聽(tīng)說(shuō)隔壁班的程序員給女友做了個(gè)智能風(fēng)扇

智能風(fēng)扇是一款常見(jiàn)的智能設(shè)備，用戶可以使用手機(jī) App 輕松控制，通過(guò)遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)、風(fēng)速、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)等來(lái)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(jìn)行編程，基于涂鴉 IoT 平臺(tái)和三明治 BLDC 功能板，介紹如何快速開(kāi)發(fā)一款安全性強(qiáng)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(dòng)代碼寫(xiě)在 MCU 中，您可以自己開(kāi)發(fā) MCU 代碼，擁有更多的可玩性。

涂鴉三明治開(kāi)發(fā)板 BLDC 套件中，BLDC 板通過(guò) PWM 接口接收 NUCLEO-G071RB 傳過(guò)來(lái)的 PWM，BLDC 板通過(guò)接收到的 PWM 的占空比的大小對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。MCU 控制板通過(guò)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(jī)端。MCU 型號(hào)為 STM32G071RB。

相關(guān)信息

只需簡(jiǎn)單的外圍處理便可實(shí)現(xiàn)高效率的 FOC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。FU6832 的有感啟動(dòng)無(wú)感運(yùn)行FOC驅(qū)動(dòng)主要應(yīng)用在各類低壓風(fēng)機(jī)上，典型應(yīng)用如落地扇、空氣凈化器等。

注意：雖然 BLDC 功能板支持串口，按鍵和PWM控制，但是 MCU 控制板和 Wi-Fi 通信板通過(guò)右下角串口通信，為了減少對(duì) BLDC 控制的影響，該功能板默認(rèn)是只支持 PWM 控制的。

BLDC 板的采樣頻率是 12M，通過(guò) PWM 占空比的大小來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的，輸入 PWM 占空比越大轉(zhuǎn)速越快。PWM 占空比越大轉(zhuǎn)速越快，本教程中預(yù)設(shè)的輸出頻率為 1000HZ。

• 開(kāi)機(jī) PWM 占空比：0.08，大于該占空比時(shí)開(kāi)機(jī)

• 關(guān)機(jī) PWM 占空比：0.06，小于該占空比關(guān)機(jī)（停機(jī)占空比不要設(shè)置為改變轉(zhuǎn)向占空比區(qū)間內(nèi)）

• 改變轉(zhuǎn)向的 PWM 占空比：0.01~0.025，處于該占空比則停機(jī)改變方向

• PWM 輸出極性（Polarity）為低（LOW）

PWM配置示例（主頻 16M）如下圖所示：

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(fù)責(zé)智能化連接。模組已燒錄通用固件，MCU 對(duì)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(jī)驅(qū)動(dòng)功能板

數(shù)量：1

負(fù)責(zé)通過(guò)判斷接收到的 PWM 的占空比大小進(jìn)行對(duì)電機(jī)的控制。

涂鴉三明治直流供電電源板

數(shù)量：1

用標(biāo)準(zhǔn)的 Arduino 外形尺寸，您可以直接將相應(yīng)的開(kāi)發(fā)板堆疊在上方進(jìn)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(fù)責(zé)傳感數(shù)據(jù)接收和模組通訊控制。NUCLEO-G071RB 開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)板套件電源板，控制板、通訊板、功能板拼接組裝，實(shí)物效果如下圖。

軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程主要基于 Keil5 實(shí)現(xiàn) MCU 與傳感器和模組協(xié)議對(duì)接。首先調(diào)通 MCU 和模組的通訊，可以實(shí)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(tái)上開(kāi)發(fā)一個(gè)智能風(fēng)扇。

1、進(jìn)入 涂鴉智能IoT平臺(tái)。

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(kāi)發(fā)方式：自定義方案

聯(lián)網(wǎng)方式：Wi-Fi

功耗類型：標(biāo)準(zhǔn)功耗

3、根據(jù)頁(yè)面提示選擇產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)關(guān)等。您還可以對(duì)某一項(xiàng)功能進(jìn)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。

4、選擇您喜歡的面板，第一次開(kāi)始調(diào)試也可以選擇為開(kāi)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(jìn)入 硬件開(kāi)發(fā) 階段，在頁(yè)面拉到最下面，下載開(kāi)發(fā)資料。

6、硬件測(cè)試。下載到 MCU 開(kāi)發(fā)包后，使用開(kāi)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(yàn)證模組是否通訊正常，同時(shí)也可以熟悉涂鴉串口協(xié)議提高對(duì)接效率。確定通信板正常可用的，可以跳過(guò)此步驟。若調(diào)試過(guò)程中對(duì)協(xié)議收發(fā)有疑問(wèn)，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(shuō)明。

• 第 3 步：移植 MCU SDK

本章節(jié)簡(jiǎn)單介紹了移植過(guò)程和功能實(shí)現(xiàn)，將 mcu_sdk 中的文件加入工程后，編譯根據(jù)報(bào)錯(cuò)提示，進(jìn)行修改。如需查看詳細(xì)的移植調(diào)試教程，請(qǐng)參考 MCU SDK 移植。

1、如果編譯過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤 #40: expected an identifier DISABLE = 0 類似的錯(cuò)誤提示，可以包含頭文件#include "stm32f1xx.h來(lái)解決。對(duì)應(yīng)頭文件為實(shí)際芯片型號(hào)，例如，一個(gè) G071RB 的芯片可以添加為 #include "stm32g0xx.h。本教程因?yàn)闆](méi)有介紹 Wi-Fi 功能測(cè)試，所以注釋了 WIFI_TEST_ENABLE 的宏。

//#define         WIFI_TEST_ENABLE

2、完善uart_transmit_output()函數(shù)。

3、完善uart_receive_input()函數(shù)。

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)。

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。

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。

接下來(lái)便是all_data_update()函數(shù)，該函數(shù)會(huì)自動(dòng)上報(bào)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(gè)結(jié)構(gòu)體，用來(lái)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(gè)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(kāi)
    unsigned char switch_1;
    
    switch_1 = mcu_get_dp_download_bool(value,length);    if(switch_1 == 0) {        //開(kāi)關(guān)關(guān)
		gs_fan_status.OnOff = FALSE;
    }else {        //開(kāi)關(guān)開(kāi)
		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(shí)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(shí)，輸出的PWM占空比#define MIN_SPEED	10//最大速度時(shí)，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?yàn)檠菔驹O(shè)置較低#define MAX_SPEED	35//關(guān)機(jī)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(kāi)發(fā)板中輸出PWM在1%~2.5%之間改變電機(jī)轉(zhuǎn)向#define DIRECTION_CHANGE_PWM 15//睡眠模式下，風(fēng)速改變時(shí)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(jì)數(shù)值和風(fēng)速改變標(biāo)志，全局變量unsigned long fen_count = SLEEP_TIME;_Bool sleep_speed_flag = TRUE;	

啟動(dòng)后，進(jìn)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(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, (OFF_SPEED * 10));	
	//打開(kāi)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(jìn)入配網(wǎng)模式，并改變LED燈狀態(tài)進(jìn)行提示
		connect_tuya();		
		if (gs_fan_status.OnOff == TRUE) { //開(kāi)機(jī)
			//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(jìn)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(jìn)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(tái)
						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(duì)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(jī)
	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(lái)
		return;
	}	
	//判斷輸入值是否超出最大，最小值
	if (speed < MIN_SPEED) {
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, (MIN_SPEED * 10));
		last_fan_speed = MIN_SPEED;
	} else 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(jìn)入睡眠模式
		if ((sleep_speed_flag == TRUE) && (fen_count >= SLEEP_TIME)) {
			
			set_fan_speed(gs_fan_status.speed);			//計(jì)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(jì)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(biāo)轉(zhuǎn)速不一致，改變轉(zhuǎn)速
				set_fan_speed(gs_fan_status.speed);
		}
	}
}

小結(jié)

基于涂鴉智能平臺(tái)， 使用三明治開(kāi)發(fā)板，Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境您可以快速地開(kāi)發(fā)一款智能風(fēng)扇產(chǎn)品的原型。

還等什么？

更多信息

BLDC 功能板采用 FU6832s 作為主控芯片，F(xiàn)U6832 系列是一款集成電機(jī)控制引擎（ME）和 8051 內(nèi)核的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等諸多硬件模組，可硬件自動(dòng)完成電機(jī) FOC/BLDC運(yùn)算控制。8051 內(nèi)核用于參數(shù)配置和日常事務(wù)處理，雙核并行工作實(shí)現(xiàn)各種高性能電機(jī)控制。其中8051 內(nèi)核大部分指令周期為 1T 或 2T，芯片內(nèi)部集成有高速運(yùn)算放大器、比較器、Pre-driver、高速 ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多種 TIMER、PWM 等功能，內(nèi)置高壓 LDO，適用于 BLDC/PMSM 電機(jī)的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅(qū)動(dòng)控制。

FU6832 內(nèi)部具有全面保護(hù)，包括過(guò)壓保護(hù)，欠壓保護(hù)， 過(guò)流保護(hù)，F(xiàn)O保護(hù)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)，缺相保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，過(guò)功率保護(hù)，運(yùn)放偏置電壓異常保護(hù)。可根據(jù)需要選擇使能對(duì)應(yīng)的保護(hù)，再根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)。

快來(lái)做出你的創(chuàng)意叭,推薦平臺(tái)如下,親測(cè)有效:

https://auth.tuya.com/?_source=7c8653b7bd61bf9239a1a6c12e52124d