智能風扇是一款常見的智能設備，用戶可以使用手機 App 輕松控制，通過遠程控制開關、風速、場景聯動等來輕松創造出溫暖、放松、舒適的室內空間。本教程采用 Keil5 進行編程，基于涂鴉 IoT 平臺和三明治 BLDC 功能板，介紹如何快速開發一款安全性強的智能風扇的原型。

方案介紹

MCU 方案與 SoC 方案不同，傳感器和聯網模組的驅動代碼寫在 MCU 中，您可以自己開發 MCU 代碼，擁有更多的可玩性。

涂鴉三明治開發板 BLDC 套件中，BLDC 板通過 PWM 接口接收 NUCLEO-G071RB 傳過來的 PWM，BLDC 板通過接收到的 PWM 的占空比的大小對電機進行驅動。MCU 控制板通過串口 與 Wi-Fi 通信板連接，使用涂鴉智能 App 配網，可以將BLDC板的輸出參數狀態展現在手機端。MCU 型號為 STM32G071RB。

相關信息

只需簡單的外圍處理便可實現高效率的 FOC 電機驅動。FU6832 的有感啟動無感運行FOC驅動主要應用在各類低壓風機上，典型應用如落地扇、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 通信板通過右下角串口通信，為了減少對 BLDC 控制的影響，該功能板默認是只支持 PWM 控制的。

BLDC 板的采樣頻率是 12M，通過 PWM 占空比的大小來控制電機轉速的，輸入 PWM 占空比越大轉速越快。PWM 占空比越大轉速越快，本教程中預設的輸出頻率為 1000HZ。

• 開機 PWM 占空比：0.08，大于該占空比時開機

• 關機 PWM 占空比：0.06，小于該占空比關機（停機占空比不要設置為改變轉向占空比區間內）

• 改變轉向的 PWM 占空比：0.01~0.025，處于該占空比則停機改變方向

• PWM 輸出極性（Polarity）為低（LOW）

PWM配置示例（主頻 16M）如下圖所示：

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物料清單

硬件 (4)

涂鴉三明治 Wi-Fi MCU 通信板（WB3S）

數量：1

板載涂鴉 WB3S 模組，負責智能化連接。模組已燒錄通用固件，MCU 對接涂鴉串口協議，即可使用涂鴉模組、App、云一站式智能化服務。

涂鴉三明治BLDC電機驅動功能板

數量：1

負責通過判斷接收到的 PWM 的占空比大小進行對電機的控制。

涂鴉三明治直流供電電源板

數量：1

用標準的 Arduino 外形尺寸，您可以直接將相應的開發板堆疊在上方進行供電。因對BLDC功能板需要 12V，5V，3.3V 電源，使用電源板可以減少排線。

NUCLEO-G071RB

數量：1

采用 ST 官方 MCU 主控板，負責傳感數據接收和模組通訊控制。NUCLEO-G071RB 開發板支持 Arduino 接口。

• 第 1 步：硬件連接和例程環境

本次使用的涂鴉三明治開發板 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發板套件電源板，控制板、通訊板、功能板拼接組裝，實物效果如下圖。

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軟件開發過程主要基于 Keil5 實現 MCU 與傳感器和模組協議對接。首先調通 MCU 和模組的通訊，可以實現App配網，MCU 數據傳輸到App。

• 第 2 步：創建產品和工程

您可以根據以下步驟，快速在涂鴉 IoT 平臺上開發一個智能風扇。

1、進入 涂鴉智能IoT平臺。

2、參考 選品類創建產品 創建一款門磁產品。其中產品屬性如下：

開發方式：自定義方案

聯網方式：Wi-Fi

功耗類型：標準功耗

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3、根據頁面提示選擇產品的標準功能和自定義功能。例如，功能選擇為風向、風速、工作模式、開關等。您還可以對某一項功能進行編輯。例如，如果您選擇了工作模式功能，可以繼續修改模式為自然風和睡眠風兩種。

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4、選擇您喜歡的面板，第一次開始調試也可以選擇為開發調試面板，便于調試，后面也可以更換面板。

5、面板選擇完后，進入?硬件開發?階段，在頁面拉到最下面，下載開發資料。

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6、硬件測試。下載到 MCU 開發包后，使用開發包中的涂鴉模組調試助手，您可以使用助手模擬 MCU 模式，配合調試模組通訊板，驗證模組是否通訊正常，同時也可以熟悉涂鴉串口協議提高對接效率。確定通信板正常可用的，可以跳過此步驟。若調試過程中對協議收發有疑問，也可以使用此助手協助查看正確數據交互格式。 使用步驟可參考?涂鴉模組調試助手使用說明。

• 第 3 步：移植 MCU SDK

本章節簡單介紹了移植過程和功能實現，將?mcu_sdk?中的文件加入工程后，編譯根據報錯提示，進行修改。如需查看詳細的移植調試教程，請參考 MCU SDK 移植。

1、如果編譯過程中發生錯誤?#40: expected an identifier DISABLE = 0?類似的錯誤提示，可以包含頭文件#include "stm32f1xx.h來解決。對應頭文件為實際芯片型號，例如，一個 G071RB 的芯片可以添加為?#include "stm32g0xx.h。本教程因為沒有介紹 Wi-Fi 功能測試，所以注釋了?WIFI_TEST_ENABLE?的宏。

//#define?????????WIFI_TEST_ENABLE

2、完善uart_transmit_output()函數。

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3、完善uart_receive_input()函數。

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4、在MCUWIFI通信板連接的串口的中斷服務函數中添加以下代碼，注意添加頭文件或聲明您用到的函數。

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5、將wifi_uart_service()函數按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

?

6、將wifi_protocol_init()函數按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

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接下來便是all_data_update()函數，該函數會自動上報系統中所有DP信息，您不需要調用該函數。

第4 步：定義結構體

定義一個結構體，用來記錄電扇的工作狀態。

//工作模式typedef?enum?{
	nature?=?0,
	sleep
}fan_mode_t;//正反轉typedef?enum?{
	forward?=?0,
	reverse
}fan_direction_t;//電扇工作狀態結構體typedef?struct?{
	_Bool?OnOff;	fan_mode_t?e_fan_mode;	unsigned?long?speed;	fan_direction_t?e_fan_direction;
}fan_status_t;//電扇狀態結構體，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()這四個功能處理函數。
在protocol.c文件的dp_download_switch_handle()函數中：

static?unsigned?char?dp_download_switch_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length)
{????//示例:當前DP類型為BOOL
????unsigned?char?ret;????//0:關/1:開
????unsigned?char?switch_1;
????
????switch_1?=?mcu_get_dp_download_bool(value,length);????if(switch_1?==?0)?{????????//開關關
		gs_fan_status.OnOff?=?FALSE;
????}else?{????????//開關開
		gs_fan_status.OnOff?=?TRUE;
????}??
????//處理完DP數據后應有反饋
????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()函數中：

static?unsigned?char?dp_download_mode_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當前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;	//自然風模式
????????break;????????
????????case?1:
					gs_fan_status.e_fan_mode?=?sleep;	//睡眠風模式
????????break;????????
????????default:
					gs_fan_status.e_fan_mode?=?nature;????????break;
????}????
????//處理完DP數據后應有反饋
????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()函數中：

static?unsigned?char?dp_download_fan_speed_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當前DP類型為VALUE
????unsigned?char?ret;????unsigned?long?fan_speed;
????
????fan_speed?=?mcu_get_dp_download_value(value,length);????/*
????//VALUE類型數據處理
????
????*/
????gs_fan_status.speed?=?fan_speed;	//將下發的速度值給全局變量
????//處理完DP數據后應有反饋
????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()函數中：

static?unsigned?char?dp_download_fan_direction_handle(const?unsigned?char?value[],?unsigned?short?length){????//示例:當前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:		//判斷當前風向是否為正轉，當前風向若不是正轉，則改變風向，并將當前狀態給全局變量
					if(gs_fan_status.e_fan_direction?!=?forward)?{
						change_fan_direction();
						gs_fan_status.e_fan_direction?=?forward;
					}????????break;????????
????????case?1:		//判斷當前風向是否為反轉，當前風向若不是反轉，則改變風向，并將當前狀態給全局變量
					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數據后應有反饋
????ret?=?mcu_dp_enum_update(DPID_FAN_DIRECTION,?fan_direction);????if(ret?==?SUCCESS)????????return?SUCCESS;????else
????????return?ERROR;
}

第 5 步：功能實現

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，輸出的PWM占空比#define?MIN_SPEED	10//最大速度時，輸出的PWM占空比//最大速度輸出的PWM占空比應該為100(建議最大設置為99)，我這里因為演示設置較低#define?MAX_SPEED	35//關機輸出占空比#define	OFF_SPEED	5//改變風扇轉向輸出的PWM值，在BLDC開發板中輸出PWM在1%~2.5%之間改變電機轉向#define?DIRECTION_CHANGE_PWM?15//睡眠模式下，風速改變時間#define?SLEEP_TIME?700//上一次風扇速度，全局變量unsigned?long?last_fan_speed?=?0;//風速sleep模式下，改變風速計數值和風速改變標志，全局變量unsigned?long?fen_count?=?SLEEP_TIME;_Bool?sleep_speed_flag?=?TRUE;	

啟動后，進入while(1){}循環前需處理的：

void?setup(void)
{	//優先輸出頻率為1000HZ，占空比為5%，使電機處于關機狀態
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_2);	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(OFF_SPEED?*?10));	
	//打開與涂鴉三明治?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協議初始化
	wifi_protocol_init();
}

在while(1){}循環內：

while?(1)
??{		//wifi串口數據處理服務
		wifi_uart_service();		
		//進入配網模式，并改變LED燈狀態進行提示
		connect_tuya();		
		if?(gs_fan_status.OnOff?==?TRUE)?{?//開機
			//判斷工作模式
			check_mode();
		}?else?{			set_fan_speed(0);
		}
??}
```

在connect_tuya()函數中：

```objectivec//該函數主要功能為：當PC3被拉低后，進入配網模式。根據不同聯網狀態，改變LED燈狀態進行提示。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);
		}
	}	
	//獲取當前連接狀態，顯示LED提示
	switch(mcu_get_wifi_work_state())
	{				case?SMART_CONFIG_STATE:	//SMART配網模式，快閃
						HAL_GPIO_TogglePin(LED_GREEN_GPIO_Port,?LED_GREEN_Pin);						HAL_Delay(250);				break;				case?AP_STATE:	//AP配網模式，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
						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()函數中：

//該函數主要功能為：根據不同轉速，輸出對應的PWM。PWM頻率為1000HZ。void?set_fan_speed(unsigned?long?speed)
{	//輸入為0，關閉電機
	if?(speed?==?0)?{
		__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,?TIM_CHANNEL_2,?(OFF_SPEED?*?10));
		last_fan_speed?=?OFF_SPEED;?//將當前轉速，記錄下來
		return;
	}	
	//判斷輸入值是否超出最大，最小值
	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()函數中：void?check_mode(void)?
{	if?(gs_fan_status.e_fan_mode?==?sleep)?{?//進入睡眠模式
		if?((sleep_speed_flag?==?TRUE)?&&?(fen_count?>=?SLEEP_TIME))?{
			
			set_fan_speed(gs_fan_status.speed);			//計數清零，改變風速
			fen_count?=?0;
			sleep_speed_flag?=?FALSE;
		}?else?if((sleep_speed_flag?==?FALSE)?&&?(fen_count?>=?SLEEP_TIME))?{
			
			set_fan_speed(MIN_SPEED);			//計數清零，改變風速
			fen_count?=?0;
			sleep_speed_flag?=?TRUE;
		}
		
		fen_count++;
		HAL_Delay(10);
	}?else?{		if?(last_fan_speed?!=?gs_fan_status.speed)?{?//如果上一次轉速和目標轉速不一致，改變轉速
				set_fan_speed(gs_fan_status.speed);
		}
	}
}

小結

基于涂鴉智能平臺， 使用三明治開發板，Keil開發環境您可以快速地開發一款智能風扇產品的原型。

還等什么？

更多信息

BLDC 功能板采用 FU6832s 作為主控芯片，FU6832 系列是一款集成電機控制引擎（ME）和 8051 內核的高性能電機驅動專用芯片，ME 集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM 等諸多硬件模組，可硬件自動完成電機 FOC/BLDC運算控制。8051 內核用于參數配置和日常事務處理，雙核并行工作實現各種高性能電機控制。其中8051 內核大部分指令周期為 1T 或 2T，芯片內部集成有高速運算放大器、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，內置高壓 LDO，適用于 BLDC/PMSM 電機的方波、SVPWM/SPWM、FOC 驅動控制。

FU6832 內部具有全面保護，包括過壓保護，欠壓保護， 過流保護，FO保護，堵轉保護，缺相保護，過溫保護，過功率保護，運放偏置電壓異常保護。可根據需要選擇使能對應的保護，再根據實際情況微調。