温控设备1.0

仅供学习，不可商用

本项目是一个基于stm32f103cbt6与FreeRTOS系统的温控设备，用到的外设或者功能有spi oled屏幕、tja1050 can通讯、ch340e串口通讯、五向按键、adc、pid控制pwm输出、iic at24c64存储、ch224k pd12v诱骗、降压。

我这里用了一个3d打印的挤出头作为负载来演示功能，当然做这个项目的目的也主要是为了练习freertos、iic、spi、can等协议的使用。

代码链接

https://github.com/cnxft/Temperature_Control_Equipment/tree/main

一、总体设计框图

电源：

其他：

二、硬件电路组成

1.AT24C64存储部分，芯片和他IIC的上拉

2.12864OLED屏幕的SPI接线

3.pwm控制输出的大小电路

三、程序流程图

在启动freertos的任务调度器之前初始化或启动了以下内容

随后oled屏幕上出现进度条，进度条的长度随着从at24c64获取参数的进度增加而增加

本项目用到了FreeRTOS系统，所以整个功能设计起来就比较简单，这里一共用到了7个任务

void AppTask_App(void *argument);

//读取ntc的值并计算

void AppTask_OutPut(void *argument);

//使用pid算法计算输出的pwm波形的占空比

void AppTask_MessSend(void *argument);

//发送can、串口消息、保存数据到at24c64

void AppTask_SerCom(void *argument);

//使用shell_letter开源库

void AppTask_CanCom(void *argument);

//轮询方式can接收消息

void AppTask_Key(void *argument);

//使用multi_button开源库，产生5ms的滴答

void AppTask_Menu(void *argument);

//驱动oled屏幕的程序

1、任务内容

各个任务写在了UserApp下的文件里了大家可以自行查看

2、oled菜单划分

oled屏幕用的b站大佬开源的程序，思路大概是做成链表，可以指向下一级菜单，也可以指向想要做成的界面（函数形式）

简单列写了一个菜单列表

3、u8g2初始化

u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_f(u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_4wire_hw_spi, u8x8_stm32_gpio_and_delay);

其中u8x8_byte_4wire_hw_spi（）函数的意思是使用了4线硬件spi，函数里将hal库中spi的驱动函数写在对应位置；

u8x8_stm32_gpio_and_delay（）函数为使用软件spi/iic时的gpio与延时函数，使用软件方式时要将hal gpio与delay的函数写在这个函数里，但是这里用的硬件方式，故而函数直接return 1

使用u8g2库自带的针对ssd1306的setup函数，就不用自己写了

4、菜单的切换

当按键按下时，改变屏幕的运行状态，再根据运行状态去刷新菜单或者打开指定的函数。

按键检测任务写在TaskKey任务中，此任务每间隔5ms会产生一个嘀嗒，用来检测按键。然后将按键检测的结果放到提前创建好的队列中

TaskMenu任务中调用阻塞方式获取按键状态的函数，阻塞时间200ms

(xQueueReceive(Queue_OLEDKeysHandle, &Dir, pdMS_TO_TICKS(200)) != pdTRUE)

（可以理解成隔200ms刷新一次屏幕）

5、can

没有针对can接口设计很多的功能，也没有很细致的操作，只写了配置了以下能正常发送接收，没有任何功能

使用can的函数在usercan.c文件中，发送、轮询接收、筛选器配置均在。

筛选器配置成了32位掩码模式。以后有了具体的应用再改吧。

6、串口

针对串口部分使用了一个letter_shell库，可以像linux的shell一样操纵设备

在shell_func..c文件中，增加了几个函数，可以使用指令来调用这些函数来实现改动kp、ki、kd的值来更加方便的调参。

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), out_state, Shell_OUT, Enable output 1 or 0);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), out_target, Shell_Target, Set target temp double);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), parameter_show, Shell_Parameter_Show, show pid wushen);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), pid_reset, Shell_PID_Reset, pid reset wushen);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), kp_set, Shell_Kp, Set Kp float);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), ki_set, Shell_Ki, Set Ki float);

SHELL_EXPORT_CMD(SHELL_CMD_PERMISSION(0) | SHELL_CMD_TYPE(SHELL_TYPE_CMD_FUNC), kd_set, Shell_Kd, Set Kd float);

_{这里的kp等的参数虽然在定义的时候是double类型，但是这个letter_shell的库形参是double会出错（0），float正常。}

连接串口后，可以按Tab键或输入help+enter来查看可用的指令。值得注意的是，当函数类型是浮点类型时，小数点不要省略。

另在shell.c文件中可以修改logo。

看我改的，是不是非常漂亮

7、adc采集

这里使用了公式法根据B值计算当前温度，函数名：float ntc_count_value(ntcpar ntcx)。此函数位于ntc.c中。使用了dma来获取adc，在AppTask_App中 定时获取adc的值并计算和保存。

8、输出

使用了pwm控制三极管控制mos管的方式驱动加热设备，pwm占空比的多少由pid算法计算得来，这里使用的是左侧的输出与感温电阻。右侧可以使用pwm来控制风扇之类的。分频值与记数值设置如下，可以根据自己的需求自行修改，修改记数值时，要记得改一下pid计算结果映射到pwm占空比部分的函数。

9、数据的保存与读取

单独设计了一块AT24C64的芯片用来保存设备的参数，包括kp、ki、kd的值，感温电阻的B值，感温电阻的分压电阻的阻值、测压的两个电阻的阻值等等

数据在AT24C64芯片上保存的位置如下，包括了起始地址与相对于起始位置的偏移。

/****************在AT24C64保存数据的相对地址*******************/

#define DATE_FIRST_ADD 352  // 保存数据的第一个位置

#define Date_OUTSTATE_SUM 0 // 相对初始位置的差值

#define Date_NTCB_SUM 1     // 相对差值1

#define Date_NTCT25_SUM 3

#define Date_NTCMAXADC_SUM 7

#define Date_NTCR1_SUM 11

#define Date_NTCR2_SUM 15

#define Date_VADCMADC_SUM 19

#define Date_VDDA_SUM 21

#define Date_RESH_SUM 25

#define Date_RESL_SUM 29

#define Date_KP_SUM 33

#define Date_KI_SUM 41

#define Date_KD_SUM 49

#define Date_TARGET_SUM 57

#define Date_TIMEDELTA_SUM 65

#define Date_TOTAL_NUM 15

在SaveAndRead_func.c文件中，定义了两个函数：

HAL_StatusTypeDef Date_Init(uint8_t which_one);

HAL_StatusTypeDef Date_Save(uint8_t which_one);

分别用来保存和读取数据。再函数中使用了一个共用体的变量，使得保存于读取更便捷。

10、进度条

在AppTask_App中for（；；）循环前会进行数据的读取，将一些必要的参数读取到程序之中。

此初用了一个freertos系统中程序间同步的功能，使用通知来模拟二值信号量，来同步AppTask_App与AppTask_Menu。AppTask_Menu任务中的进度条没获取到一个二值信号量就会变长，否则进入阻塞状态。直到跑完进度条进入菜单界面。

11、问题与反思

首先要说的是这个并不能算是一个完美的作品，功能、程序、外壳还有很多需要完善的地方。

......未完待续

四、实物展示

我的焊接顺序：第一步先焊接背面，可以用焊台焊接，第二步焊接芯片和两个type-c接口，确保焊接正确，第三步焊接其他，可用热风枪，但要注意type-c的位置。这一步也可先焊接pd12v诱骗部分，试试效果，成功诱骗灯会亮。再焊接5v转3.3v。最后焊接屏幕和插件。

温度曲线

输出设置（开关，目标温度，风扇的pwm占空比）

设置PID的kp

参数显示

五、演示视频

演示视频在附录中，演示了letter_shell的用法，同时也展示了修改参数和自动保存到at24c64的功能。