風(fēng)向是否為正轉(zhuǎn)，當(dāng)前風(fēng)向若不是正轉(zhuǎn)，則改變風(fēng)向，并將當(dāng)前狀態(tài)給全局變量
					if(gs_fan_status.e_fan_direction?!=?forward)?{
						change_fan_direction();
						gs_fan_status.e_fan_direction?=?forward;
					}????????break;????????
????????case?1:		//判斷當(dāng)前風(fēng)向是否為反轉(zhuǎn)，當(dāng)前風(fēng)向若不是反轉(zhuǎn)，則改變風(fēng)向，并將當(dāng)前狀態(tài)給全局變量
					if(gs_fan_status.e_fan_direction?!=?reverse)?{
						change_fan_direction();
						gs_fan_status.e_fan_direction?=?reverse;
					}????????break;????????
????????default:????????break;
????}????
????//處理完DP數(shù)據(jù)后應(yīng)有反饋
????ret?=?mcu_dp_enum_update(DPID_FAN_DIRECTION,?fan_direction);????if(ret?==?SUCCESS)????????return?SUCCESS;????else
????????return?ERROR;
}

第 5 步：功能實現(xiàn)

在main.c文件中，添加頭文件#include "mcu_api.h"和#include “wifi.h”，定義以下宏和變量：

//最小速度時，輸出的PWM占空比#define?MIN_SPEED	10//最大速度時，輸出的PWM占空比//最大速度輸出的PWM占空比應(yīng)該為100(建議最大設(shè)置為99)，我這里因為演示設(shè)置較低#define?MAX_SPEED	35//關(guān)機輸出占空比#define	OFF_SPEED	5//改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)向輸出的PWM值，在BLDC開發(fā)板中輸出PWM在1%~2.5%之間改變電機轉(zhuǎn)向#define?DIRECTION_CHANGE_PWM?15//睡眠模式下，風(fēng)速改變時間#define?SLEEP_TIME?700//上一次風(fēng)扇速度，全局變量unsigned?long?last_fan_speed?=?0;//風(fēng)速sleep模式下，改變風(fēng)速計數(shù)值和風(fēng)速改變標志，全局變量unsigned?long?fen_count?=?SLEEP_TIME;_Bool?sleep_speed_flag?=?TRUE;

啟動后，進入while(1){}循環(huán)前需處理的：

void?setup(void)
{	//優(yōu)先輸出頻率為1000HZ，占空比為5%，使電機處于關(guān)機狀態(tài)
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(OFF_SPEED?*?10));	
	//打開與涂鴉三明治?Wi-Fi?MCU?通信板（E3S）通信的UART1接收中斷
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,?UART_IT_RXNE);	
	//完成wifi協(xié)議初始化
	wifi_protocol_init();
}

在while(1){}循環(huán)內(nèi)：

while?(1)
??{		//wifi串口數(shù)據(jù)處理服務(wù)
		wifi_uart_service();		
		//進入配網(wǎng)模式，并改變LED燈狀態(tài)進行提示
		connect_tuya();		
		if?(gs_fan_status.OnOff?==?TRUE)?{?//開機
			//判斷工作模式
			check_mode();
		}?else?{			set_fan_speed(0);
		}
??}
```

在connect_tuya()函數(shù)中：

```objectivec//該函數(shù)主要功能為：當(dāng)PC3被拉低后，進入配網(wǎng)模式。根據(jù)不同聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，改變LED燈狀態(tài)進行提示。void?connect_tuya(void)
{	//判斷PC3是否拉低
	if?(HAL_GPIO_ReadPin(WIFI_KEY_GPIO_Port,?WIFI_KEY_Pin)?==?GPIO_PIN_RESET)?{		HAL_Delay(300);		if?(HAL_GPIO_ReadPin(WIFI_KEY_GPIO_Port,?WIFI_KEY_Pin)?==?GPIO_PIN_RESET)?{			mcu_set_wifi_mode(0);
		}
	}	
	//獲取當(dāng)前連接狀態(tài)，顯示LED提示
	switch(mcu_get_wifi_work_state())
	{				case?SMART_CONFIG_STATE:	//SMART配網(wǎng)模式，快閃
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin);						HAL_Delay(250);				break;				case?AP_STATE:	//AP配網(wǎng)模式，快閃
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin);						HAL_Delay(250);				break;				case?WIFI_NOT_CONNECTED:?//慢閃
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin);						HAL_Delay(250);				break;				case?WIFI_CONNECTED://常亮，連接到WIFI
				case?WIFI_CONN_CLOUD://常亮，連接到WIFI和云平臺
						HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin,?GPIO_PIN_SET);				break;				default:						HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin,?GPIO_PIN_RESET);				break;
	}
}

在set_fan_speed()函數(shù)中：

//該函數(shù)主要功能為：根據(jù)不同轉(zhuǎn)速，輸出對應(yīng)的PWM。PWM頻率為1000HZ。void?set_fan_speed(unsigned?long?speed)
{	//輸入為0，關(guān)閉電機
	if?(speed?==?0)?{
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(OFF_SPEED?*?10));
		last_fan_speed?=?OFF_SPEED;?//將當(dāng)前轉(zhuǎn)速，記錄下來
		return;
	}	
	//判斷輸入值是否超出最大，最小值
	if?(speed??MAX_SPEED)?{
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(MAX_SPEED?*?10));
		last_fan_speed?=?MAX_SPEED;
	}?else?{
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(speed?*?10));
		last_fan_speed?=?speed;
	}	
	return;
}
	在check_mode()函數(shù)中：void?check_mode(void)?
{	if?(gs_fan_status.e_fan_mode?==?sleep)?{?//進入睡眠模式
		if?((sleep_speed_flag?==?TRUE)?&&?(fen_count?>=?SLEEP_TIME))?{
			
			set_fan_speed(gs_fan_status.speed);			//計數(shù)清零，改變風(fēng)速
			fen_count?=?0;
			sleep_speed_flag?=?FALSE;
		}?else?if((sleep_speed_flag?==?FALSE)?&&?(fen_count?>=?SLEEP_TIME))?{
			
			set_fan_speed(MIN_SPEED);			//計數(shù)清零，改變風(fēng)速
			fen_count?=?0;
			sleep_speed_flag?=?TRUE;
		}
		
		fen_count++;
		HAL_Delay(10);
	}?else?{		if?(last_fan_speed?!=?gs_fan_status.speed)?{?//如果上一次轉(zhuǎn)速和目標轉(zhuǎn)速不一致，改變轉(zhuǎn)速
				set_fan_speed(gs_fan_status.speed);
		}
	}
}