Wi-Fi智能风扇设计与制作（MCU主控）

本次使用的涂鸦三明治开发板 BLDC 套件主要包含：

• BLDC 功能板
• Wi-Fi MCU 通信板
• NUCLEO-G071RB
• 涂鸦直供电源电源板

将三明治开发板套件电源板，控制板、通讯板、功能板拼接组装，实物效果如下图。

软件开发过程主要基于 Keil5 实现 MCU 与传感器和模组协议对接。首先调通 MCU 和模组的通讯，可以实现App配网，MCU 数据传输到App。

您可以根据以下步骤，快速在涂鸦 IoT 平台上开发一个智能风扇。

1. 进入 涂鸦智能IoT平台。

2. 参考 选品类创建产品 创建一款风扇产品。其中产品属性如下：

   • 开发方式：自定义方案
   • 联网方式：Wi-Fi
   • 功耗类型：标准功耗
     

3. 根据页面提示选择产品的标准功能和自定义功能。例如，功能选择为风向、风速、工作模式、开关等。

   您还可以对某一项功能进行编辑。例如，如果您选择了工作模式功能，可以继续修改模式为自然风和睡眠风两种。

   

4. 选择您喜欢的面板，第一次开始调试也可以选择为开发调试面板，便于调试，后面也可以更换面板。

5. 面板选择完后，进入 硬件开发 阶段，在页面拉到最下面，下载开发资料。

   

6. 硬件测试。

   下载到 MCU 开发包后，使用开发包中的涂鸦模组调试助手，您可以使用助手模拟 MCU 模式，配合调试模组通讯板，验证模组是否通讯正常，同时也可以熟悉涂鸦串口协议提高对接效率。确定通信板正常可用的，可以跳过此步骤。若调试过程中对协议收发有疑问，也可以使用此助手协助查看正确数据交互格式。 使用步骤可参考 涂鸦模组调试助手使用说明。

本章节简单介绍了移植过程和功能实现，将 mcu_sdk 中的文件加入工程后，编译根据报错提示，进行修改。如需查看详细的移植调试教程，请参考 MCU SDK 移植。

1. 如果编译过程中发生错误 #40: expected an identifier DISABLE = 0 类似的错误提示，可以包含头文件#include "stm32f1xx.h来解决。对应头文件为实际芯片型号，例如，一个 G071RB 的芯片可以添加为 #include "stm32g0xx.h。

   本教程因为没有介绍 Wi-Fi 功能测试，所以注释了 WIFI_TEST_ENABLE 的宏。

   //#define         WIFI_TEST_ENABLE
   

2. 完善uart_transmit_output()函数。

   

3. 完善uart_receive_input()函数。

   

4. 在MCU与WIFI通信板连接的串口的中断服务函数中添加以下代码，注意添加头文件或声明您用到的函数。

   

5. 将wifi_uart_service()函数按照#error中的提示信息处理，处理后注释掉。

   

6. 将wifi_protocol_init()函数按照#error中的提示信息处理，处理后注释掉。

   

接下来便是all_data_update()函数，该函数会自动上报系统中所有DP信息，您不需要调用该函数。

定义一个结构体，用来记录电扇的工作状态。

//工作模式
typedef enum {
	nature = 0,
	sleep
}fan_mode_t;

//正反转
typedef enum {
	forward = 0,
	reverse
}fan_direction_t;

//电扇工作状态结构体
typedef struct {
	_Bool OnOff;
	fan_mode_t e_fan_mode;
	unsigned long speed;
	fan_direction_t e_fan_direction;
}fan_status_t;

//电扇状态结构体，全局变量
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()这四个功能处理函数。
在protocol.c文件的dp_download_switch_handle()函数中：

static unsigned char dp_download_switch_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)
{
    //示例:当前DP类型为BOOL
    unsigned char ret;
    //0:关/1:开
    unsigned char switch_1;
    
    switch_1 = mcu_get_dp_download_bool(value,length);
    if(switch_1 == 0) {
        //开关关
		gs_fan_status.OnOff = FALSE;
    }else {
        //开关开
		gs_fan_status.OnOff = TRUE;
    }
  
    //处理完DP数据后应有反馈
    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()函数中：

static unsigned char dp_download_mode_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)
{
    //示例:当前DP类型为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;	//自然风模式
        break;
        
        case 1:
					gs_fan_status.e_fan_mode = sleep;	//睡眠风模式
        break;
        
        default:
					gs_fan_status.e_fan_mode = nature;
        break;
    }
    
    //处理完DP数据后应有反馈
    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()函数中：

static unsigned char dp_download_fan_speed_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)
{
    //示例:当前DP类型为VALUE
    unsigned char ret;
    unsigned long fan_speed;
    
    fan_speed = mcu_get_dp_download_value(value,length);
    /*
    //VALUE类型数据处理
    
    */
    gs_fan_status.speed = fan_speed;	//将下发的速度值给全局变量
    //处理完DP数据后应有反馈
    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()函数中：

static unsigned char dp_download_fan_direction_handle(const unsigned char value[], unsigned short length)
{
    //示例:当前DP类型为ENUM
    unsigned char ret;
    unsigned char fan_direction;
    
    fan_direction = mcu_get_dp_download_enum(value,length);
    switch(fan_direction) {
        case 0:		//判断当前风向是否为正转，当前风向若不是正转，则改变风向，并将当前状态给全局变量
					if(gs_fan_status.e_fan_direction != forward) {
						change_fan_direction();
						gs_fan_status.e_fan_direction = forward;
					}
        break;
        
        case 1:		//判断当前风向是否为反转，当前风向若不是反转，则改变风向，并将当前状态给全局变量
					if(gs_fan_status.e_fan_direction != reverse) {
						change_fan_direction();
						gs_fan_status.e_fan_direction = reverse;
					}
        break;
        
        default:
        break;
    }
    
    //处理完DP数据后应有反馈
    ret = mcu_dp_enum_update(DPID_FAN_DIRECTION, fan_direction);
    if(ret == SUCCESS)
        return SUCCESS;
    else
        return ERROR;
}

在main.c文件中，添加头文件#include "mcu_api.h"和#include “wifi.h”，定义以下宏和变量：

//最小速度时，输出的PWM占空比
#define MIN_SPEED	10

//最大速度时，输出的PWM占空比
//最大速度输出的PWM占空比应该为100(建议最大设置为99)，我这里因为演示设置较低
#define MAX_SPEED	35

//关机输出占空比
#define	OFF_SPEED	5

//改变风扇转向输出的PWM值，在BLDC开发板中输出PWM在1%~2.5%之间改变电机转向
#define DIRECTION_CHANGE_PWM 15

//睡眠模式下，风速改变时间
#define SLEEP_TIME 700

//上一次风扇速度，全局变量
unsigned long last_fan_speed = 0;

//风速sleep模式下，改变风速计数值和风速改变标志，全局变量
unsigned long fen_count = SLEEP_TIME;
_Bool sleep_speed_flag = TRUE;	

启动后，进入while(1){}循环前需处理的：

void setup(void)
{
	//优先输出频率为1000HZ，占空比为5%，使电机处于关机状态
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, (OFF_SPEED * 10));
	
	//打开与涂鸦三明治 Wi-Fi MCU 通信板（E3S）通信的UART1接收中断
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE);
	
	//完成wifi协议初始化
	wifi_protocol_init();
}

在while(1){}循环内：

while (1)
  {
		//wifi串口数据处理服务
		wifi_uart_service();
		
		//进入配网模式，并改变LED灯状态进行提示
		connect_tuya();
		
		if (gs_fan_status.OnOff == TRUE) { //开机
			//判断工作模式
			check_mode();
		} else {
			set_fan_speed(0);
		}
  }
​```

在connect_tuya()函数中：

```objectivec
//该函数主要功能为：当PC3被拉低后，进入配网模式。根据不同联网状态，改变LED灯状态进行提示。
void connect_tuya(void)
{
	//判断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);
		}
	}
	
	//获取当前连接状态，显示LED提示
	switch(mcu_get_wifi_work_state())
	{
				case SMART_CONFIG_STATE:	//SMART配网模式，快闪
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin);
						HAL_Delay(250);
				break;
				case AP_STATE:	//AP配网模式，快闪
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin);
						HAL_Delay(250);
				break;
				case WIFI_NOT_CONNECTED: //慢闪
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin);
						HAL_Delay(250);
				break;
				case WIFI_CONNECTED://常亮，连接到WIFI
				case WIFI_CONN_CLOUD://常亮，连接到WIFI和云平台
						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()函数中：

//该函数主要功能为：根据不同转速，输出对应的PWM。PWM频率为1000HZ。
void set_fan_speed(unsigned long speed)
{
	//输入为0，关闭电机
	if (speed == 0) {
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, (OFF_SPEED * 10));
		last_fan_speed = OFF_SPEED; //将当前转速，记录下来
		return;
	}
	
	//判断输入值是否超出最大，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()函数中：
void check_mode(void) 
{
	if (gs_fan_status.e_fan_mode == sleep) { //进入睡眠模式
		if ((sleep_speed_flag == TRUE) && (fen_count >= SLEEP_TIME)) {
			
			set_fan_speed(gs_fan_status.speed);
			//计数清零，改变风速
			fen_count = 0;
			sleep_speed_flag = FALSE;
		} else if((sleep_speed_flag == FALSE) && (fen_count >= SLEEP_TIME)) {
			
			set_fan_speed(MIN_SPEED);

			//计数清零，改变风速
			fen_count = 0;
			sleep_speed_flag = TRUE;
		}
		
		fen_count++;
		HAL_Delay(10);
	} else {
		if (last_fan_speed != gs_fan_status.speed) { //如果上一次转速和目标转速不一致，改变转速
				set_fan_speed(gs_fan_status.speed);
		}
	}
}