基于F4探索版的简易温度控制器-wxYchSWKOS的回答

基于F4探索版的简易温度控制器

2019-07-20 02:23发布

19688 11

为了学校比赛做的一个练习，使用了正点原子探索版的工程模板。
目前具备以下功能：
1）可以对水泥电阻进行加热，加热的温升速率 25 度/分钟，加热温度达到75 度，同时保持温度恒定，恒定时间为 2 分钟，恒定温度偏差为±2 度。
2）mlx90614温度测试，在lcd屏上动态显示，可以实时显示加热的温度和温度曲线，温度显示精度为 0.5 度。

3）可以实时显示加热输出的电流、电压。

4）可以实时显示加热输出功率的大小。

程序框架大概如下：
在main.c中初始化所用到的外设，死循环查询TIM3中断标志，中断1s触发1次，中断服务函数中通过SMBus读取温度并显示，将温度值换算为屏幕上的纵坐标，横坐标每秒自增1，同时描出折线。每次中断运算一次pid，若当前温度小于标称温度减10，直接使用预设功率加热；若大于，将参数传递到TIM8的PWM输出口起到控制加热的目的。（不好意思用语不太专业，新手初来乍到多包涵！

）pid运算的各参数预先调试后写死在函数里，正在尝试添加触摸屏按键实现动态参数pid运算，这样温升速率、标定温度都可调。
基本就是这样，贴出部分源码和调试结果，驱动控制电路从其他地方查资料修改后焊的洞洞板，SMBus驱动也是找的人家的自己修改了一下，有兴趣的小伙伴大家多探讨，目前还比较简陋，欢迎前辈、各路大神来提出建议！

/*******************************************************************************
* 文件名 : main.c
* 作  者 :
* 版  本 :
* 日  期 : 2019-03-11
* 描  述 :
*******************************************************************************/

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "mlx90614.h"
#include "pid.h"
#include "timer.h"
#include "pwm.h"
#include "lcdtask.h"

int main(void)
{
extern PID pid;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168);//初始化延时函数
uart_init(115200);//初始化串口波特率为115200

LCD_Init();
LCD_ShowBackground();//屏幕背景等

SMBus_Init();//传感器通讯设置

PID_Init();

TIM3_Int_Init(10000-1,8400-1);//定时器时钟84M，分频系数8400，所以84M/8400=10Khz的计数频率，计数10000次为1s
TIM5_PWM_Init(1000-1,84-1);//84M/84=1Mhz的计数频率,重装载值1000，所以PWM频率为 1M/1000=1Khz.
// TIM_SetCompare1(TIM5,0);//修改比较值，修改占空比

while(1)
{
   //查询中断标志位
}
}

/*******************************************************************************
* 文件名 : mlx90614.c
* 作  者 :
* 版  本 :
* 日  期 : 2019-02-17
* 描  述 : mlx90614函数
PB6：SCL
PB7：SDA
在主函数中先初始化SMBus_Init();
需要读取温度就调用temp=SMBus_ReadTemp();  //读取温度，temp是浮点数，转整数：i=ceil(temp);
*******************************************************************************/

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "mlx90614.h"
#include "delay.h"
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define ACK    0 //应答
#define NACK 1 //无应答
#define SA 0x00 //Slave address 单个MLX90614时地址为0x00,多个时地址默认为0x5a
#define RAM_ACCESS 0x00 //RAM access command RAM存取命令
#define EEPROM_ACCESS 0x20 //EEPROM access command EEPROM存取命令
#define RAM_TOBJ1 0x07 //To1 address in the eeprom 目标1温度,检测到的红外温度 -70.01 ~ 382.19度

#define SMBUS_PORT GPIOG    //PB端口(端口和下面的两个针脚可自定义)
#define SMBUS_SCK GPIO_Pin_6 //PB6：SCL
#define SMBUS_SDA GPIO_Pin_7 //PB7：SDA

#define RCC_AHB1Periph_SMBUS_PORT RCC_AHB1Periph_GPIOG

#define SMBUS_SCK_H()       SMBUS_PORT->BSRRL = SMBUS_SCK //置高电平
#define SMBUS_SCK_L()       SMBUS_PORT->BSRRH = SMBUS_SCK  //置低电平
#define SMBUS_SDA_H()       SMBUS_PORT->BSRRL = SMBUS_SDA
#define SMBUS_SDA_L()       SMBUS_PORT->BSRRH = SMBUS_SDA

#define SMBUS_SDA_PIN()       SMBUS_PORT->IDR & SMBUS_SDA //读取引脚电平

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_StartBit
* Description : Generate START condition on SMBus
* Input       : None
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
void SMBus_StartBit(void)
{
SMBus_SDA_OUTMode();
SMBus_Delay(5);

SMBUS_SDA_H(); // Set SDA line
SMBus_Delay(5);       // Wait a few microseconds
SMBUS_SCK_H(); // Set SCL line
SMBus_Delay(5);       // Generate bus free time between Stop
SMBUS_SDA_L(); // Clear SDA line
SMBus_Delay(5);       // Hold time after (Repeated) Start
// Condition. After this period, the first clock is generated.
//(Thd:sta=4.0us min)在SCK=1时，检测到SDA由1到0表示通信开始（下降沿）
SMBUS_SCK_L();       // Clear SCL line
SMBus_Delay(5);       // Wait a few microseconds
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_StopBit
* Description : Generate STOP condition on SMBus
* Input       : None
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
void SMBus_StopBit(void)
{
SMBus_SDA_OUTMode();
SMBus_Delay(5);

SMBUS_SCK_L(); // Clear SCL line
SMBus_Delay(5);       // Wait a few microseconds
SMBUS_SDA_L(); // Clear SDA line
SMBus_Delay(5);       // Wait a few microseconds
SMBUS_SCK_H(); // Set SCL line
SMBus_Delay(5);       // Stop condition setup time(Tsu:sto=4.0us min)
SMBUS_SDA_H(); // Set SDA line在SCK=1时，检测到SDA由0到1表示通信结束（上升沿）
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_SendByte
* Description : Send a byte on SMBus
* Input       : Tx_buffer
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
u8 SMBus_SendByte(u8 Tx_buffer)
{
u8 Bit_counter;
u8 Ack_bit;
u8 bit_out;

for(Bit_counter=8; Bit_counter; Bit_counter--)
{
      if (Tx_buffer&0x80)
      {
         bit_out=1; // If the current bit of Tx_buffer is 1 set bit_out
      }
      else
      {
         bit_out=0;  // else clear bit_out
      }
      SMBus_SendBit(bit_out); // Send the current bit on SDA
      Tx_buffer<<=1; // Get next bit for checking
}

Ack_bit=SMBus_ReceiveBit(); // Get acknowledgment bit
return Ack_bit;
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_SendBit
* Description : Send a bit on SMBus 82.5kHz
* Input       : bit_out
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
void SMBus_SendBit(u8 bit_out)
{
SMBus_SDA_OUTMode();
SMBus_Delay(5);

if(bit_out==0)
{
      SMBUS_SDA_L();
}
else
{
      SMBUS_SDA_H();
}
SMBus_Delay(2); // Tsu:dat = 250ns minimum
SMBUS_SCK_H(); // Set SCL line
SMBus_Delay(6); // High Level of Clock Pulse
SMBUS_SCK_L(); // Clear SCL line
SMBus_Delay(3); // Low Level of Clock Pulse
// SMBUS_SDA_H();       // Master release SDA line ,
return;
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReceiveBit
* Description : Receive a bit on SMBus
* Input       : None
* Output       : None
* Return       : Ack_bit
*******************************************************************************/
u8 SMBus_ReceiveBit(void)
{
u8 Ack_bit;

SMBus_SDA_INMode();
SMBus_Delay(5);

SMBUS_SDA_H();       //引脚靠外部电阻上拉，当作输入
SMBus_Delay(2); // High Level of Clock Pulse
SMBUS_SCK_H(); // Set SCL line
SMBus_Delay(5); // High Level of Clock Pulse
if (SMBUS_SDA_PIN())
{
      Ack_bit=1;
}
else
{
      Ack_bit=0;
}
SMBUS_SCK_L(); // Clear SCL line
SMBus_Delay(3); // Low Level of Clock Pulse

return Ack_bit;
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReceiveByte
* Description : Receive a byte on SMBus
* Input       : ack_nack
* Output       : None
* Return       : RX_buffer
*******************************************************************************/
u8 SMBus_ReceiveByte(u8 ack_nack)
{
u8 RX_buffer;
u8 Bit_Counter;

for(Bit_Counter=8; Bit_Counter; Bit_Counter--)
{
      if(SMBus_ReceiveBit()) // Get a bit from the SDA line
      {
         RX_buffer <<= 1; // If the bit is HIGH save 1  in RX_buffer
         RX_buffer |=0x01;
      }
      else
      {
         RX_buffer <<= 1; // If the bit is LOW save 0 in RX_buffer
         RX_buffer &=0xfe;
      }
}
SMBus_SendBit(ack_nack); // Sends acknowledgment bit
return RX_buffer;
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_Delay
* Description : 延时  一次循环约1us
* Input       : time
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
void SMBus_Delay(u16 time)
{
delay_us(time);
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_Init
* Description : SMBus初始化
* Input       : None
* Output       : None
* Return       : None
*******************************************************************************/
void SMBus_Init()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/* Enable SMBUS_PORT clocks */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_SMBUS_PORT, ENABLE);

/*配置SMBUS_SCK、SMBUS_SDA为集电极开漏输出（后改为推挽输出）*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SMBUS_SCK | SMBUS_SDA;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_Init(SMBUS_PORT, &GPIO_InitStructure);

SMBUS_SCK_H();
SMBUS_SDA_H();
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReadMemory
* Description : READ DATA FROM RAM/EEPROM
* Input       : slaveAddress, command
* Output       : None
* Return       : Data
*******************************************************************************/
u16 SMBus_ReadMemory(u8 slaveAddress, u8 command)
{
u16 data; // Data storage (DataH

ataL)
u8 Pec; // PEC byte storage
u8 DataL=0; // Low data byte storage
u8 DataH=0; // High data byte storage
u8 arr[6]; // Buffer for the sent bytes
u8 PecReg; // Calculated PEC byte storage
u8 ErrorCounter; // Defines the number of the attempts for communication with MLX90614

ErrorCounter=0x00; // Initialising of ErrorCounter
slaveAddress <<= 1; //2-7位表示从机地址

do
{
repeat:
      SMBus_StopBit();       //If slave send NACK stop comunication
      --ErrorCounter;       //Pre-decrement ErrorCounter
      if(!ErrorCounter)       //ErrorCounter=0?
      {
         break;       //Yes,go out from do-while{}
      }

      SMBus_StartBit(); //Start condition
      if(SMBus_SendByte(slaveAddress))//Send SlaveAddress 最低位Wr=0表示接下来写命令
      {
         goto repeat;       //Repeat comunication again
      }
      if(SMBus_SendByte(command))       //Send command
      {
         goto repeat;         //Repeat comunication again
      }

      SMBus_StartBit(); //Repeated Start condition
      if(SMBus_SendByte(slaveAddress+1)) //Send SlaveAddress 最低位Rd=1表示接下来读数据
      {
         goto repeat;          //Repeat comunication again
      }

      DataL = SMBus_ReceiveByte(ACK); //Read low data,master must send ACK
      DataH = SMBus_ReceiveByte(ACK); //Read high data,master must send ACK
      Pec = SMBus_ReceiveByte(NACK); //Read PEC byte, master must send NACK
      SMBus_StopBit(); //Stop condition

      arr[5] = slaveAddress; //
      arr[4] = command; //
      arr[3] = slaveAddress+1; //Load array arr
      arr[2] = DataL; //
      arr[1] = DataH; //
      arr[0] = 0; //
      PecReg=PEC_Calculation(arr);//Calculate CRC
}
while(PecReg != Pec); //If received and calculated CRC are equal go out from do-while{}

data = (DataH<<8) | DataL; //data=DataH

ataL
return data;
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : PEC_calculation
* Description : Calculates the PEC of received bytes
* Input       : pec[]
* Output       : None
* Return       : pec[0]-this byte contains calculated crc value
*******************************************************************************/
u8 PEC_Calculation(u8 pec[])
{
u8 crc[6];
u8 BitPosition=47;
u8 shift;
u8 i;
u8 j;
u8 temp;

do
{
      /*Load pattern value 0x000000000107*/
      crc[5]=0;
      crc[4]=0;
      crc[3]=0;
      crc[2]=0;
      crc[1]=0x01;
      crc[0]=0x07;

      /*Set maximum bit position at 47 ( six bytes byte5...byte0,MSbit=47)*/
      BitPosition=47;

      /*Set shift position at 0*/
      shift=0;

      /*Find first "1" in the transmited message beginning from the MSByte byte5*/
      i=5;
      j=0;
      while((pec[i]&(0x80>>j))==0 && i>0)
      {
         BitPosition--;
         if(j<7)
         {
            j++;
         }
         else
         {
            j=0x00;
            i--;
         }
      }/*End of while */

      /*Get shift value for pattern value*/
      shift=BitPosition-8;

      /*Shift pattern value */
      while(shift)
      {
         for(i=5; i<0xFF; i--)
         {
            if((crc[i-1]&0x80) && (i>0))
            {
                  temp=1;
            }
            else
            {
                  temp=0;
            }
            crc[i]<<=1;
            crc[i]+=temp;
         }/*End of for*/
         shift--;
      }/*End of while*/

      /*Exclusive OR between pec and crc*/
      for(i=0; i<=5; i++)
      {
         pec[i] ^=crc[i];
      }/*End of for*/
}
while(BitPosition>8); /*End of do-while*/

return pec[0];
}

/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReadTemp
* Description : Calculate and return the temperature
* Input       : None
* Output       : None
* Return       : SMBus_ReadMemory(0x00, 0x07)*0.02-273.15
*******************************************************************************/
u16 SMBus_ReadTemp(void)
{
float temp;
temp = SMBus_ReadMemory(SA, RAM_ACCESS|RAM_TOBJ1);//*0.02-273.15
return temp;
}

/*********************************END OF FILE*********************************/

void SMBus_SDA_INMode()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SMBUS_SDA;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(SMBUS_PORT, &GPIO_InitStructure);//初始化

}
void SMBus_SDA_OUTMode()
{
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =SMBUS_SDA;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(SMBUS_PORT, &GPIO_InitStructure);//初始化
}

/*******************************************************************************
* 文件名 : pid.c
* 作  者 :
* 版  本 :
* 日  期 : 2019-03-11
* 描  述 :
*******************************************************************************/

#include "pid.h"
#include "mlx90614.h"

PID pid;

void PID_Init()
{
// pid.Sv=75;
// pid.Kp=20;
// pid.T=1000;
// pid.Ti=5000;
// pid.Td=1200;
// pid.OUT0=600;

pid.Sv=75;
pid.Hv=636;
pid.Kp=56;
pid.T=100;
pid.Ti=100000;
pid.Td=6;
pid.OUT0=10;

}

void PID_Cal(void)
{
float  DelEk;
float  ti,ki;
float Pout,Iout,Dout;
float kd,td;

pid.Ek=pid.Sv-pid.Pv;//当前偏差值
Pout=pid.Kp*pid.Ek;//比例输出

pid.SEk+=pid.Ek;//运算时间区间上偏差积分
DelEk=pid.Ek-pid.Ek_1;//偏差微分

ti=pid.T/pid.Ti;//积分时间
ki=ti*pid.Kp;//积分系数
Iout=ki*pid.SEk*pid.Kp;//积分项

td=pid.Td/pid.T;//微分时间
kd=pid.Kp*td;//微分系数

Dout=kd*DelEk;//微分项
pid.Ek_1=pid.Ek;//误差迭代

pid.OUT=Pout+Iout+Dout+pid.OUT0;//全项


}

/*******************************************************************************
* 文件名 : lcdtask.c
* 作  者 :
* 版  本 :
* 日  期 : 2019-03-11
* 描  述 :
*******************************************************************************/

#include "lcdtask.h"

void LCD_ShowBackground(void)
{
//以下设置屏幕
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红 {MOD}
LCD_ShowString(30,50,400,16,16,"Welcome!This is a simple heater by L.JP!");

POINT_COLOR=BLACK ;//设置字体为黑 {MOD}
// void LCD_ShowString(u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 size,u8 *p)
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"Temp:    . C");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"Time: min s");
// LCD_ShowString(260,70,200,16,16,"Vol:    V");
// LCD_ShowString(260,90,200,16,16,"Cur:    A");
// LCD_ShowString(260,110,200,16,16,"Heating Power: W");

LCD_ShowString(260,70,200,16,16,"Vol: .  V");
LCD_ShowString(260,90,200,16,16,"Cur:  . A");
LCD_ShowString(260,110,200,16,16,"Heating Power: .  W");
//画线
//x1,y1:起点坐标
//x2,y2:终点坐标
//void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)
LCD_DrawLine(30, 150, 30, 700);//时间轴30到450（420），温度轴150到700（550），时间跨度5min（300s），温度跨度75C
LCD_DrawLine(30, 700, 450, 700);//1个像素1s，3个像素0.5度
LCD_ShowString(420,720,200,12,12,"Time(min)");
LCD_ShowString(30,130,200,12,12,"Temp(C)");

LCD_DrawLine(90, 150, 90, 700);LCD_DrawLine(150, 150,150, 700);LCD_DrawLine(210, 150, 210, 700);LCD_DrawLine(270, 150, 270, 700);
LCD_DrawLine(330, 150, 330, 700);LCD_DrawLine(390, 150, 390, 700);LCD_DrawLine(450, 150, 450, 700);//横分格
LCD_ShowString(30,710,200,12,12,"0");
LCD_ShowString(90,710,200,12,12,"1");
LCD_ShowString(150,710,200,12,12,"2");
LCD_ShowString(210,710,200,12,12,"3");
LCD_ShowString(270,710,200,12,12,"4");
LCD_ShowString(330,710,200,12,12,"5");
LCD_ShowString(390,710,200,12,12,"6");
LCD_ShowString(450,710,200,12,12,"7");

LCD_DrawLine(30, 550, 450, 550);LCD_DrawLine(30, 400, 450, 400);LCD_DrawLine(30, 250, 450, 250);LCD_DrawLine(30, 150, 450, 150);//竖分格
LCD_ShowString(10,550,200,12,12,"25");
LCD_ShowString(10,400,200,12,12,"50");
LCD_ShowString(10,250,200,12,12,"75");
LCD_ShowString(5,150,200,12,12,"91.7");
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝 {MOD}

}

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11条回答

wxYchSWKOS

2019-07-21 05:02

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