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智能风扇是一款常见的智能设备，用户可以使用手机 App 轻松控制，通过远程控制开关、风速、场景联动等来轻松创造出温暖、放松、舒适的室内空间。本教程采用 Keil5 进行编程，基于涂鸦 IoT 平台和三明治 BLDC 功能板，介绍如何快速开发一款安全性强的智能风扇的原型。
方案介绍
MCU 方案与 SoC 方案不同，传感器和联网模组的驱动代码写在 MCU 中，您可以自己开发 MCU 代码，拥有更多的可玩性。
涂鸦三明治开发板 BLDC 套件中，BLDC 板通过 PWM 接口接收 NUCLEO-G071RB 传过来的 PWM，BLDC 板通过接收到的 PWM 的占空比的大小对电机进行驱动。MCU 控制板通过串口 与 Wi-Fi 通信板连接，使用涂鸦智能 App 配网，可以将BLDC板的输出参数状态展现在手机端。MCU 型号为 STM32G071RB。
相关信息
只需简单的外围处理便可实现高效率的 FOC 电机驱动。FU6832 的有感启动无感运行FOC驱动主要应用在各类低压风机上，典型应用如落地扇、空气净化器等。
注意：虽然 BLDC 功能板支持串口，按键和PWM控制，但是 MCU 控制板和 Wi-Fi 通信板通过右下角串口通信，为了减少对 BLDC 控制的影响，该功能板默认是只支持 PWM 控制的。
BLDC 板的采样频率是 12M，通过 PWM 占空比的大小来控制电机转速的，输入 PWM 占空比越大转速越快。PWM 占空比越大转速越快，本教程中预设的输出频率为 1000HZ。
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开机 PWM 占空比：0.08，大于该占空比时开机
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关机 PWM 占空比：0.06，小于该占空比关机（停机占空比不要设置为改变转向占空比区间内）
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改变转向的 PWM 占空比：0.01~0.025，处于该占空比则停机改变方向
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PWM 输出极性（Polarity）为低（LOW）
PWM配置示例（主频 16M）如下图所示：
物料清单
硬件 (4)
涂鸦三明治 Wi-Fi MCU 通信板（WB3S）
数量：1
板载涂鸦 WB3S 模组，负责智能化连接。模组已烧录通用固件，MCU 对接涂鸦串口协议，即可使用涂鸦模组、App、云一站式智能化服务。
涂鸦三明治BLDC电机驱动功能板
数量：1
负责通过判断接收到的 PWM 的占空比大小进行对电机的控制。
数量：1
用标准的 Arduino 外形尺寸，您可以直接将相应的开发板堆叠在上方进行供电。因对BLDC功能板需要 12V，5V，3.3V 电源，使用电源板可以减少排线。
NUCLEO-G071RB
数量：1
采用 ST 官方 MCU 主控板，负责传感数据接收和模组通讯控制。NUCLEO-G071RB 开发板支持 Arduino 接口。
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第 1 步：硬件连接和例程环境
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。
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第 2 步：创建产品和工程
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 创建一款门磁产品。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。
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第 3 步：移植 MCU SDK
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MCUWIFI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。
第4 步：定义结构体
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;
}
第 5 步：功能实现
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);
}
}
}
小结
基于涂鸦智能平台， 使用三明治开发板，Keil开发环境您可以快速地开发一款智能风扇产品的原型。
还等什么？
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更多信息
BLDC 功能板采用 FU6832s 作为主控芯片，FU6832 系列是一款集成电机控制引擎（ME）和 8051 内核的高性能电机驱动专用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等诸多硬件模组，可硬件自动完成电机 FOC/BLDC运算控制。8051 内核用于参数配置和日常事务处理，双核并行工作实现各种高性能电机控制。其中8051 内核大部分指令周期为 1T 或 2T，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速 ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多种 TIMER、PWM 等功能，内置高压 LDO，适用于 BLDC/PMSM 电机的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驱动控制。
FU6832 内部具有全面保护，包括过压保护，欠压保护， 过流保护，FO保护，堵转保护，缺相保护，过温保护，过功率保护，运放偏置电压异常保护。可根据需要选择使能对应的保护，再根据实际情况微调。
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