{index}

О чем наш курс

Мы специально составили этот курс, чтобы вы могли освоить основные ключевые моменты приборостроения с пользой для себя. Все приборы, которые мы предлагаем на этом курсе, имеют современную начинку, полезные в жизни, их можно смело кому-то подарить или пользоваться ими в свое удовольствие.

Если рассмотреть некий гипотетический прибор, то он обязательно будет иметь следующие компоненты:

• схема питания

• микроконтроллер

• кнопки

• пищалки

• корпус

• он будет чем-то управлять

• он будет общаться по широкораспространенным протоколам — UART, SPI, 1-wire

• различные выключатели

• индикатор или экран

Основная идея данного курса заключается в том, чтобы вы делая приборы, которые подробно описаны, в определенном порядке постигали все эти компоненты на практике. Предполагается, что у вас никакого специального оборудования, только паяльник. И вот тут, вы начинаете погружение в интереснейший мир приборостроения.

Краткий обзор курса

Самый первый прибор — это USB\UART преобразователь. В нем даже нет никакого микроконтроллера. Одна микросхема, несколько резисторов и конденсаторов. Минимальная комплектация. Но это уже вещь, которую вы сделали сами. Основная цель — поверить в свои силы, а также сделать полезный и нужный в дальнейшем прибор. Основной элемент любого прибора - это печатная плата. Именно на этом простом устройстве, мы будем учиться ее проектировать в специальной программе Kicad. Описание прибора содержит видео по трассировке платы, которое вам поможет. Также, вы научитесь делать самостоятельно печатные платы отличного качества. Ну и конечно паять smd компоненты.

Следующий прибор — ST-link v2. Это отладчик-программатор микроконтроллеров компании ST. Он нам будет необходим для программирования микроконтроллеров в следующих приборах. В нем используется микроконтроллер STM32 с очень маленьким шагом ножек — 0.5мм. Вот тут вам и надо будет научиться его паять. Также плата уже сложнее первого прибора, на помощь придет очень мощный автоматический трассировщик плат — Topor. А чтобы запрограммировать мироконтроллер, как раз будет нужен USB UART адаптер, который мы сделали ранее.

Пора делать что-то полезное. Наш следующий прибор — Велокомпьютер. Очень интересная вещь, и если он вам не нужен - сделайте, настройте его и подарите кому-то. Любой будет рад такому подарку. Для компактности, и простоты изготовления, мы уберем экран и будем использовать Bluetooth модуль для передачи данных на телефон. В итоге прибор практически не содержит проводов — на коротком проводе крепится датчик каденса. Сам прибор внутри содержит геркон для измерения скорости. Делая велокомпьютер, вы сразу освоите очень много знаний: как заряжать и использовать LiIon аккумуляторы, как работает пищалка, как программировать STM8, как бороться за энергоэфективность — спящий режим и энергопотребление в нем, как передавать данные по UART через bluetooth. С точки зрения программирования у вас тоже много открытий: убираем дребезг контактов, работаем с прерываниями, пищим с разной частотой, работает с EEPROM, спящий режим. Это ваш первый прибор в корпусе, вы посмотрите как надо размещать компоненты, усвоите урок — все кнопки и выключатели должны быть на плате, припаяете свой первый micro usb разъем.

Для того, чтобы разобраться с запуском различных событий по времени, и различными механизмами обработки кнопок, делаем Кухонный таймер. Простой прибор, но очень полезный для обучения. Обработка кнопок - одиночное, двойное и долгое нажатие. Работа со звуком. Замеры времени. Сложная многоуровневая программа, которую тебе придется написать самому. Покажи, чему ты научился. Также, ты научишся делать простые корпуса из подручных материалов.

Чтобы паять микроконтроллеры и другие микросхемы, важно иметь термостанцию — специальный прибор, контролирующий температуру жала паяльника. Вот его мы и будет делать следующим. Температуру пальника будем измерять с помощью термопары. Термопара выдает на каждый градус очень маленькое напряжение 40 милли вольт, будем использовать специальный высокоточный сигма-дельта ADC (вольтметр). Начинаем работу с датчиками, протокол I2C, изучим его работу. Для вывода температуры используем светодиодный индикатор 3 цифры. Вам надо будет освоить, что такое динамиечская индикация. Паяльная станция - очень сложный прибор, не простая программа. Работа с кнопками, режимы защиты. Очень важная тема — управление нагрузкой 220 вольт в шим режиме. Прибор будет управлять обычным паяльником на 220 вольт или термофеном. Термостанция будет универсальная и уникальная в своем роде. Она может управлять паяльников на 36В или на 220В, а также управлять термофеном, с контролем температуры на месте пайки! В этом приборе освоим очень важный в микроконтроллерах PID регулятор.

GPS логгер - очень нужная вещь, особенно если вы ходите в походы. Этот прибор постоянно фиксирует в памяти GPS координаты. Сколько километров вы прошли, на какую высоту забрались, сколько длился поход, где были стоянки. Все это он помнит. В качестве GPS модуля возьмем самый маленький, высокочувствительный SIM68M GPS\GLONASS приемник. Вы научитесь разводить трассы подключения антенны на плате. Модуль имеет специальный режим Always Connect, который позволяет экономить энергию, в итоге устройство может работать на одном аккумуляторе больше 20 часов. Для хранения данных будем использовать микросхему флэш памяти на 1мбайт. Это хватит на 60 тыс. точек с полной инфорамцией — высота, координаты, скорость. Вы научитесь настраивать GPS модуль, работать с внешней памятью, принимать данные по bluetotth на компьтере и формировать из них файл. Работать с координатами, измерять расстояния между точками. Как правильно инициализировать модуль, холодный старт — все здесь. Также данный модуль можно использовать для измерения скорости радиоуправляемых моделей — максимальной, средней и других. МК выберем специально с большой флеш памятью 32 Кбайта для возможности дописать функционал.

Чтобы поизучать радиоуправление, соберем домашнюю метеостанцию с выносным радиодатчиком. Изучим как работать с радио трансивером. Поработаем с протоколом SPI. Изучим как работать с LCD экранами.

Работа с GSM сетями одна из важных областей электроники. Для любого прибора возможно передать данные по интернет, послать SMS — очень нужные функции. В качестве модуля GSM используем NEOWAY M660. Очень хороший модуль с высокой чувствительностью. В качестве процессора возмозьмем NUVOTON Cortex M0, среда программирования KEIL. Будем делать GSM логгер информации с датчиков, а также термореле — управление котлом на даче по GSM, или возможность по SMS выключать питание — применений масса. Подробно рассмотрим как отправлять SMS, определять номер звонящего, отправлять данные на FTP, по EMAIL.

Если вы сделали все эти приборы, прочитали и освоили всю связанную с ними теорию, то вы уже очень много умеете и знаете. Можно дальше самостоятельно развиваться и расти. Не охваченных тем еще очень много.

Оставайтесь с нами и дальше, будем вместе делать современные, полезные устройства. Дальше, мы расскажем как сделать квадракоптер, займемся робототехникой, освоим работу с видео, фото сенсорами, SDRAM памятью, сделаем осцилограф и много других полезных приборов.

Теперь вы можете начать делать приборы. В нашем, магазине вы можете купить все необходимое - от паяльника, до резистора.

{autotoc}

Зачем нужен USB UART адаптер

Как следует из названия данный прибор организует мост между компьютером через USB порт и вашим устройством по Serial протоколу. Можно сказать что он является USB COM портом для логики TTL (уровни 1.8v-5v).

С помощью данного прибор можно программировать различные микроконтроллеры, получать информацию на компьютер со прибора по serial порту. Кроме этого применений ему масса:

• управление устройством

• отладка программы

• передача небольших объёмов данных

• прошивка различных приборов —разработчики часто делают выход serial для возможности перепрошивки своего устройства

• прошивка микроконтроллеров — многие микроконтроллеры имеют Bootloader (специальная программа для загрузки прошивки по serial) загруженный на заводе, и для загрузки прошивки не нужен специальный программатор — достаточно данного устройства.

Нам он будет необходим в первую очередь для прошивки ST-Link. Ну и собственно так как тут нечего программировать — прибор состоит из одной микросхемы — то на этом приборе мы поучимся паять и работать в Kicad. В этой статье подробно рассмотрим как трассировать печатную плату вручную.

Как сделать USB UART адаптер

1. Прочитать эту статью внимательно и до конца!

2. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки

3. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.

4. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.

5. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

6. Приобрести все необходимые комплектующие в виде готового радиоконструктора можно в нашем магазине.

{product id=26}

7. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.

ПРИБОР ГОТОВ, можно пользоваться!

Как работает USB UART адаптер

Для реализации данного моста обычно используется специализированная микросхема, которая с одной стороны имеет usb выход, а с другой — serial выход. Обычно эти микросхемы имеют драйвера для Windows \ Linux и определяются системой как COM — порт. Дальше используется специальная программа для работы через COM порт. Это может быть и программа прошивки микроконтроллера или программа для получения данных от прибора и т. д.

Выбираем микросхему для прибора

По сути данное устройство будет состоять из разъемов, микросхемы и минимальной ее обвязки. Так что, у нас не будет никакого функционального ТЗ в данном случае. Основной критерий по которому мы будем выбирать микросхему — удобство пайки, цена.

Итак, самые распространённые микросхемы для данного девайса:

• cp2102 (cp2103) — дешевая отличная микросхема, но имеет корпус QFN28 — то есть безвыводный корпус — паять такую в самом начале пути не очень легко — поэтому мы ее не будем использовать

• pl2303 — отличная микросхемы фирмы Prolific — существует очень много вариантов этой микросхемы (в том числе китайские подделки). У нее корпус TSOP28 — отлично подходит для пайки. И старые модификации стоят недорого и отлично работают. Мы будем использовать ее — модификацiия pl2303TA — самый недорогой вариант. Есть модификация Rev. D которая не требует внешний кварц — но она стоит в 2 раза дороже.

• CH340 — китайский вариант (оригинал) моста — микросхема хорошая — но ее трудно купить где-либо кроме как в Китае.

• FT232R — микросхема от FTDI — отлично подходит и работает — но стоит почти в 2 раза дороже. Ее плюс также в том что не требуется внешний кварц.

Несколько слов о том как подобрать микросхему для своего проекта. Есть очень простой путь. Сначала необходимо найти одну микросхему которая подходит под данную задачу. Набираем в интернете — USB — serial chip и сразу находим — FT232R. Отлично. Далее идет на сайт крупного поставщика микросхем — например — mouser.com. Там в поиске набираем — FT232R. И в разделе интегральных схем видим нашу микросхему.

Самое главное для нас здесь — ЭТО КАТЕГОРИЯ в которую входит микросхема. Здесь это «ИС интерфейс USB». Также смотрим тип «Bridge, USB to UART». Идем в эту категорию и смотрим какие бывают микросхемы. Далее проверяем по datasheets подходит ли она нам.

 

Итак, наш выбор PL2303TA.

Составляем схему на базе PL2303

Любая схема должна начинаться с чтения Datasheet. Производитель микросхем очень заинтересован в том, чтобы купили именно его чип. В документации он обычно максимально подробно разбираем как пользоваться микросхемой, прикладывает схемы и пишет тонкости и особенности реализации прибора на этом чипе. Посмотрим что советует нам производитель (из документации на чип pl2303HXD):

тут приведена полная схема с трансивером (преобразователь уровня до 9v) для получения полного COM порта. Нам эта часть не нужна. Также схема не содержит кварца, а нам он необходим. Дополнительно можно отметить, что еще не хватает светодидов для сигнализации процесса обмена данными. В итоге поискав различные варианты схемы на данной микросхеме (pl2303 schematic) нашли самую простую схему со светодиодами и кварцев — ее и возьмем.

По сути на этой схеме сокращена обвязка USB порта (убраны высокочастотные фильтры L1 L2), убран трансивер. В остальном схема совпадает. Мы же дополнительно ещё добавим разводку всех сигнальных выводов DTR и т. д. - они могут быть полезны. Также следует отметить, что на вывод согласования уровней в нашей версии чипа нельзя подавать 5v, поэтому на разъеме уберем подальше этот вывод. Сам вывод для согласования уровней оставим — вдруг необходимо будет пользоваться UART на 1.8v. Таким образом, по умолчанию у нас будет стоять джампер соединяющий вывод 4 и 3.3v и на выходе всех сигналов UART у нас будет 3.3v. Данного напряжения уверенно хватает для определения логической 1 в 5v схеме, согласно datasheet все сигнальные ножки толерантны 5v ( то есть на них можно подавать 5v смело). Так что при таком подключении схема будет работать с напряжением от 3.3в до 5в. Дополнительно оставим выводы 5v и 3.3v для питания например прошиваемого контроллера. Имейте ввиду, что без внешнего EEPROM usb порт будет отдавать только 100ma! Соответственно питать что-то существенное не получится.

С точки зрения чертежа схемы в Kicad никих особенностей нет. Проще не чертить соединения проводами, а использовать метки, тем более это будет удобно в дальнейшем при трассировке платы. В итоге получается такая схема (проект в Kicad можно скачать в конце статьи):

Разрабатываем плату в Kicad

Разрабатывая схему, можно сразу прикинуть в какой последовательности будут идти вывода на разъеме. Чтобы было проще лучше чтобы порядок соответствовал выводам на самом чипе. Но в принципе это не столь важно и можно впоследствии быстро переделать.

Прежде чем разрабатывать плату необходимо определится какие у нас будут использоваться разъемы и определить посадочные места. Мы будем делать плату переходник которая втыкается в usb порт и на конце имеет угловые разъемы PIN 2.54mm — это самый распространяенный формат. На конечный разъем мы выведем только наиболее нужные выводы — остальное просто разведем на плате и оставим как дырки на будущее. Основные выводы: RX, TX, 5V, 3.3v, DTR (часто используется как reset схемы микроконтроллера при прошивке). Остальные выводы разведем в самом конце.

Итак, начинаем трассировку платы. В схеме формируем список цепей — Инструменты — сформировать список цепей. Переключаемся в плату и по кнопке Инструменты-Список Цепей — прочитать текущий список цепей. Загружаем все посадочные места в плату. Далее размещаем все посадочные места в авторежиме. Получаем такой набор компонентов.

На данном этапе лучше скрыть лишнюю информацию. Убираем отображение слоев Связи, Скрытый текст, Значения, Обозначения.

Далее начинаем располагаем на будущей плате основные компоненты — разъемы и чип. Так чтобы выводы чипа располагались согласно подключению разъемов. Особенно важно в этом случае чтобы выводы подключения USB были напротив разъема. Наводим мышку на нужный компонент — жмем M — и переносим его чуть ниже на пустое место — формируем будущую плату. Так как плата у нас двух стороняя — то надо сразу определить нужную сторону компонент. Самый просто вариант — все DIP элементы (под которые надо сверлить сквозные отверстия) располагаем с обратной стороны, а все smd элементы с основной стороны — так проще будет подводить дорожки. Для смены стороны используем кнопку F. Так как Kicad умеет подсвечивать связи при переносе элемента, то очень удобно все резисторы связанные с разъемами размещать сразу. Это позволит быстро увидеть связи при переносе микросхемы. Итак, размещаем USB разъем, потом резисторы с ним связанные на сигнальных линиях и потом разъем на другом краю платы:

дальше размещаем чип — так чтобы было как можно меньше пересечений.

Далее размещаем кварц (тоже с обратной стороны — он у нас выводной). Он должен быть как можно ближе к выводам чипа.

После этого размещаем кондецаторы по цепям питания — они должны быть как можно ближе к выводам питания.

После этого соединяем дорожками обязательные выводы — это usb сигнальные — кварц, кондецаторы по питанию. Прикидываем линии питания. Если что-то не удобно — то компоненты двигаем — переносим.

Например кондецатор C3 удобнее перенести вниз чтобы не делать переходное отверстие. Конечно это не очень хорошо — но в данном случае дорожка будет очень небольшая.

После размещения основных элементов размещаем оставшиеся — ориентируясь на подсказки по связям и стараясь не пересекать дорожки.

Теперь осталось разобраться с разъемами и линиями питания — их можно провести по второму слою. В итоге видно, что довольно сложно получается развести светодиоды и подтягивающие резисторы. Они перекрывают остальные выводы. Поэтому проще их перенести на другую сторону — она как раз будет лицевой, и туда же провести линию vddio.

Осталось выводы на разъеме расположить в порядке следования выходов чипа. И финально все соединить. На этом этапе плату можно сделать более компактной. Финальный вариант который получился. Можно сделать еще лучше .. но вариант удовлетворительный.

Финально остается задать диаметры переходных отверстий и толщину дорожек — лучше сделать 0.3мм. Выровнять линии и добавить земляные полигоны. Начертить границы платы.

Как пользоваться USB UART конвертером

Для пользования данных приборов в Windows необходимо установить драйвера. Свежие драйвера можно взять на сайте производителя. Если они не подходят, то можно установить более старые драйвера 1.15 — который можно найти в интернет.

После установки драйверов устройство должно определиться как COM порт.

Для Windows самая лучшая программа для работы с COM портом — это Terminal 1.9b (приложена к статье)

Для тестирования нашего устройства необходимо проводами соединить выходы TX — RX. В этом случае мы получим режим эхо — все что будет передано в порт должно тут же возвращаться назад. Скорость при это может быть любая.

Работать с программой очень просто — выбираем порт — можно автоматически по кнопке ReScan или вручную. Задаем скорость и параметры порта. Далее в окне видим все что пришло по терминалу, а в строке SEND можно передать любую информацию. Чтобы передать спецсимволы необходимо использовать запись виды «$1a» в шестнадцетиричном формате.

Для linux устройство должно определится само (драйвера входят в ядро). Неплохая программа — minicom.

Для понимая остальных сигналов данного устройства — DTR, DSR и другие — вот тут есть очень хорошая статья.

Как собирать прибор

Собираем прибор по общим правилам описанным в нашей статье.

Для более быстрой сборки, вы можете приобрести полный набор для пайки, радиоконструтор USB UART адаптер в нашем магазине.

Самостоятельная работа

Попробуйте осуществить трассировку самостоятельно не подглядывая в данную статью.

 

{autotoc}

Зачем нужен ST-Link v2

ST-Link/V2 специальное устройство разработанное компанией ST для отладки и программирования микроконтроллеров серии STM8 и STM32. Про сам прибор можно прочитать на сайте компании ST.

Основные его возможности:

• Выход 5В для питания устройства

• USB 2.0 высокоскоростной интерфейс

• SWIM, JTAG/serial wire debugging (SWD) интерфейсы

• SWIM поддержка низкоскоростного и высокоскоростного режимов

• SWD and serial wire viewer (SWV)

• Возможность Обновление прошивки

Так как микроконтроллеры STM32 построены на ядре ARM Cortex, которое имеет интерфейс отладки SWD, то ST-Link позволяет программировать и отлаживать и другие 32-битные микроконтроллеры на базе ARM-Cortex.

Это, можно сказать, единственный программатор микроконтроллеров STM8. Для программирования STM32 существуют и другие универсальные программаторы.

Где можно купить программатор STM8 STM32 ST-Link

На текущий момент интерес к микроконтроллерам ST очень большой. Поэтому программатор ST link довольно широко распространен на рынке. Существует несколько версий, отличающихся по цене.

Оригинальный ST Link от компании ST, как всегда, самый дорогой вариант. Стоит больше 2 000 руб.

Мини ST link (очень похож на наш вариант этого программатора) стоит около 600 руб. Купить его можно у крупных поставщиков электроники - Компэл, Терра электроника и другие.

Ali express (Китай) - тут предлагается большое количество самых простых вариантов Программатора, но в общем, они все рабочие, ими вполе можно пользоваться. Как правило они годятся для программирования STM8 и STM32. Единственное, они не имеют SWO выхода, но он нужен не так часто. Пожалуй, единственный минус тут, это ожидание покупки. Стоимость около 150-200 руб.

Если вам не нужен программатор STM8, а нужна только серия STM32, то хорошим вариантом будут платы Discovery от ST, они имеют на бору и программатор ST link. Однако, как правило, разъем для программирования STM8 там не разведен.

Ну и конечно, можно просто купить детали и сделать данное устройство самостоятельно. В основе лежит не самый дешевый микроконтроллер STM32, да и купить детали дешево не так просто, так что, стоимость будет от 300 до 400 рублей. В данной статье мы будем рассказывать, как собрать данный прибор самостоятельно из набора необходимых SMD компонент. Конечно же мы рекомендуем пойти этим путем. Только так вы сможете научится трассировке плат, их изготовлению и паянию.

{product id=30}

Как изготовить программатор ST-LINK V2

1. Прочитать эту статью внимательно и до конца!

2. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки, USB UART адаптер (будет нужен для программирования МК)

3. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.

4. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.

5. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

6. Приобрести все необходимые комплектующие можно в нашем магазине за 300 руб.

7. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.

ПРИБОР ГОТОВ, можно пользоваться!

Поиск схемы для ST Link программатора, отладчика

Сама компания ST не дает нам схему данного прибора, однако есть схемы ее ознакомительных плат серии DISCOVERY, в которых приводится и схема отладчика. Например документ UM0919. Но она не полная, там присутсвует только SWD интерфейс. В основе микроконтроллер STM32F103C8T6.

Вторая схема, которая есть в документе UM1670, содержит выводы SWIM выходов, но это уже версия V2.2 на другом микроконтролере STM32F103CBT6.

Также в интернет удалось найти схему ST-LINK v2, восстановленную по оригинальному прибору:

Вот из этих трех схем нам надо разработать схему для нашего устройства. Но сначала давайте составим основные требования к прибору, который мы будем делать.

Требования к нашему ST-LINK

Мы будем делать приборы на базе STM8, а также STM32, процессоров NUVOTON Cortex-M0, ATMEL. Все они будут питаться от 3.3В или 5В. Так что, нам не нужна возможность работать с микроконтроллерами на напряжении 1.8В. Но сама возможность программировать STM8 нужна обязательно.

Мы делаем прибор для своих задач, поэтому у нас нет необходимости в стандартных разъемах SWIM и JTAG. Будет делать такой разъем, который удобнее для трассировки платы.

Версия 2.2 на микроконтролере STM32F103CBT6 добавляет второе USB устройство — COM порт UART, но он уже у нас есть, так что, нет смысла переплачивать, микроконтроллер там дороже. Правда у него есть хорошая возможность - прошивка через интерфейс DFU, то есть микроконтроллер видится как флешка при подключении по USB, и прошивку просто надо скопировать на диск. Но прошить надо будет один раз, и для этого у нас есть USB UART адаптер, прошивать первый раз будет через него. Дальнейшее обновление прошивки идет уже через программу от ST по USB. Мы будем делать версию 2.0 на базе STM32F103C8T6.

Оригинальная версия ST-Link содержит микросхему преобразования уровней, что удобно для отладки и прошивки готового устройства, и необходимо для работы с напряжением ниже 3.3В. У нас таких не будет, а для работы с 5В и 3.3В — преобразование уровней не нужно.

Прибор будем делать в формате USB dongle, соответсвенно будет использоваться разъем USB-A male.

На защите выходов можно сэкономить, так что не будем использовать защитные диоды. Достаточно будет сопротивлений на всех выходах разъемов на случай, если вдруг мы их подключим на 5В или землю. Надо обязательно иметь в виду, что пользоваться данным прибором надо аккуратно! Все выходы при подключении проверять несколько раз! Выход 3.3В больше защищен, он идет через регулятор напряжения, защищающий от КЗ. Так что, лучше питать тестовые схемы от него!

Теперь можно составить финальную схему нашего ST-Link.

В интернет предложено много готовых плат и схем данного прибора, но в целях обучения мы специально строим схему и делаем плату сами, основываясь на DATASHEET, выложенных проиводителем. Если вы копируете схему с какого либо другого сайта вы должны в ней разобраться, что и как там сделано, почему выкинули или добавили какие-то элементы.

Финальная схема

Саму схему вы можете посмотреть в файлах данного прибора. Здесь же приведем ее для комментирования основных узлов.

Основная часть:

Питание и разъемы:

Небольшие комментарии.

В качестве регулятора питания на 3.3в используем NCP603 — очень хороший LDO, выдает ток до 300ма с падением 300mv и точностью +-3%. Светодиоды индикации - обычные smd светодиоды двух цветов. Для программирования по UART необходимо вывод BOOT0 соединить с +3В, для этого выведем его на разъем. Также необходимо вывести сам UART — ножки RX TX. Все остальные выводы без защиты выведем на разъем. Пользуюсь этим программатором уже больше года, и кз были и помехи — ничего не сгорело ни разу.

В некоторых схемах ставится самовостанавливающийся предохранитель на питание от USB для защиты самого порта. Современные компьютеры имеют защиту на портах USB, в том числе предохранители и токовые ограничивающие ключи, так что он не нужен. Но лучше конечно не проверять это, и не ошибаться! Напряжение 3.3в идет с нашего LDO, который имеет защиту от КЗ и от перегрева, и не выдает больше 600ма, там тоже защищать нечего.

Очень удобно подключать STM8 для программирования с помощью ST-Link, нужно всего 3 провода - питание, земля и SWIM выход. Это так же удобно при разводке плат, можно разводить только SWIM выход, землю и питание всегда можно найти на плате.

Трассировка платы в Kicad с помощью автотрассировщика Topor

В приборе USB UART адаптер мы уже тренировались трассировать плату в Kicad вручную. Данный прибор чуть сложнее. На нем можно поучиться разводить плату в автотрассировщике TOPOR. Весь процесс лучше просмотреть на видео в конце статьи, здесь будут лишь небольшие комментарии к видео.

Подготовка платы к автотрассировке

Для того, чтобы работать с Topor, надо сначала подготовить плату в Kicad. Необходимо определить границы платы, импортировать все компоненты и предварительно их расположить. У нас нет требований к разъемам, поэтому на первом этапе лучше сам разъем удалить с платы. Так как каждый вывод разъема соединен через резистор, то резисторы и будут ориентиром выводов разъема. Также для расстановки компонент можно удалить все конденсаторы питания, кварцы, микросхемы питания (их лучше располагать на обратной стороне — там обычно много места) — это все можно расставить потом.

Теперь необходимо определить сторону кажого копонента. И примерно расположить их как необходимо, разъемы расположить у края. И на этом этапе можно все это перебросить в Topor и там продолжить размещение копонентов. USB разъем, светодиоды сразу располагаем на обратной стороне, все остальное на лицевой.

Размещение компонентов с помощью Topor

Теперь переносим это все в Topor и продолжаем там. Чем хорош Topor? Тем, что каждый раз, подвигав компоненты, можно перепроложить все трассы автоматически и посмотреть стало лучше или хуже. Также Topor умеет переворачивать простые компоненты — резисторы, конденсаторы. Нам важно понять как удобнее расположить выводы разъемов, и основные компоненты.

Покрутив и подвигав компоненты в Topor мы пришли к такому расположению:

Теперь необходимо этот результат перекинуть в Kicad обратно и добавить остальные компоненты. Перед финальной трассировкой необходимо:

• расположить микросхемы питания

• развести вручную цепи питания

• распложить и подключить кварц, и конденсаторы питания

• переопределить выводы разъема на схеме.

Автотрассировка

Перебрасываем нашу полутрассировку в Topor.

Необходимо сразу установить правила трассировки — ширину зазоров, дорожек, размеры переходных отверстий. При первом импорте из Kicad надо выделить все компоненты и зафиксировать их, чтобы можно было легко удалить кнопкой del и заново перепроложить трассировку, оставляя наш полуручной вариант. В параметрах автотрассировки обязательно необходимо установить галку «Использовать имеющуюся разводку в качестве начального варианта», иначе наши ручные трассы будут перепроложены (Сам процесс работы в Topor смотри на видео).

После автотрассировки перебрасываем все обратно и доводим до финального варианта — добавляем земляные полигоны, выравниваем где необходимо дорожки. Плата готова.

Финальный вариант платы

Лицевая сторона

Обратная сторона

 

Прошивка ST Link, установка драйверов

Плата готова, делаем ее методом холодного переноса тонера ацетоном (или любым другим), травим, собираем прибор. Перед первым включением, обязательно проверьте любым мультиметром, что между 5В и GND сопртивления нет (бесконечно велико) — это будет гарантировать, что нет короткого замыкания. Также надо проверить сопротивление между 3.3В и GND.

Для работы с нашим устройством необходимо установить драйвера, прошить его первый раз по UART стартовой прошивкой и потом обновить прошивку до последней версии специальной программой от ST.

Все микроконтроллеры STM32 имеют bootloader и прошиваются по UART. Для прошивки необходимо:

• скачать с сайта ST программу «STM32 Flash loader demonstrator» по ссылке (необходимо зарегистрироваться у них на сайте).

• установить ее, все как обычно — далее далее далее — готово.

• подключить наш ST link для программирования временными проводками:

  • Соединяем выводы программирования PROG_RX и PROG_TX (см. схему в Kickad на github) и USB/UART модуль — наш RX на TX модуля, наш TX на RX модуля.

  • В USB ST Link не включаем, подключаем 5В с UART модуля и GND на любой наш разъем (например на разъеме SWIM есть 5В и GND) — то есть запитаем от нашего модуля (если у вас свой модуль без питания, то можно сразу подключить ST-Link в USB разъем, тогда надо будет только соединить TX и RX, только не забудьте на вашем модуле необходимо выбрать 3.3в)

  • Подключем BOOT0 на выход 3.3В (можно просто держать проводок при подключении питания) — это необходимо для перехода в bootloader

• включаем USB/UART модуль в компьютер, указываем в программе Flash Loader наш COM порт, жмем далее — программа должна найти наш микроконтроллер, далее, выбираем download и загружаем прошивку STLinkV2.J16.S4.bin, выложенную на github прибора. Вот такие это выглядит в картинках:

  Тут выбираем 64К.

  

  а тут ставим переключатель на download и выбираем файл прошивки (маска файлов на *.bin)

  

Теперь у нас есть ST LINK, но со старой прошивкой. Убираем все провода. Скачиваем с сайта ST программу обновления прошивки STSW-LINK007 и драйвера STSW-LINK009 для windows. Вставляем новоиспеченный ST-Link в USB порт компьютера, и запускаем программу обновления прошивки, в ней жмем CONNECT и потом обновить прошивку до последней версии. Прибор ГОТОВ! Теперь у вас есть программатор-отладчик и можно перейти к программированию.

Готовое устройство

Самостоятельная работа

Потренируйтесь разводить плату. Сделайте это вручную, с помощью программы Topor и без. Вы должны уметь быстро делать любую несложную плату.

 

{autotoc}

Прежде чем начать

Прежде чем читать эту статью, рекомендуем вам ознакомится со следующей теорией:

• Обязательная теория

• Микроконтроллеры

• ST Visual develop IDE - среда для программирования STM8

Что такое и зачем нужен велокомпьютер

Велокомпьютер (англ. Cyclocomputer; в просторечии — Велосчётчик) — электронное устройство для измерения скорости и пробега велосипеда, а также дополнительных параметров, таких как средняя скорость, время в пути, максимальная скорость, пульс, передача (на многоскоростных велосипедах), текущее время, температура, давление, каденс (частота вращения педалей) и другие.

Учёт каких параметров может вести велокомпьютер:

• скорость и её производные (средняя скорость, максимальная, основная скорость движения и т. д.)

• пройденное расстояние

• время в пути — активное (то есть когда именно ехали), все время поездки (с учётом перерывов)

• пульс — средний, максимальный и т. д.

• Потраченные калории за поездку

• Частота вращения педалей - оптимальная или нет

Основные компоненты

• Основной блок (компьютер) — мозг всей системы

• Датчики скорости — в основном крепится на колесо

• Датчик каденса — крепится на педали

• Датчик пульса — одевается на руку или крепится на теле

Анализ рынка, какой будет наш прибор

Прежде чем делать прибор изучим немного рынок, что продаётся и примерно почём. Все модели можно поделить на 3 категории:

• дешевые модели — один проводной датчик, небольшой размер, жк экранчик, работа от батареек около 1года. Функции очень простые — средняя скорость, текущая скорость, часы, пробег. Цена — около 800 руб.

• средние модели — два датчика, проводные или беспроводные, жк экран, работа от батареек. Функции — каденс, скорость, средняя скорость, пробег, часы, автоматический старт и стоп. Цена — около 1500 руб.

• дорогие модели — наличие bluetooth, два датчика, плюс возможность подключения различных датчиков (сила нажима на педали, пульс, скорость насыщения организма кислородом и другие). Функции — каденс, калории, скорость, пробег, и в зависимости от датчиков — около 5000 руб.

Будем ориентироваться на средний или даже дорогой сегмент по функциям, а по цене не дороже дешёвых моделей — дешевле 700 руб. Так как мы сами будем паять прибор, то будет проще, если мы исключим экран (это прибор для новичков, и начинать сразу работать с дисплеем — это плохое начало) и заменим его на bluetooth модуль. От этого мы только выиграем. Это даст нам возможность не только выводить любую информацию, но и программировать прибор с телефона по bluetooth. Также это сильно снизит габариты прибора. Добавим возможность вести историю поездок, и звуковой контроль каденса — это очень полезная функция, позволяет не перегружать суставы на многоскоростных велосипедах. Также в случае, например, тренировки на скорость — добавим звуковой контроль минимальной скорости. Ну и естественно, так как у нас большой экран смартфона, то будем выводить всю возможную статистику. Средняя скорость - не очень информативный показатель, если мы делаем частые остановки. Гораздо интереснее знать скорость, с которой мы ехали большую часть времени. Обязательно будем считать калории, и только в тот момент, когда мы крутим педали. Часы есть на телефоне, и нам не нужны. А вот возможность автоматически определять поездки и фиксировать по ним информацию — очень.

В итоге, мы должны получить велокомпьютер, который всегда находится на велосипеде, всегда готов к работе. Аккумулятора должно хватать на очень долго. Сели на велосипед и поехали, он сам понял, что началась новая поездка и начал запись. В любой времени остановились (или на ходу) посмотрели параметры текущей поездки, сравнили с прошлыми поездками, задали параметры контроля — и поехали дальше. В случае нарушения контролируемых параметров - он просигналит. Приехали — загрузили на телефон, компьютер, всю информацию для анализа. Такой незаметный, нужный помощник.

И самое главное! Это будет ваш прибор, с программой и функциями, которые вам нужны! Ни в один продаваемый прибор залезть нельзя, этот же вы сделали сами. Ну и конечно, делая этот прибор вы изучите много нового, и станете ещё лучше разбираться в микроэлектронике. Освоите методики их программирования и перейдёте к более сложным приборам. Обязательно внимательно прочитайте эту статью, сделайте прибор и напишите программу сами! Пусть это будет ваша программа, ваш прибор!

{product id=1}

Постановка задачи

Теперь можно составить полный перечень требований к нашему велокомпьютеру. Это обязательно надо делать в самом начале продумывания прибора. Перечислим все основные функции, а также другие важные характеристики прибора в виде таблицы.

Параметр	Требования
Питание	Аккумулятор, зарядка по miniusb, одного заряда должно хватать на 10-20 поездок по 3 часа.
Измеряемые показатели	Пройденное расстояние, скорость, потраченные калории, каденс
Особенности	Контроль каденса — с помощью звука, экрана у нас нет, так что максимально будем использовать звук.
Интерфейс	Bluetooth serial port 2.0
Корпус	Небольшой корпус с удобным креплением к велосипеду

Подбор компонентов

Для начала необходимо определится с датчиками и местом крепления прибора. Это сильно влияет на корпус. Необходимо составить интерфейс общения, после этого можно определить какой микроконтроллер подойдёт, составить схему, подобрать аккумулятор и микросхему для заряда. И уже в конце корпус прибора. Когда будете сами разрабатывать свой прибор, следуйте такому же порядку мыслей как в этой статье.

Датчики

Для измерения скорости велосипеда и пройденного расстояния можно использовать:

• gps модуль — спутники дают данную информацию

• инерциальная система позиционирования

• счётчик оборотов колеса

Для измерения каденса — нужен счётчик оборотов педалей.

Мы выберем самый простой вариант — счётчик оборотов колеса и педалей. Для подсчёта оборотов удобнее всего использовать магнит закрепленный на колесе и датчик магнитного поля закрепленный на раме и такой же вариант для педалей. Возможные датчики магнитного поля:

Датчик	Преимущества - недостатки
Датчик холла	Миниатюрный, точный, нет физических контактов - нет износа, нет дребезга контактов. Высока чувствительность. Высокая частота срабатывания. Основной недостаток — энергопотребление от 2ма. Что не годится для спящего режима.
Геркон	Относительно небольшой, нет энергопотребления (по сути кнопка). Невысокая чувствительность, дребезг контактов — ограничение по частоте срабатывания 400гц.

Чтобы рассчитать подойдёт ли нам геркон, нужно посмотреть не превысили ли мы его максимальную частоту срабатывания на максимальной скорости движения велосипеда. Допустим диаметр колеса у нас 50см, максимальная скорость велосипедиста 100 км\ч. За один оборот колесо проходит, по известной формуле длины окружности:

π D = 3,14 * 50 = 157см = 1,57м.

Чтобы найти частоту срабатывания в секунду надо перевести максимальную скорость в метры в секунду

100 км\ч = 100000м / 3600с = 27,8 м\с.

Частота срабатывания геркона будет равна 27,8м\с / 1,57м = 17,7 оборотов\с = 17,7Гц. Геркон отлично подходит для данного прибора, его частота 400Гц.

Для прибора нам необходимо 2 геркона — один будет учитывать кол-во оборотов колеса — другой педалей. Можно оба датчика сделать выносными на проводе, но так как у нас нет необходимости в экране (интерфейс будет по bluetooth) — то для минимизации проводов — мы разместим прибор на задней вилке. При этом один геркон разместим в корпусе прибора — другой на небольшом удалении с помощью провода. Если вы эстет, то можете использовать черные стяжки. Для того чтобы прибор не скользил по вилке велосипеда, можно использовать специальную подложку сетку под ковры.

Интерфейс общения

Как мы видели ранее, в велокомпьютерах используется экран на который выводится нужная информация. Мы решили использовать bluetooth. Практически у всех сейчас есть смартфон, в котором он есть (к сожалению, iphone не работает с протоколом Bluetooth SPP). Учитывая тот факт, что критическую информацию можно передать звуком (пищалка), а все показатели снять по окончанию поездки или во время остановок — bluetooth отличная замена экрана (вы также можете легко модернизировать прибор на работу с экраном — далее разбираются приборы с ЖК экранами).

Будем использовать Bluetooth Serial Port для передачи данных — соответственно нужен протокол UART. Возьмём модуль Bluetooth SPP-C. Данный модуль обеспечивает двух стороннюю прозрачную связь между телефоном и велокомпьютером. Для отображения информации на экране телефона мы будем использовать простейшую программу bluetooth terminal (вы можете использовать другие более симпатичные программы или написать свою). Информацию будем передавать каждые 2 секунды в виде форматированной строки текста.

Что будем передавать:

Велокомпьютер будет передавать информацию:

• Текущая скорость движения в км\ч

• Каденс - скорость вращения педалей в об\мин

• Макс скорость за поездку

• Длительность поездки полная и активная

• Основная скорость — та скорость с которой едем большую часть поездки

• Время проезда со скоростью в определённом диапазоне— интервалы по 4км\ч до 40км\ч

Что будем получать:

Настройку прибора будем производить с телефона. Можно будет задать следующие параметры:

• диаметр колеса для проведения всех расчетов — в см.

• вес человека (для расчёта калорий) в кг

• настройка контроля каденса — минимальный каденс при котором необходимо подать звуковой сигнал (при езде на велосипеде необходимо так выбирать скоростной режим, чтобы каденс был больше 80 об\мин — вот это и будем отслеживать)

• Запрос на получение итоговых данных - подробные за 3 последние поездки и итоговые за все время пользования прибором

Использование пищалки:

• при включении

• при переходе в спящий режим

• при нарушении скорости каденса на 10 об\с в течение 2 мин

Микроконтроллер

Выберем микроконтроллер. Какие требования к микроконтроллеру в нашем проекте?

• считывать показания 3 кнопок (наши датчики — герконы и еще одна кнопка)

• иметь интерфейс UART для общения с bluetooth модулем

• наличие спящего режима для энергосбережения

• для более полного погружения в программирование, необходим полноценный отладчик

• удобный корпус для пайки

• точный подсчёт интервалов времени, работа от кварца

• EEPROM память для хранения настроек

Выберем серию STM8. Она имеет отличный отладчик ST-Link по 2-ум проводам, симулятор и всю необходимую периферию. Программа будет небольшая, выберем самый дешёвую модель - наш выбор STM8S003F3P6. Можно выбрать линейку STM8L — но они дороже, а энергопотребление у нас будет минимальное.

Аккумулятор

Для выбора аккумулятора рассчитаем примерный расход энергии. Основные потребители энергии:

Модуль	Потребление
Микроконтроллер	1мА на частоте 1мгц (нам больше не надо) 4мкА в спящем режиме
Bluetooth модуль	8мА в режиме активного соединения 30мА в режиме поиска соединения
Прочая утечка — LDO в режиме отключения и прочие утечки	3мкА

Таким образом, максимальный расход энергии — 40мА. Рассчитаем сколько миллиампер будет тратиться на одну поездку длительностью 3ч при следующем профиле работы прибора:

• 1 поездка 3часа

• bluetooth работает за время поездки 2мин поиск, 30мин активное соединение

• во время поездки 1ч спим

получается 2ч потребление 1ма, 1ч потребление 7мкА, 30мин потребление 8мА, 2мин потребление 30мА. Если все привести к мА\ч то получается:

2 мА\ч + 0,007мА\ч + 4 мА\ч + 1ма\ч = 7,007 мА\ч.

Надо необходимо, чтобы заряда хватало минимум на 10 поездок. Значит нужен аккумулятор ёмкостью более 70 мА\ч. Будем использовать Li-ion аккумулятор LIR-2450 ёмкостью 120мА\ч.

Рассчитаем расход в спящем режиме. Расход 7 мкА\ч. Значит прибор может проработать на оставшихся 50 мА\ч около 7143 часов = 300 дней.

Составляем схему

Начнём с питания. Аккумулятор мы выбрали. Соответственно нужна схема его заряда. Заряжать наш прибор будем через разъем micro-usb, микросхему для заряда возьмём самую дешёвую — TP4056. Ток заряда установим 100 мА (примерно 1C для выбранного аккумулятора).

Bluetooth модуль — самый простой UART slave модуль на базе BK3231

По datasheet на модуль ему необходимо питание от 2 до 3.6в. У нас аккумулятор выдаёт от 3 до 4.2В. Соответственно нужен LDO для понижения напряжения до 3.3В. Возьмём серию NCP603 на 3.3в.

Микроконтроллер мы выбрали — STM8S003F3 — его питание от 3 до 5В. Ему LDO не нужен. Таким образом, МК будет питаться сразу от аккумулятора, LDO будет питать bluetooth модуль, включать LDO будем только на время работы модуля.

Герконы — подключаем стандартно, как кнопки, сразу на вывод и на GND. Будет использовать встроенный в МК PULL-UP резистор. Точно также подключим тактовую кнопку.

UART — так как у нас разное напряжение питание модулей то нужно согласование напряжения. Разница между уровнями 4.2В — 3.6В = 0.6В. Проблема будет только в канале TX, когда передаём сигнал с МК на модуль. Так как в модуле стоят защитные диоды на всех входах, то достаточно использовать простой резистор на 10 кОм.

Пищалка. Возьмём очень громкую пищалку — HC0903A, на 3В — но будет работать и на 4В. Ток работы — 100ма.

Соответственно нужен будет транзистор для управления пищалкой. Возьмём маломощный N-Mosfet 2N7002 (до 300ма ток), так можно сэкономить на резисторе на базе транзистора.

Для МК нужна стандартная обвязка плюс кварцевый резонатор на 8МГц.

Схема определена. Теперь нарисуем ее в Kicad.

И вторая часть

Размещение велокомпьютера, Корпус и плата

Подберём корпус для нашего прибора. Для этого прикинем размер платы. Размещение будет такое — сверху на плате — МК, micro-usb, микросхемы заряда и все прочее, снизу — кварц и bluetooth модуль. На краю платы угловая тактовая кнопка:

Получаются примерные размеры 50х30 мм. Мне понравился корпус фирмы GAINTA — NUB503522BK:

Внутренние размеры платы под корпус — 45х30мм, что вполне подходит. Корпус имеет 2 крепёжных отверстия для платы, что очень удобно, а также ушки — за них можно крепить к велосипеду. Так как у нас нет экрана и смотреть нам не надо, то удобнее разместить велокомпьютер на задней вилке велосипеда. При таком размещении один геркон можно разместить прямо на плате, а второй на коротком проводе — педали рядом. Кнопка должна быть на противоположном боку от геркона. Второй геркон можно просто припаять внутри прибора или использовать любой разъем в разрыв провода.

Платы мы уже научились разводить на приборах ST-Link и UART, так что готовая плата находится на github проекта папке Kicad.

Математика

Прежде чем переходить к программированию, разберём как мы будет вычислять нужные нам параметры. Немного совсем простой математики.

Первое, что нам надо уметь - это переводить количество оборотов колеса в пройденное расстояние. Тут будем использовать всем известную формулу длины окружности.

C (длина окружности) = π (константа ПИ = 3,1415926535) * D (диаметр колеса).

Далее нам необходимо переводить единицы времени — миллисекунды в часы. Ну тут просто используем тот факт, что в одной минуте 60 секунд, а в одном часе 60 минут.

Для расчёта потраченных калорий будем использовать простую формулу

(Калории в ккал) = (Скорость в км\ч) * (Время в ч) * (Вес в кг).

Считать калории мы будем только тогда, когда крутим педали.

Вместо средней скорости мы будем считать основную скорость — ту скорость, с которой мы едем наибольшее время во время поездки, с точностью до 4 км\ч.

Также мы будем считать, что диапазон скоростей у нас от 0 до 60 км\ч, конечно велосипед может развивать большую скорость, но только если он в руках спортсмена.

Программа

Программа написана в среде ST Visual develop IDE. Полный проект вы можете скачать с github данного прибора, папка velo. В статье мы разберём ключевые моменты работы программы.

Структура файлов проекта

Проект создан на основе библиотеки SPL для STM8 от ST. Подробное описание как развернуть проект вы найдёте в этой статье. Основная программа содержится в файле main.c, работа с прерываниями в файле stm8s_it.c, частота кварца задана в файле stm8s.h. Остальные файлы остались без изменений.

Общее описание программы

Упрощённый алгоритм работы программы.

1. При включении производится настройка всей периферии, внешнего кварца и система переходит в спящий режим

2. После нажатия кнопки или срабатывания прерывания от датчиков, система стартует, о чем оповещает звуковым сигналом

3. Из EEPROM считываются записанные настройки, если они равны 0, то туда записываются типовые настройки, обнуляются все данные о поездках, идет подготовка EEPROM

4. Фиксируется начало поездки, обнуляются все переменные по поездке

5. Включается bluetooth модуль для экономии энергии на 2мин, включение и выключение модуля фиксируется звуковым сигналом

6. Через прерывания фиксируются показания датчиков и рассчитываются все необходимые параметры

7. Каждые 2с на bluetooth передаётся текущая информация о поездке, если он включён

8. Если в течение 2мин не было прерываний от датчиков, то МК переходит в спящий режим, выход по прерыванию от датчиков или кнопки

9. Кнопка включает\выключает bluetooth модуль, а также будит МК

10. Если МК находится в спящем режиме больше 2часов, то считается, что поездка завершилась. Идёт анализ данных поездки, если расстояние меньше 500метров, то данные по поездке обнуляются и не сохраняются, иначе данные о поездке сохраняются в EEPROM

11. При получении данных от bluetooth модуля, идёт их анализ и разбор фраз настройки МК, данные записываются в EEPROM

12. Во время активного режима работы МК идёт анализ скорости и каденса и в случае превышения заданных параметров идёт оповещение звуковым сигналом

Инициализация, прерывания

Рассмотрим более подробно исходный текст программы. Основная программа находится в функции main(). Первым делом необходимо произвести все настройки периферии.

[code]CLK->PCKENR1 = 0;
CLK->PCKENR1 |= CLK_PCKENR1_UART2|CLK_PCKENR1_TIM4;
CLK->PCKENR2 = 0xFF & 0b01110111;
[/code]

Данный регистр отвечает за использование необходимой периферии, каждая периферия потребляет энергию, если она включена, даже если мы ей не пользуемся. Для экономии энергии отключим все, кроме UART(используется для обмена с bluetooth модулем) и TIM4 (таймер 4 используется как миллисекундный таймер).

[code]CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);
CLK_ClockSwitchConfig(CLK_SWITCHMODE_AUTO, CLK_SOURCE_HSE,DISABLE, CLK_CURRENTCLOCKSTATE_DISABLE);
CLK_SYSCLKConfig(CLK_PRESCALER_CPUDIV8);
[/code]

Задаём работу от внешнего кварца. Кварц у нас в проекте — 8Мгц, делитель CPU устанавливаем на 8, чтобы МК работал на частоте 1Мгц для экономии энергии. В STM8 все настройки частоты производятся прямо в коде программе, необходимости в прошивке фьзов, как например, в AVR, нет. Это очень удобно. Автоматический (CLK_SWITCHMODE_AUTO) режим переключения кварца означает, что система сама дождётся корректного запуска внешнего кварца и потом перейдёт на него.

[code]GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//knopka
GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//H1
GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_6,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//H2
	
//прерывания по падающему фронту
EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_GPIOD,EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY);
EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_GPIOC,EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY);
[/code]

Настройка работы выводов МК датчиков и кнопки. Используется режим PULL UP и включаются внешние прерывания на этих выводах (GPIO_MODE_IN_PU_IT). Принцип срабатывания внешних прерываний на выводах задается в целом для порта. EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY — означает прерывание по падающего сигналу, когда на выводе сигнал меняется с HIGH на LOW, для нас это будет соответствовать нажатию кнопки или срабатыванию геркона.

[code]UART1_DeInit();
UART1_Init((uint32_t)9600, UART1_WORDLENGTH_8D, UART1_STOPBITS_1,UART1_PARITY_NO,
              UART1_SYNCMODE_CLOCK_DISABLE,UART1_MODE_TXRX_ENABLE);
	
UART1_ITConfig(UART1_IT_RXNE_OR,ENABLE);
[/code]

Настраиваем UART для связи с bluetooth модулем. Вся работа будет вестись на прерываниях. Здесь задаем скорость порта — 9600, работу TX и RX, контроль четности, асинхронный режим, передачу данных по 8 бит. То есть так, как этого требует bluetooth модуль. Последней командой включаем работу прерываний по UART событиям.

[code]TIM4_TimeBaseInit(TIM4_PRESCALER_64, 125);
TIM4_ClearFlag(TIM4_FLAG_UPDATE);
TIM4_ITConfig(TIM4_IT_UPDATE, ENABLE);
enableInterrupts();
TIM4_Cmd(ENABLE);
[/code]

Запускаем миллисекундный таймер. Обратите внимание, что частота кварца 8Мгц, не смотря на установленный делитель для CPU, вся периферия работает на 8Мгц, в том числе и все таймеры. Поэтому устанавливаем предделитель 64, а счетчик — 125 (8 000 000/64/125 = 1000 = 1мс). Включаем прерывания на таймере 4 и запускаем работу прерываний. После этого включаем сам таймер 4.

[code]GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);
GPIO_Init(GPIOB,GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);

GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);//speaker
GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);//blue onoff
[/code]

Настраиваем работу выводов как LOW, для энергосбережения. Если их оставить в неопределённом состоянии, триггеры Шмита на входах будут тратить энергию. Ножки 4,5 порта B не имеют триггеров Шмита, оставим их в неопределённом режиме. Динамик выключаем. Bluetooth модуль выключаем.

Переводим МК в спящий режим по команде halt(). Это сделано для того, чтобы в случае разряда аккумулятора при включении зарядного устройства не было попыток проиграть музыку, это требует много энергии, а зарядное устройство на столько не рассчитано, аккумулятор еще слабый и это вызывает перегрузку МК, мешая заряду аккумулятора.

После выхода из спящего режима по прерыванию, программа продолжает выполнение после инструкции halt().

[code]playmusic(1);
	
GPIO_WriteHigh(GPIOD,GPIO_PIN_2);
blueen = TRUE;
kn = FALSE;

timeblueoff = 120;
timehalt=120;
[/code]

Проигрываем музыку, включаем bluetooth на 2 минуты. Запускаем счетчик перехода в спящий режим.

На этом настройка выполнена, программа переходит в основной цикл.

Миллисекундный таймер, события по временным интервалам

Обработка всех временных событий ведётся в прерывании таймера 4. Сам обработчик прерывания проще перенести в файл main.c, потому что, в нем будет много общих переменных. Предопределённая процедура INTERRUPT_HANDLER(TIM4_UPD_OVF_IRQHandler, 23). Разберём обработку этого прерывания. Данное прерывание срабатывает каждую миллисекунду, согласно настройкам таймера 4.

[code]TIM4_ClearITPendingBit(TIM4_IT_UPDATE);
[/code]

Первым делом при входе в прерывание оповещаем МК, что мы его обработали. Без этой команды вызов прерывания будет продолжаться бесконечно и МК зависнет. Далее идёт обработка событий по времени. Для того чтобы посчитать прошедшее время используется очень простая методика. Если нам необходимо выполнить какое действие по прошествую времени Х мс, то заводим глобальную переменную timeX, и в момент начала события записываем в эту переменную нужное количество миллисекунд. В обработке прерывания таймера необходимо написать следующий код:

[code]if (timeX) timeX--;
[/code]

Уменьшаем на 1 значение переменной пока там не станет 0. В глобальном цикле, в основной программе далее проверяем данную переменную на 0 и когда она станет равной 0 выполняем нужное действие. Например, так мы выключаем bluetooth через 2 минуты.

[code]//В основной программе:
if (timeblueoff==0 && blueen==TRUE)
{
	//через 2 мин выключаем блютус!
	blueen=FALSE;
	GPIO_WriteHigh(GPIOD,GPIO_PIN_2);
	playmusic(3);
}

//в прерывании
if (timeblueoff) timeblueoff--;
[/code]

Дополнительно для удобства вводим секундные события

[code]if (nextsec==0) {
	//раз в секунду!
	Nextsec = 1000;
	//обработка секундных событий
}
[/code]

Если же нам необходимо посчитать какое-то время от прошедшего события, то используем увеличение на 1 переменной каждую мс. Например, для расчета времени одного оборота колеса используется такой код

[code]//в прерывании обработки датчика, присрабатывании датчика
h2time = 1; //начинаем замер с 1, для того,чтобы можно было отследить, что замервообще начат, если будет 0 — то замер неидет.

//в прервании таймера
if (h2time)	
{	
	h2time++; //если замер начат, то добавляем1
}

if (h2time > 3000) {  //обязательно необходимоограничение, если больше 3000, то замеростановили
	scor2 = 0;
	h2time=0;
}
[/code]

Программа внутри прерываний должна быть максимально лёгкой. Все тяжёлые вычисления должны выполнятся в основном цикле. Поэтому, обычно, внутри прерываний устанавливаются различные флажки, записываются значения в переменные, а вся обработка делается потом, в основном цикле.

Работы пищалки, звуковое оповещение

Для звукового оповещения мы используем мини пищалку. Для воспроизведения звука необходимо подать меняющийся сигнал 0 — 1 с нужной частотой. Наша пищалка имеет самую большую громкость в районе частоты 3Кгц. Но в принципе будет пищать с любой частотой. Для создания на выводе МК меняющего сигнала можно использовать таймер. Например, для частоты 3Кгц нам необходимо иметь таймер срабатывающий 6тыс раз в сек. И каждое срабатывание менять состояние вывода МК. STM8 специальную периферию для работы пищалок. Ей мы и воспользуемся. Звук может выводится только на вывод №1 и с частотой только 1, 2 или 4 Кгц. Нам этого хватит, чтобы издавать различные несложные мелодии. В стандартной библиотеке в примерах есть специальная функция, которая может калибровать данный генератор звука по кварцу, но можно ей не пользоваться.

Так как звук у нас будет запускаться в основном цикле, то можно использовать функцию Delay для формирования паузы. Сделаем специальную функцию, в которой и будет проигрывать различные мелодии:

[code]void playmusic(int t)
{
	if (t==1) 
	{
		//turn on
		BEEP_Init(BEEP_FREQUENCY_1KHZ);
		BEEP_Cmd(ENABLE);
		Delay(100);
		BEEP_Init(BEEP_FREQUENCY_2KHZ);
		Delay(200);
		BEEP_Init(BEEP_FREQUENCY_4KHZ);
		Delay(100);
		BEEP_Cmd(DISABLE);
	}
[/code]

Все очень просто. Задаем нужную частоту и запускаем генератор. Через определённую в миллисекундах задержку выключаем, включаем опять с другой частотой и т. д. Получается простая мелодия — два писка, три писка разной тональности. Нам этого вполне достаточно.

Обработка кнопок и датчиков, дребезг контактов

Обработку кнопок будет делать с помощью прерываний. В начале программы мы уже инициализировали работу прерываний. Срабатывать они будут только по нисходящему фронту — то есть когда мы нажимаем кнопку (так как кнопки у нас подтянуты через PULL-UP, то там всегда HIGH, когда нажимаем — получается LOW). В момент срабатывания кнопки для устранения дребезга контакта мы отключаем работу прерываний на нужное количество миллисекунд.

[code]INTERRUPT_HANDLER(EXTI_PORTD_IRQHandler, 6)
{
  /* In order to detect unexpected events during development,
     it is recommended to set a breakpoint on the followinginstruction.
  */
	if ((BitStatus)(GPIO_ReadInputPin(GPIOD,GPIO_PIN_3)) == RESET) {
			//защита от дребезга контактов -отключим прервание на 50мс
			if( haltstart==0)GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT);
			kn = TRUE;
			kntime = 200;
	}		
}
[/code]

Так как обработчик прерывания у нас один на весь порт, то необходимо проверить наш ли вывод его вызвал. Для этого считываем состояние нужного нам вывода и есть там LOW, то кнопка нажата. Далее мы отключаем прерывание на выводе D3 и устанавливаем флажок kn в TRUE, для обработки события в основном цикле. Тут же запускаем таймер защиты от дребезга контакта. Заметим, что отключать прерывание мы будем только тогда, когда переменная haltstart у нас равна 0. Это нам необходимо для того, чтобы случайно не выключить прерывания прямо перед уходом в спящий режим, а то мы не сможем разбудить наш МК.

По прошествию этого времени, включаем прерывание обратно в обработчике прерываний таймера 4.

[code]	if (kntime)	
	{	
		kntime--;
		if (kntime==0) 
			GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_IN_PU_IT);
	}		
[/code]

Каждую миллисекунду уменьшаем значение счётчика и когда дошли до 0, то включаем прерывания обратно. Аналогично обрабатываем срабатывания датчиков холла. Но там нам необходимо считать время, прошедшее с последнего срабатывания датчика, поэтому таймер там будет увеличивающимся с 1, значение 0 оставим специально для признака того, что предыдущего срабатывания не было.

[code]		if ((BitStatus)(GPIO_ReadInputPin(GPIOC,GPIO_PIN_7)) == RESET) {
			//защита от дребезга контактов -отключим прервание на 50мс
			if (haltstart==0)
				GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_IN_PU_NO_IT);
			
			if (h1time>1) {
				//скорость будем считать толькокогда прошло больше одной миллисекундыс прошлого замера
				scor1 = 60000/(h1time - 1);//в оборотах в мин
			}	else scor1 = 0;
			
			h1time = 1;
			hall[0]++;
			timehalt=120;
	}
[/code]

В обработчике таймера делаем аналогично, но h1time растет, а не уменьшается

[code]		if (h1time)	
		{
			h1time++;
			if (h1time==30) 
			{
				GPIO_ReadInputPin(GPIOC,GPIO_PIN_7);
				GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_IN_PU_IT);
			}
		}
[/code]

Дополнительно в той же процедуре обнуляем скорость и показания h1time в случае превышения 3сек

[code]	if (h1time > 5000) {
		scor1 = 0;
		h1time=0;
	}
[/code]

Вычисления, расчёт показателей

Основой всех вычислений у нас является показатель скорости вращения педалей и скорости велосипеда. Переменные scor1 и scor2. Для расчёта скорости вращения педалей в обработчике прерывания, при обработке соответствующего датчика, вычисляем scor1 по формуле

[code]	if (h1time>1) {
		scor1 = 60000/(h1time - 1);//в оборотах в мин
	}	else scor1 = 0;
[/code]

Так как время h1time, прошедшее с последнего срабатывания датчика у нас измеряется в миллисекундах, то необходимо 60сек перевести в миллисекунды и поделить на время одного оборота. Это будет мгновенная скорость вращения педалей.

Для расчета скорости велосипеда используется формула длины окружности

[code]	if (h2time>1) {
		scor2 = 36*(uint32_t)dkoles*314/100/(h2time - 1);//в км/ч
		//1/ms * dkol * 314/10 * 36 / 10
	}	else scor2 = 0;
[/code]

Так как мы работаем с целыми числами, то необходимо использовать большие форматы uint32_t, для помещения результата всех умножений перед делением, а потом поделить. В целочисленной математике порядок операций имеет очень большое значение. Например, 2*100/4 = 50, а вот 2/4*100 = 0. Изначально полная формула у нас такая:

=

таким образом получается наша формула. Можно использовать большую точность числа PI, но в общем принцип понятен. Дополнительно в массиве hall[] мы считаем количество оборотов педалей и оборотов колеса.

Дополнительно раз в секунду мы считаем скорость велосипеда по границам 0-4км\ч, 4-8км\ч и т.д. В отдельном массиве obs[] мы получаем количество секунд, которое мы ехали с определёнными интервалами скорости, а также общее количество секунд, которое мы ехали - activetime. Конечно это не совсем хорошо, ведь скорость может меняться чаще чем раз в секунду. Но велосипед очень инертен, мы не можем очень быстро тормозить и разгоняться, так что этим можно пренебречь. Делаем это в обработчике таймера 4.

[code]if (scor2)
{
	uint32_t ind = scor2/4; //по 4 км\ч
	if (ind>9) ind=9; //все что больше 40км\ч пишемв последнюю градацию скорости
		obs[ind]++; //добавляем одну секунду

	activetime++;
}
[/code]

Также раз в секунду мы будем считать потраченные калории. Так как нам нужна тут большая точность, то будем использовать тип float. Формула была описана выше.

[code]	if (scor1)
		power += (float)ves * (float)scor2 / 3600;
[/code]

Расстояние, которое мы проехали, считаем уже в основном цикле исходя из массива hall[] , при форматировании конечного результата. Её мы передаём на bluetooth, если он включён каждые 2сек. См раздел по работе с bluetooth.

Работа с EEPROM, хранение значений в энергонезависимой памяти

STM8 позволяет работать с EEPROM в нескольких режимах. Первый — автоматическая перезапись — вы записываете новое значение во флеш, старое автоматически стирается. Второй — вы сначала стираете ячейку, а потом записываете новое значение. Во втором случае, скорость записи выше, а обнулить значения можно заранее. Когда работаете с EEPROM необходимо внимательно читать Datasheet, у каждого МК своя методика, а также свой минимальный размер записываемой информации. В STM8 минимальный объем это 1 байт, например, в STM32 — это страница — 256 байт. Объем EEPROM очень небольшой, поэтому надо экономить этот вид памяти — у нас всего 128 байт.

Для упрощения работы с EEPROM в СИ удобно использовать структуры, которые будут описывать записываемые параметры. Компилятор размещает структуру в оперативной памяти последовательно, как она заявлена в СИ. Таким образом, чтобы записать или прочитать структуру в EEPROM, достаточно записать\прочитать нужное количество байт, начиная с адреса структуры. Напишем вспомогательные функции для чтения и записи во флеш из оперативной памяти.

[code]void saveflash(u32 addrf,u32 addr,u8 nbyte)
{
	FLASH_Unlock(FLASH_MEMTYPE_DATA);
	
	while (nbyte--)
	{
		FLASH_ProgramByte(addrf, *((u8 *)addr));
		addr++;
		addrf++;
	}
	
	FLASH_Lock(FLASH_MEMTYPE_DATA);
}

void readflash(u32 addrf,u32 addr,u8 nbyte)
{
	FLASH_Unlock(FLASH_MEMTYPE_DATA);
	
	while (nbyte--)
	{
		*((u8 *)addr) = FLASH_ReadByte(addrf);
		addr++;
		addrf++;
	}
	
	FLASH_Lock(FLASH_MEMTYPE_DATA);
}
[/code]

Перед началом работы с EEPROM, необходимо разблокировать для записи данный вид памяти, если этого не сделать, то данные записать не получится. Это специальная защита от случайной перезаписи памяти. Далее мы используем функции из библиотеки для записи и чтения одного байта. Теперь, например, чтобы записать во флеш структуру данных, необходимо так вызвать нашу функцию:

[code]saveflash(0x4000,(u32)¶m,14);
[/code]

Записать во флеш 14 байт, начиная с адреса 0x4000h, данные из памяти по адресу структуры param.

Мы будем хранить во флеш памяти настройки нашего прибора — структуру param, а также данные о четырёх последних поездках. Структуры выглядят так.

[code]struct s_param {
	u8 ves;
	u8 dkoles;
	u32 probeg;//пробег в метрах за все времяпользования прибором
	u32 power;//потраченные калории за всевремя пользования прибором
	u8 numpoezdki;//номер последней поездки
	int ks;//контроль скорости
	int kk;//контроль каденса
	//итого 14байт!
} param;

struct s_poezdka {
	u8 fix;//0 — пустая поездка, 1 — частичнозаписанная, 2 - фиксированная
	u32 nump;//номер поездки по порядку
	u32 probeg;//пробег за поездку
	u32 power;//калории за поездку
	u8 obs[10];//время в процентах от активноговремени на каждой скорости для экономииместа!
	u8 maxspeed;//максимальная скорость в км\чза время поездки
	u32 activetime;//активное время поездки вминутах, когда скорость была больше 4км\ч
	//итого 28 байта!  получается 4 поездки!!!
} poezdka;
[/code]

Мы храним вес, диаметр колеса, общий пробег, общие потраченные калории, номер поездки для записи во флеш, настройки контроля. А по каждой поездке — номер поездки по порядку, чтобы видеть сколько вообще раз ездили, пробег за поездку, калории, активное время в секундах, проценты времени (для экономии места в памяти 100% занимает 1 байт) с определённым диапазоном скорости от активного времени.

При включении МК мы проверяем, что у нас есть заданные параметры и считываем их оперативную память, если их нет, то записываем стандартные настройки.

[code]	readflash(0x4000,(u32)¶m,14);
	
	if (param.ves==255 || param.ves==0)
	{
		cleareeprom(1);
	}
[/code]

Для хранения последних поездок мы организуем во флеше кольцевой буфер данных поездок. Данные пишутся в память следующим образом — 1 2 3 4 1 2 3 4, это самый удобный формат хранения данных во флеше, для минимизации циклов перезаписи флеша. Мы помним, что количество этих циклов ограничено.

С данными о поездках мы работаем следующим образом, если МК переходит в спящий режим, то мы записываем во флеш текущие данные о поездке, признак fix в таких данных выставляем в 1. Это гарантирует нам, что если вдруг сядет аккумулятор или произойдёт какое-то ЧП, то данные о поездке останутся в памяти и при следующем включении они зафиксируются в памяти. В случае выхода из спящего режима до окончания поездке, мы продолжаем накапливать данные, если же поездка закончилась, то сдвигаем номер поездки на следующий. Как мы будем определять поездки - разберём в следующем разделе.

Спящий режим, фиксирование одной поездки

Для экономии энергии мы активно используем спящий режим. Если в течение двух минут не было данных с датчиков, то мы переводим МК в спящий режим. В других программах вы увидите, что МК может работать, практически все время проводя в спящем режиме, просыпаясь на несколько миллисекунд. Но тут мы не будем усложнять программу.

STM8 имеет несколько режимов сна, они подробно описаны, в datasheet и отличаются скоростью выхода из спящего режима и энергопотреблением. Мы будем использовать два режима: halt, active halt. В первом режиме МК полностью спит, выход из режима только по внешнему прерыванию. Во втором режиме работает специальный таймер, который будет будить МК, а также внешние прерывания.

Алгоритм работы у нас такой с поездками такой:

1. после двух минут бездействия, переводим МК в activehalt, интервал пробуждения 30 секунд

2. если нас разбудили внешние прерывания, значит поездка продолжилась, работаем дальше, у нас та же поездка

3. если внешних прерываний нет, то каждые 30 секунд мы просыпаемся и считаем пока не пройдёт 3 часа

4. если в течение 3 часов нас никто не разбудил, то поездка закончилась, и велосипед стоит в гараже.

Для экономии энергии перед переходом в спящий режим мы переключаем МК на работу от внутреннего генератора LSI 128 кГц и включаем AWU (auto wake up — пробуждающий) таймер на 30 секунд.

[code]	if (timehalt==0) {
			haltstart=1;
			timehalt=120;
			GPIO_WriteLow(GPIOD,GPIO_PIN_2);//выкл блютус
			blueen=FALSE;
			
			//пришло время спать запишем данныепоездки во флеш на всякий случай!!
			if (activetime>1200) //маленькие поездки нефиксируем!
			{
				int u;
				poezdka.activetime = activetime;
				poezdka.power = (u32)power;//оставим целую частьот калорий
				for (u=0;u<10;u++)
				{
					poezdka.obs[u]=0;
					if(obs[u])
						poezdka.obs[u] = obs[u]*100/activetime;//переведемв проценты от общего активного времени!
						
				}
				poezdka.maxspeed = maxspeed;
				poezdka.fix= 1;
				poezdka.probeg = (long)hall[1] * param.dkoles * 314 / 10000;
				
				saveflash(ADDRP+param.numpoezdki*NUMBYTEP,(u32)&poezdka,NUMBYTEP);
			}
			
			
			playmusic(4);
			
			//на всякий случай включим прерывания!вдруг отключили!
			GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//knopka
			GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//H1
			GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_6,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//H2

			current_millis=0;
[/code]

Устанавливаем флажок haltstart, чтобы случайно перед сном не отключить прерывания, при работе с дребезгом контактов. Выключаем bluetooth. Если поездка длилась более 1200 секунд, то запишем данные во флеш, маленькие поездки не фиксируем. Проиграем музыку. На всякий случай включим прерывания. Мы готовы ко сну. Теперь переходим на LSI генератор.

[code]CLK_ClockSwitchConfig(CLK_SWITCHMODE_AUTO, CLK_SOURCE_LSI,DISABLE, CLK_CURRENTCLOCKSTATE_DISABLE);
AWU_Init(AWU_TIMEBASE_30S);

timeawu=255;//255 * 30 = 7600 сек = 2часа

halt();
while (isawu)
{
	int i=0;
	isawu = i;
	halt();
}
isawu=0;
[/code]

И активируем AWU таймер, специальная переменная isawu будет говорить нам, что мы проснулись от AWU, в этом случае будем опять засыпать. Разберём обработчик прерывания AWU.

[code]INTERRUPT_HANDLER(AWU_IRQHandler, 1)
{
	AWU_GetFlagStatus();
	isawu=1;
	if (timeawu) timeawu--;
	else {
		if (poezdka.fix) { //если есть поездка!
			poezdka.fix=2;
			saveflash(ADDRP+param.numpoezdki*NUMBYTEP,(u32)&poezdka,NUMBYTEP);

			nextp();
			param.power += poezdka.power;
			param.probeg += poezdka.probeg;
			saveflash(0x4000,(u32)¶m,14);
			
			poezdka.fix = 0;
			poezdka.nump++;
			saveflash(ADDRP+param.numpoezdki*NUMBYTEP,(u32)&poezdka,NUMBYTEP);
		}
		//обнулим все данные по текущей поездке
		clearlocal();
		
		AWU_DeInit();
	}
}
[/code]

Сначала сбросим флаг, чтобы оповестить МК, что мы обработали прерывание, не забываем это делать. В обработчике прерывания AWU таймера проверим закончилась поездка или нет. Если нет, то спим дальше — признак isawu стоит. Если поездка закончилась, то фиксируем ее в памяти, fix = 2, и начинаем следующую пустую поездку, обнуляем все данные, отключаем AWU таймер и спим дальше.

При включении МК проверим не было ли сбоя, в тек поездке стоит признак fix=1, в этом случае зафиксируем поездку и начнём следующую.

[code]	readflash(ADDRP+param.numpoezdki*NUMBYTEP,(u32)&poezdka,NUMBYTEP);
	if (poezdka.fix==1)
	{
		param.power+=poezdka.power;
		param.probeg+=poezdka.probeg;
		nextp();
		saveflash(0x4000,(u32)¶m,14);
		//начнем новую поездку
		poezdka.fix = 0;
		poezdka.nump++;
		saveflash(ADDRP+param.numpoezdki*NUMBYTEP,(u32)&poezdka,NUMBYTEP);
	}
[/code]

Работа с bluetooth - получение данных

По bluetooth мы можем получать различные команды, для управления нашим прибором. Для их обработки создаем специальный массив Rxbuff[], в нем будет хранится строка для обработки. Также будет необходим специальный флажок — Rxready, который мы будем выставлять, когда строка получена. Заполнение буфера реализовано в прерывании в файле stm8s_it.c, а обработка буфера в основном цикле, чтобы не загружать прерывания.

[code] INTERRUPT_HANDLER(UART1_RX_IRQHandler, 18)
 {
	       char c=0;
		if (UART1_GetFlagStatus(UART1_FLAG_RXNE) != RESET )
			c = UART1_ReceiveData8();
			
		if (RXready==FALSE) {
			if (c == '\n' || c == '\r') {
				RXready=TRUE;
			}
			else
				RXbuff[RXtek] = c;
			RXtek++;
			if (RXtek==5) RXready=TRUE;
		}
 }
[/code]

Прерывание срабатывает в тот момент, когда периферия получила один байт информации. Проверяем, что байт получен и считываем его в переменную «c». В момент считывания байта происходит автоматическое снятие флага сработавшего прерывания, так что выставлять какой-то флажок, чтобы сбросить прерывание, нам нет необходимости. Далее мы предполагаем, что любая команда состоит из 4 байт и заканчивается символом перевод строки. Если мы еще не успели обработать буфер, то новые данные не получаем. Если получили конец строки, то выставим RXready в истину. Если буфер заполнен весь, то будем считать, что строку получили, иначе запишем очередной байт в буфер. На этом работа с прерываниями закончена. Теперь в основном цикле осталось разобрать строку.

Прежде чем посмотреть, как мы будем разбирать строку, опишем возможные команды, которые будет понимать наш прибор. Вот наши команды:

• clr — обнулить все данные в памяти, полный сброс. Чтобы случай не стереть все, запросим подтверждение этой команды.

• yes — подтверждение команды clr

• v256 — установка веса в кг, например, для веса 65 кг, команда будет такой — «v65\n», далее аналогично

• d256 — установка диаметра колеса в см

• s127 — установка контроля скорости, не меньше заданной, 0 — нет контроля

• s-127 — установка контроля скорости не больше заданной, 0 — нет контроля

• k127 — установка контроля каденса, не меньше заданной, 0 — нет контроля

• k-127 — установка контроля каденса, не больше заданной , 0 — нет контроля

• info — вывод информации о предыдущих поездках из памяти.

Сам модуль в этой части большой. Подробно описывать его не будем. Вы можете посмотреть исходный код самостоятельно. Приведем лишь общий смысл.

[code]	if (RXready) {
			if (flagclr==1 && RXbuff[0]=='y' &&RXbuff[1]=='e' && RXbuff[2]=='s')
			{
				//сотрем все поездки
				cleareeprom(0);
			}
			flagclr=0;
			
			switch (RXbuff[0]) {
			case 'c':
				flagclr = 1;
				break;
			case 'i':
			//..//
			case 'v':
			//..//
			default:
				break;
			}	
			
			if (cmd) 
			{
				int ind = RXtek-2;

				for(u=start;u<RXtek-1;u++)
				{
					//v256  start = 2 Rxtek = 5
					if (RXbuff[ind] < 0x30 ||  RXbuff[ind] > 0x39)
					{
						//ошибка тут должно быть толькочисло!
						noerr=0;
						break;
					}
					
					rez = rez + (RXbuff[ind] - 0x30) * r;
					r *= 10;
					ind--;
				}
				if (noerr)
				{
					//установим параметр и выведемсообщение о всех параметрах!
					if (znak>0) *pp = rez;
					else *(int *)pp = (int)rez * (-1);

					saveflash(0x4000,(u32)¶m,11);		

					printf("(ves-kg)%i (d-cm)%li (ks)%i(kk)%i\n\r",(int)param.ves,(long)param.dkoles,param.ks,param.kk);
				}
			}
			RXtek = 0;
			RXready = FALSE;		
	}
[/code]

Процедура начинается тогда, когда флаг RXready выставлен. Flagclr — используется для подтверждения получения предыдущей команды «clr», и если все подтверждено, введена команда «yes», то очищаем данные о поездках во флеш. После получения «clr» выведем, что мы ждем подтверждения.

Далее по первой букве команды мы определяем, что необходимо выполнить. Если это команда по установке параметров, то далее переводим текст в число, а заодно проверяем что это именно число. По окончанию установки параметра, записываем данные о параметрах во флеш и выводим их по bluetooth, чтобы подтвердить факт установки параметров.

В самом конце снимаем признак RXready и готовимся принять следующую команду.

Работа с bluetooth - вывод данных

Для передачи данных по bluetooth мы будем использовать стандартную функцию printf. Стандартная библиотека проекта на STM8 (на других МК это работает похожим образом) позволяет настроить вывод данную функции на любую периферию. Для этого созданы специальные макросы PUTCHAR_PROTOTYPE и GETCHAR_PROTOTYPE, в которых необходимо написать, как МК будет передавать или получать один байт с периферии. Для получения данных мы самостоятельно обрабатывали прерывания, а вот для вывода данных, воспользуемся этим механизмом.

[code]PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  /* Write a character to the UART1 */
  UART1_SendData8(c);
  /* Loop until the end of transmission */
  while (UART1_GetFlagStatus(UART1_FLAG_TXE) == RESET);

  return (c);
}
[/code]

Так выглядит функция передачи одного байта по UART. Записываем байт в специальный регистры данных UART и ждем окончания передачи — флаг TXE сброшен.

После такой доработки пользуемся стандартной функцией форматированного вывода printf и получаем на смартфоне переданный текст. Для снижения нагрузки на МК, передавать данные мы будем 1 раз в 2 секунды, сама передача данных идет в основном цикле. Вот так выглядит наш код.

[code]		if (timeblue==0 && blueen) {
			//каждые 2 сек будем выводить на экранчто-то и считать все подряд
			timeblue = 2;
			
			printf("(cad)%i (SCOR)%i (all)%li (ob)%li (m)%li\n\r",(int)scor1,(int)scor2,(long)(hall[0]+hall[1]),(long)(hall[0]),(long)(hall[1]*(long)param.dkoles*PI/100/100));
			
			printf("t");
			{
				int j;
				for (j=0;j<10;j++)
				{
					printf(":(%li)%li",(long)(j+1)*4,(long)obs[j]);
				}
				printf("\n\r");
			}
		}	
[/code]

Если bluetooth включен, и время 2 секунды вышло, то запускаем заново таймер и передаем данные. Сначала передаем одной строкой основные параметры — скорость, каденс, общее расстояние и т. д. Потом в цикле передаем данные по интервалам скорости. В данной функции важно использовать приведение типов, то есть если используется форматный символ %li — long — то при передаче параметра, необходимо его привести к типу long. Вот так просто осуществляется вывод информации.

Контроль скорости и каденса

Скорость мы будем контролировать следующим образом. В течение 30 секунд мы будем проверять каждую секунду нарушение режима. Если оно было 80%, то выставляем флаг нарушения. Для этого воспользуемся функцию СИ по сдвигу битов в переменной. Каждый бит кодировать было нарушение или нет. 32 битного числа достаточно, чтобы вести историю за 30 секунд.

[code]		if (param.ks)
		{
				int bit=0;
				if ((param.ks > 0) ? (scor2 < (u8)param.ks) : (scor2 >(u8) (-param.ks)) )
				{
					errspeed++;//есть нарушение скорости!
					bit=1;
				}
				errspeed = errspeed - (u8)((errspeed32 & (1L <<31))?1:0);

				errspeed32 <<= 1;
				errspeed32 |= bit;
		}
[/code]

Если задан контроль скорости, то для случая положительного параметра, нарушением является скорость меньшая чем параметр, для отрицательного, нарушением является большая чем параметр скорость. Если есть нарушение, то добавляем один к переменной errspeed, в итоге в ней имеем сколько было нарушений за последние 32 секунды. Далее уменьшаем на один количество нарушений, если 31 секунду назад оно было, сдвигаем влево весь результат и правый бит устанавливаем в один, если было нарушение. Так мы в итоге реализуем скользящее окно в 32 секунды. Тоже самое для каденса. Далее в основном цикле остаётся только следить за errspeed, и когда значение больше 20, то пищать нужную мелодию каждые 30 секунд.

[code]if (errspeed > 20 && time_errspeed == 0)
{
	time_errspeed = 30;
	playmusic(5);
}
[/code]

Работа с симулятором

На данном проекте вы можете испытать в работе симулятор. Для работы с симулятором вам необходимо в модуле main.с раскомментировать строку

[code]#define SIMUL
[/code]

В итоге будут отключены вызовы функций, не работающие в симуляторе. Для начала работы в симуляторе запускаем отладчик, предварительно установив средства отладки — симулятор. В симуляторе не работают таймеры, прерывания, но их тоже можно симулировать. Делается через специальное окно — View — I\O Simulation. В данном окне можно симулировать любое прерывание по номеру, номер можно найти в функции обработчике прерывания. Например, для таймера TIM4 — это 23. Также для симуляции прерывания можно задать периодическое событие, делается это по двойному нажатию на поле «Current Value». В окне необходимо задать нужную периодичность в тактах МК.

Для ручного генерирования прерывания необходимо задать новое значение, отличающееся от старого. Таким образом, конечно нельзя полностью протестировать работу программы, но зато можно отладить сложные алгоритмы в вашей программе.

Как изготовить велокомпьютер

Делаем плату и все запаиваем

1. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки, ST-LINK (будет нужен для программирования и отладки МК)

2. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.

3. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.

4. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано). Отметим, что для упрощения построения платы, вывод подключения кнопки необходимо подключить перемычкой из провода — площадки kn1. Kicad показывает это как не подключённую сеть — это не является ошибкой.

5. Приобрести все необходимые комплектующие.

6. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.

7. Плата готова!

Для программирования лучше припаять (на специальную площадку PRG) провод с разъемом пин терминал, запаянный в термоусадочную трубку — получится удобный разъем для программирования. Программировать удобнее сразу подключив прибор через USB разъем и ST LINK в другой USB разъем, тогда достаточно только подключить SWIM в разъему программирования.

Установка в корпус

Для установки в корпус вам понадобятся 2 небольших шурупа, чтобы прикрутить плату (в комплекте они не идут). Также для исключения вибраций будет необходим кусочек поролона или другой уплотнитель. Необходимо сделать бутерброд — нижняя часть корпуса - плата — поролон — аккумулятор — верхняя часть корпуса. Под провод для датчика необходимо просверлить отверстие в корпусе. Под usb разъем вырезать паз ножом и доработать надфилем. Под кнопку необходимо просверлить отверстие. Кнопка занимает чуть больше места, чем высота стоек в корпусе, поэтому лучше подложить шайбочки под плату до получения нужной высоты. Шайбы можно сделать из оставшегося текстолита или ненужных пластиковых карточек. Если у вас есть желание, кнопку можно разместить сверху платы, но так она будет мешать аккумулятору. Под провод для подключения аккумулятора можно сделать пропил в плате.

Делаем датчик

Один геркон будет распаян на плате, а второй будет припаян на коротком проводе, и будет вне прибора. Геркон, который будет у нас на плате лучше залить каплей термоклея, также разместить его лучше на расстоянии не менее 5 мм от платы, снизу находится динамик, и он может влиять на геркон. Геркон надо разместить как можно ближе к боковой стенке корпуса.

Для того, чтобы сделать датчик на проводе, лучше всего воспользоваться термоклеевым пистолетом. Берём ненужную прозрачную пластиковую ручку, отрезаем носик, припаиваем к проводу датчик, откусываем лишние ножки. (ВНИМАНИЕ! Когда будете паять герконы не гните его ножки, лучше припаять провод параллельно ножкам и их просто откусить. Гнуть их строго придерживая пинцетом, иначе можно разбить стеклянную колбу и сломать геркон.!). Далее вставляем геркон и часть провода в ручку и заливаем под давлением термоклей, так чтобы он заполнил все внутренности. Это сделать наш датчик влагостойким и защитит от повреждений. В принципе вы можете сделать оба датчика на проводах, такая конструкция проще.

Для работы датчика необходим сильный магнит. Можно купить магнит для велокомпьютера (100-200руб), а можно взять магнит из детского магнитного конструктора Geomag. Там очень сильные магниты и их можно прикрепить к спице велосипеда обычной стяжкой. Также бывают очень сильные магниты шайбы. Магнит надо подобрать так, чтобы датчик срабатывал на расстоянии 3-5 см, и проверить при вращении колеса и педалей.

Переходим к программированию

Данный прибор достаточно простой в программировании. В этой статье подробно разобрана вся программа. Мы настоятельно рекомендуем написать программу САМОСТОЯТЕЛЬНО. Пройти полный путь от скачивания библиотеки с сайта ST, до финальной программы. Только так вы сможете изучить программирование микронтроллеров. Если вы не можете справиться самостоятельно, или хотите просто сделать прибор и просто пользоваться им, на github есть все исходные текст. Обязательно поработайте с симулятором и отладчиком. Выполните задания для развития. И самое главное не сдавайтесь. В начале будет тяжело, но интересно!

Написанная программа с нуля, с разворачивания проекта, настроек всех необходимых параметров, будет более полезна, чем просто процедура прошивки МК готовой программой. Ошибки, которые вы найдёте с помощью отладчика и исправите сами — это самое ценное в этом проекте. А готовый прибор будет долго радовать вас на велопрогулках.

Вариант с индикатором

Данный велокомпьютер можно дополнить индикатором. Плату и описание как его подключить можно скачать в этой статье.

На индикаторе можно отображать скорость - шкала из 8-ми красных светодиодов, каденс - вторая шкала из 8-ми зеленых светодиодов, 4 информационных светодиода - отображение статуса bluetooth (синий светодиод), отображение нарушение контроля скорости и каденса (красные светодиоды).

На плате специально выделены площадки для подключения провода управления - J7 или J8.

Для работы с индикатором, необходимо будет из второго геркона тоже сделать выносной датчик. Оба геркона вынести на проводах. Расположить сам велокомпьютер на руле. Один датчик расположить на переднем колесе, а второй протянуть к педалям.

Под светодиоды надо будет в крышке корпуса просверлить отверстия. Припаять питание индикатора необходимо к свободному выводу микроконтроллера, чтобы в спящем режим его можно было отключать.

Программу надо будет самостоятельно изменить для отображения на индикаторе скорости и других показателей. Удобно, например отображать на второй шкале, процент пройденного расстояния от заданного.

Приобретённые навыки

Пайка: пайка модулей, пайка корпуса TTSOP, пайка корпуса SOT-23-5, пайка micro USB разъема.

Схемотехника: LDO, схема зарядки Liion аккумулятора, подключение модуля bluetooth, типовая схема подключения STM8, подключение пищалки, работа с кнопками.

Программирование: обработка кнопок по прерываниям, миллисекундный таймер, спящий режим, AWU таймер, работа с EEPROM, UART

Самостоятельная работа

Вы дополнительно можете доработать функции велокомпьютера. Идеи для доработки:

• Дописать функцию контроля скорости, аналогично контролю каденса.

• Реализовать различные режимы передачи информации — при движении — передавать только скорость, при остановке передавать итоговые параметры.

• Реализовать контроль расхода калорий — устанавливать цель и пищать при её достижении на половину, и по окончательному достижению цели

• Расширьте диапазон хранимых скоростей до 120км\ч.

• Оповещать звуком каждый км.

• Сделайте хранение скорости не по интервалам, а в абсолютном значении, 4 скорости, с которыми вы ехали наибольшее время.

{autotoc}

Прежде чем начать

Прежде чем читать эту статью, рекомендуем вам ознакомится со следующей теорией:

• Обязательная теория

• Микроконтроллеры

• ST Visual Develop IDE

• Велокомпьютер

Кухонный таймер. Что это? сколько стоит?

На рынке существует очень много различных видов кухонных таймеров. Мы будем рассматривать только электронные варианты (еще есть механические). Основное применение данный прибор нашёл на кухне. Отсюда идёт и его название — кухонный таймер. Допустим, вы готовите какое-то блюдо, варите картошку. Через 20 минут после закипания, надо ее выключить — она готова. Можно, конечно запомнить по часам этот промежуток времени, но делать это с помощью таймера гораздо удобнее. Установили нужный интервал времени — нажали кнопку, начался обратный отсчёт времени. Через 20 минут кухонный таймер громко просигналит, обычно в течение 1 минуты. Вот такой простой прибор.

Купить электронный кухонный таймер на рынке можно по цене от 200 до 2000 рублей. Как правило, они отличаются дизайном, размерами и функциями. Все они умеют выполнять основную функцию — таймер обратного отсчёта. Интервал времени почти у всех моделей ограничен 99 минутами (4 разряда цифр — 2 на минуты и 2 на секунды). Дополнительные функции, которые можно встретить:

• магнитное крепление, крепление на ремень

• секундомер

• быстрая установка времени (покрути корпус)

Все рыночные приборы, питаются от батареек, имеют, как правило, ЖК дисплей. Батареек хватает больше чем на 2-3 месяца регулярного использования.

Мы будем делать самодельный кухонный таймер, по функциям превосходящий продаваемые на рынке. Отметим, что этот прибор — отличный радиоконструктор для всех желающих познакомится с микроконтроллерами.

{product id=32}

Постановка задачи, требования к прибору

Основные требования к нашему кухонному таймеру.

• Компактный размер

• Питание от аккумулятора, длительная работа от одного заряда

• Зарядка от micro usb

• Индикатор как минимум на 3 разряда, лучше 4-е

• Низкая стоимость

• Громкий сигнал

• Широкий набор функций — Таймер, Секундомер, Игры: игральная кость, лото, бомба, возможность программирования.

Подбор компонентов

Компоненты будем подбирать самые простые, недорогие, и доступные на рынке.

Индикатор

Это самый сложный вопрос. На рынке есть следующие виды индикаторов:

• LCD, TFT дисплей — дорого, большой размер

• ЖК сегментный индикатор — на 3-4 цифры — вполне подойдёт, но тяжело купить (больше распространён китае), большой плюс — низкое энергопотребление.

  
  

• Светодиодный сегментный индикатор — отличный, недорогой вариант, минусом является высокое энергопотребление, но с аккумулятором это не так страшно. За счет яркости, можно снизить энергопотребление до 2ма. Его несложно купить. Наш таймер будем делать на данном виде индикатора.

Данные индикаторы могут иметь прямое управление каждым светодиодом, но в этом случае у них будет много выводов. Мы выберем 3-х сегментный светодиодный индикатор красного цвета с общим анодом. У каждой цифры аноды светодиодов соединены вместе и выведены на один вывод. На таком индикаторе можно в одном время показать только одну цифру! Как же задействовать все три? Очень просто. Будем использовать динамическую индикацию, то есть очень быстро показывать первую цифру, потом вторую, потом третью. Глаз не успеет заметить этого подвоха, и будет складываться впечатление, что горят одновременно все три цифры! Такая схема очень часто используется в индикаторах, в том числе и в ЖК. Поэтому вам просто необходимо освоить модель программирования таких индикаторов.

Интерфейс общения

Для управления прибором, будем использовать две тактовые кнопки. Прибор будет постоянно «спать» и выходить из сна по нажатию кнопок. Для подачи сигнала будем использовать уже знакомый по прибору Велокомпьютер излучатель HC0903A. Он очень громкий и компактный.

Интерфейс общения должен быть интуитивно понятным. Кухонный таймер будет иметь три режима, изменяемые, например, долгим нажатием первой кнопки.

• Таймер

• Секундомер, с возможностью учета рабочего времени

• Игры

При включении после сна, прибор автоматически возвращается в последний режим, в котором он был до сна.

В режиме таймера:

• Отображается предустановленное значение таймера в минутах, первая кнопка перебираем предустановленные значения, которые можно запрограммировать

• Вторая кнопка начинает Отсчет, при окончании раздаётся сигнал

• Долгое нажатие второй кнопки позволяет поменять значение и запрограммировать новое предустановленное значение

В режиме Секундомера

• Вторая кнопка старт/пауза

• Первая кнопка выбор режима — простой секундомер или с подтверждением. В режиме с подтверждением, каждые 5 минут необходимо нажимать кнопку, если не нажали, то секундомер пищит и встаёт на паузу. Так можно измерять рабочее время, когда вы часто отвлекаетесь от рабочего процесса.

В режиме игр

• Первая кнопка выбор игры

• Вторая кнопка ход в игре

Конечно, вы можете сами написать свою программу, и сделать совершенно другие комбинации и режимы — это же ваш кухонный таймер — вы его создатель!

Микроконтроллер

Выберем микроконтроллер. Какие требования к микроконтроллеру в нашем проекте?

• считывать показания 2 кнопок

• наличие спящего режима для энергосбережения

• для более полного погружения в программирование, необходим полноценный отладчик

• удобный корпус для пайки

• точный внутренний генератор частоты, кварц использовать не будем

• EEPROM память для хранения настроек

• достаточное количество выводов для управления индикатором — нужно 11 выводов.

Выберем уже знакомую серию STM8, исключительно по цене. Дополнительно она имеет отличный отладчик ST-Link по 2-ум проводам, симулятор и всю необходимую периферию. Программа будет небольшая, выберем самый дешёвую модель - наш выбор STM8S003F3P6. Можно выбрать серию STM8L — с низким энергопотреблением, но на выбранном микроконтроллере прибор будет работать больше месяца. Этого вполне достаточно.

Аккумулятор

В этот раз будем использовать литиевый аккумулятор меньшего размера — LIR2032, ёмкостью 45 mAh, для того чтобы прибор поместился в небольшой корпус. Схема заряда аналогично велокомпьютеру. Дополнительно будем использовать схему защиты аккумулятора от глубокого разряда из данной статьи.

Составляем схему

Схема зарядки аккумулятора и обвязки МК будет очень похожа на велокомпьютер, так что, не будем повторяться. Для защиты аккумулятора от разряда добавим схему аналогично данной статьи. Для отображения информации добавим ещё светодиодный индикатор — это по сути просто набор светодиодов. При управлении индикатором будем использовать посегментное сканирование — одновременно может светиться только один сегмент из цифры. В этом случае управление сегментом напрямую можно подключить к выводу МК. Резисторы нужны только на общих выводах анода. Резисторы можно использовать 200 Ом, при этом ток свечения одного светодиода будет около 6мА, яркости будет достаточно. Дополнительно ее можно будет снизить за счет динамической индикации для уменьшения потребления. Итак, вот финальная схема.

Вторая часть схемы — зарядка и защита аккумулятора от разряда. Отметим, что резистор R7 здесь не нужен!! При его установке будет только увеличено потребление тока во сне до 50 мкА. Запаивать его не надо!!

Корпус

Подберём небольшой корпус для нашего прибора. Компания SANHE выпускает много универсальных корпусов. Нам подойдет корпус 20-31 размером 30х40мм. Данный корпус очень приятный на ощупь и совсем небольшой.

При трассировке платы будем учитывать необходимые размеры. В корпусе необходимо будет прорезать отверстия под экран и usb разъем. Также нужно будет просверлить отверстия под кнопки. Вот как выглядит собранный прибор в этом корпусе.

Стойки крепления платы необходимо будет убрать — это можно сделать пассатижами. Чтобы отделить аккумулятор от платы необходимо вырезать прокладку из толстого полиэтилена или плотной изоленты.

Программа

Программа, как обычно, для STM8, написана в среде ST Visual develop IDE. Заготовку проекта вы можете скачать с github данного прибора, папка timer. Мы специально не выкладываем полную программу! В этом приборе вы должны сделать ее сами! Только так вы научитесь программировать МК. В заготовке проекта мы сделали самую сложную часть — инициализация, динамическая индикация, спящий режим, обработка кнопок. Вот это мы и разберём в этой статье. В кухонном таймере будем использовать все виды нажатий кнопки — одиночное, двойное, долгое. Такие режимы обработки кнопок очень часто используются в различных устройствах. Читайте внимательно!

Если вы делаете подарок, то вы можете запрограммировать при включении какую-то небольшую мелодию. Это не сложно. В интернет есть много примеров. Заодно поработаете со звуком.

Структура файлов проекта

Проект создан на основе библиотеки SPL для STM8 от ST. Подробное описание, как развернуть проект, вы найдёте в этой статье. Вся программа содержится в файле main.c, обработка прерываний перенесена в этот файл.

Общее описание программы

Упрощённый алгоритм работы программы.

1. При включении производится настройка всей периферии, тактирование от внутреннего генератора на частоте 2 МГц. Читаем данные из EEPROM. Сразу переходим в спящий режим.

2. Прибор может находится в одном из трёх режимов — Игры, Таймер, Секундомер, перебор по долгому нажатию первой кнопки. Выбор подрежимов, по обычному нажатию первой кнопки. Запуск и остановка второй кнопкой.

3. Индикация

   1. Если прибор в режиме игры — то левый сегмент индикация игры — L — лото, Б — бомба, Н — игральная кость. Остальные два разряда для игры.

   2. В режиме таймера. Таймер запущен — мигает точка в такт секундам. Таймер остановлен точка не горит. Таймер может отображать от 999 минут до 0. На экране всегда отображаем значащие разряды, точка разделитель секунд и минут. Например, 900 минут = 900. , 10 минут 15 секунд = 10.1, 1 минута 25 секунд = 1.25.

   3. В режиме секундомера. Запущен — мигает точка в такт секундам. Отображение как в таймере. При остановке секундомера, например на 10 мин 35 сек, показывает целую часть 10. 1сек потом дробную часть .35 1сек и так попеременно.

4. Таймер

   1. Когда таймер не запущен. Первая кнопка выбираем предустановленные значения.

   2. Вторая кнопка старт таймера из предустановленного значения. Таймер в минутах.

   3. Долгое нажатие второй кнопки переходит в режим настройки значения. В этом режиме вторая кнопка и первая кнопка работают как плюс минус 1 минута. Долгое нажатие Второй кнопки записывает значение в настройку. Быстрое нажатие на кнопки прибавляет по 5 минут.

   4. При достижении конца таймера играем мелодию каждые 60с в течение 5 мин. Пока не остановим кнопкой.

   5. Когда таймер запущен — вторая кнопка долгое нажатие — сброс, первая кнопка - пауза

5. Секундомер

   1. Когда запущен — мигает точка

   2. Вторая кнопка старт/пауза секундомера

   3. Первая кнопка выбор режима — с подтверждением или без. Когда выбран режим с подтверждением, то горит дополнительно первая точка

   4. Вторая кнопка долгое нажатие сброс

6. Лото

   1. Игра не началась. Отображаем две тире

   2. Вторая кнопка следующее значение и выдаем звуковой сигнал

   3. Вторая кнопка долгое нажатие начать сначала

   4. в конце игры выдаем мелодию переливы и начинаем сначала

7. Бомба

   1. Игра не началась — две тире

   2. Вторая кнопка — начать игру. Засекаем случайное время

   3. Игра идет — каждую секунду мигают нули и идет звук как часы пикают. Звук ускоряется каждые 10% оставшегося времени

   4. Когда время вышло — то звучит звук низкого тона — взрыв. У кого в руками остался прибор — тот проиграл. Игра начинается сначала.

8. Спящий режим

   1. Если ничего не запущено, то через 30с неактивности — глубокий сон

   2. Если запущен таймер или секундомер — то через 30с гасим экран — остаётся только точка мигать каждую сек на 200мс. По кнопке показываем время. Когда осталось 30 сек. Кнопки работают как обычно. Но сначала будят как бы. То есть пробуждение не срабатывает как нажатие кнопки. Будить можно любой кнопкой.

   3. Если запущен секундомер, и про него забыли, не было активности 3ч, то заснуть совсем, а таймер оставить на моменте когда заснули.

Конечно, это один из возможных вариантов работы программы. Вы можете придумать свой собственный вариант. Это же ваш кухонный таймер.

Инициализация, прерывания

Первоначальная инициализация довольно простая.

[code]CLK->PCKENR1 = CLK_PCKENR1_TIM4+CLK_PCKENR1_TIM2;
CLK->PCKENR2 = 0b01110111;

CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV8);	
[/code]

Выключаем лишнюю периферию, оставляем только таймер 4 и 2. Тактирование от внутреннего генератора 16 МГц, с делителем 8, для пониженного энергопотребления. В итоге, работаем на частоте 2 МГц. При тактировании от внутреннего генератора, периферия работает на частоте центрального процессора — то есть таймеры будут работать тоже на частоте 2Мгц, имейте это ввиду при настройке счетчиков таймеров.

[code]TIM4_TimeBaseInit(TIM4_PRESCALER_8, 249);
TIM4_ClearFlag(TIM4_FLAG_UPDATE);
TIM4_ITConfig(TIM4_IT_UPDATE, ENABLE);
TIM4->IER |= (uint8_t)TIM4_IT_UPDATE;
	
TIM2_TimeBaseInit(TIM2_PRESCALER_32, 50);
TIM2_ClearFlag(TIM2_FLAG_UPDATE);
TIM2_ITConfig(TIM2_IT_UPDATE, ENABLE);
TIM2->IER |= (uint8_t)TIM2_IT_UPDATE;
[/code]

TIM4 будем использовать для миллисекундного отсчета, а TIM2 для динамической индикации. Для TIM2 частота нужна повыше, чтобы не было заметно мерцания, также она не должна быть пропорциональна 50 Гц (частота мерцания лампочек в сети 220В). С другой стороны слишком высокая частота будет больше тратить энергии.

[code]EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_GPIOA,EXTI_SENSITIVITY_FALL_ONLY);	
EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_PORT_GPIOB,EXTI_SENSITIVITY_RISE_ONLY);		
[/code]

Кнопки в этот раз будем обрабатывать методом опроса, но не в основном цикле, а в обработчике прерывания миллисекундного таймера. Но прерывания все равно настроить надо, для выхода из спящего режима. Достаточно будет падающего сигнала для прерывания для одной кнопки и возрастающего для другой (так как она включена через подтяжку к VDD).

[code] GPIO_Init(GPIOA,GPIO_PIN_2,GPIO_MODE_IN_PU_IT);//кнопки
GPIO_Init(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_MODE_IN_FL_IT);//кнопки

GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);//пищалка

GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);//индикатор
GPIO_Init(GPIOA,GPIO_PIN_1,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);//
GPIO_Init(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);//
GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

halt();
[/code]

Настраиваем все выводы, так чтобы ничего не светилось и не тратило энергию, и ложимся спать. Такая инициализация необходима для возможности зарядки сильно «просаженного» аккумулятора.

Динамическая индикация

Настройка динамической индикации не очень сложная. Для удобства, необходимо сделать несколько дефайнов:

[code]#define ON1 GPIO_WriteHigh(GPIOC,GPIO_PIN_3)
#define ON2 GPIO_WriteHigh(GPIOD,GPIO_PIN_5)
#define ON3 GPIO_WriteHigh(GPIOD,GPIO_PIN_6)

#define OFF1 GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_3)
#define OFF2 GPIO_WriteLow(GPIOD,GPIO_PIN_5)
#define OFF3 GPIO_WriteLow(GPIOD,GPIO_PIN_6)

#define AON GPIO_WriteLow(GPIOB,GPIO_PIN_4)
#define BON GPIO_WriteLow(GPIOA,GPIO_PIN_1)
#define CON GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_6)
#define DON GPIO_WriteLow(GPIOD,GPIO_PIN_3)
#define EON GPIO_WriteLow(GPIOD,GPIO_PIN_2)
#define FON GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_4)
#define GON GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_5)
#define TON GPIO_WriteLow(GPIOC,GPIO_PIN_7)

#define ALLOFFGPIO_WriteHigh(GPIOC,GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_7);GPIO_WriteHigh(GPIOD,GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3);GPIO_WriteHigh(GPIOA,GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_3);GPIO_WriteHigh(GPIOB,GPIO_PIN_4);
[/code]

ONx.. OFFx — позволяют включить и выключить 1 цифру. AON..TON — один сегмент в цифре. ALLOFF — выключить все сегменты. Далее, нам нужна вспомогательная функция — cifraS(), которая будет отображать в одной цифре нужный сегмент для выбранного символа (например буквы L, прочерка и т. д.). В функцию передаем нужный сегмент. Информация о том, что необходимо выводить содержится в массиве ind[] и tchk[] для символов и точек.

[code]void cifraS(u8 seg){
	u8 j=0;
	
	if(seg==0) AON;
	if(seg==1) BON;
	if(seg==2) CON;
	if(seg==3) DON;
	if(seg==4) EON;
	if(seg==5) FON;
	if(seg==6) GON;
	if(seg==7) TON;
	
	for (j=0;j<3;j++) {
		u8 num;
		u8 flag=0;
		
		if (seg==7) {
			if (tchk[j] * tchkmig) flag = 1;
		} else {
		
		num = ind[j];
		
		
		if (num==0) {
			//AON;BON;CON;DON;EON;FON;
			if(seg==0) flag=1;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
		}
		if (num==1) {
			//BON;CON;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			
		}
		if (num==2) {
			//AON;BON;GON;EON;DON;
			if(seg==0) flag=1;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		if (num==3) {
			//AON;BON;CON;DON;GON;
			if(seg==0) flag=1;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		if (num==4) {
			//FON;GON;BON;CON;
			if(seg==1)  flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
			
		}
		if (num==5) {
			//AON;FON;GON;CON;DON;
			if(seg==0)  flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		if (num==6) {
			//AON;EON;FON;GON;CON;DON;
			if(seg==0)  flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		if (num==7) {
			//AON;BON;CON;
			if(seg==0)  flag=1;
			if(seg==1)  flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
		}
		if (num==8) {
			//AON;BON;CON;GON;DON;EON;FON;
			if(seg==0) flag=1;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		if (num==9) {
			//AON;BON;CON;GON;DON;FON;
			if(seg==0) flag=1;
			if(seg==1) flag=1;
			if(seg==2)  flag=1;
			if(seg==3)  flag=1;			
			if(seg==5)  flag=1;
			if(seg==6)  flag=1;
		}

		if (num==14) {
			//-			
			if(seg==6)  flag=1;
		}
		
		if (num==11) {
			//L
			if(seg==3)  flag=1;			
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
		}
	
		if (num==12) {
			//K
			if(seg==0)  flag=1;			
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
		}
	
		if (num==15) {
			//K
			if(seg==0)  flag=1;			
			if(seg==3)  flag=1;
			if(seg==4)  flag=1;
			if(seg==5)  flag=1;
		}
		}
	
		if (flag==1 && j==0 ) ON1;
		if (flag==1 && j==1 ) ON2;
		if (flag==1 && j==2 ) ON3;
			
		
	}
} 
[/code]

С дефайнами она выглядит симпатично. Активируем нужный сегмент и проверем в каких из трех цифр он активен. Там где активен — включаем общий анод. Если вам нужны другие символы на индикаторе, то надо добавить еще условия, например, (num==11) — вывести на индикатор L.

Для того, чтобы вывести что-то на индикатор, достаточно положить в массивы ind[] и tchk[] нужные нам значения, остальное будет сделано в прерываниях. Вот так можно вывести число от 0 до 999.

[code]void shownumber(u16 num){
	ind[0]=num/100;
	ind[1]=num/10-ind[0]*10;
	ind[2]=num - ind[0]*100 - ind[1]*10;
}	
[/code]

Теперь, собственно сам вывод на индикатор. Вся работа ведётся в обработчике прерывания TIM2. Введём переменную numind, которая будет обозначать, какой сегмент показывать в данный вызов прерывания.

[code] INTERRUPT_HANDLER(TIM2_UPD_OVF_BRK_IRQHandler, 13)
 {
	TIM2_ClearITPendingBit(TIM2_IT_UPDATE);
	
	OFF1;
	OFF2;
	OFF3;
	ALLOFF

	if (numind<8) {
		cifraS(numind);
	}	
	
	numind++;

	if (numind==16) numind=0;
 }
[/code]

Очищаем бит контроля обработки прерывания. Далее выключаем все разряды. Выводим нужные сегменты по всех трех цифрах. А потом несколько раз ничего не выводим. Пропуски нужны для регулирования яркости. У нас получится такая картина

Первый Сегмент, Второй Сегмент, Третий Сегмент, Ничего не горит …. Ничего не горит, Первый сегмент и т.д….

и так, очень быстро. Чем больше мы выводим пустых разрядов — тем более тускло светится индикатор, и меньше тратит энергии.

Обработка кнопок

В кухонном таймере всего две кнопки. Нам надо нагрузить на них максимальный функционал. Поэтому будет нужна обработка одиночного, двойного и долгого нажатия кнопки. Напишем функцию которая сразу определит какой вид нажатия был и вернёт это в основной цикл. Там вы сможете обработать это как вам надо.

Для настройки процедуры обработки кнопок есть несколько дефайнов:

[code]#define KNNUM  2  //колво кнопок
#define KNONE  4  //обычное нажатие
#define KNLONG 5  //долгое
#define KNTWO  6  //двойное

#define KNDTIME 50 //время в мс дребезга контактов
#define KNTIMETWO 300 //время в мс двойногонажатия
#define KNTIMELONG 1000 //время в мс долгогонажатия
[/code]

Количество кнопок, значения, которые возвращает функция определения кнопок, время необходимое для устранения дребезга, время в течение которого должно произойти двойное нажатие, время фиксации долгого нажатия. Для хранения обработанных данных используется массив kn[], для хранения предыдущего состояния кнопок массив knstatus[], времени, прошедшего с начала нажатия первой кнопки — kntime[]. При инициализации МК, необходимо очистить все эти массивы.

Сама процедура обработки кнопок вызывается из миллисекундного таймера каждые 50 мс (время нужное для устранения дребезга), так сразу решается проблема с дребезгом контактов.

[code]		u8 i,pd;
		
		if(kndtime) kndtime--;
		if (kndtime==0) {
			//опрос кнопок редко для избежаниядребезга
			kndtime = KNDTIME;
			
			pa = GPIOA->IDR;//GPIO_ReadInputData(GPIOA);
			pb = ~(GPIOB->IDR);//_ReadInputData(GPIOB);
			knint(0, pa, GPIO_PIN_2);
			knint(1, pb, GPIO_PIN_5); 
		}
		for (i=0;i<KNNUM;i++) if(kntime[i]) kntime[i]--;
[/code]

Предварительно считываем состояние порта, на котором висят кнопки. Далее, передаем это значение, номер кнопки, номер вывода кнопки в функцию, в которой будет вся обработка — knint(). Так как кнопка на порту B нажата когда там будет значение 0, то используем операцию инверсии битов.

В конце уменьшаем на единицу переменные таймеры кнопок.

Рассмотрим саму функцию обработки кнопок.

[code]	if (knstatus[knum] && ((zn&pin) == 0)) {//кнопкунажали
		knstatus[knum] = zn&pin;
		if (kn[knum]>=KNONE) return; //еще не обработалипредыдущее нажатие в основном циклепропустим это нажатие

		kn[knum]++;//колво нажатий плюс один
		if (kn[knum]==1) kntime[knum] = KNTIMELONG;//первый разначнм замер времени
		
		if (kn[knum]==2) {
			if (kntime[knum] > (KNTIMELONG-KNTIMETWO) ) kn[knum] =KNTWO;
			else kn[knum] = KNONE;
		}
	}
	
	if ((kn[knum]==1) && (kntime[knum]==0)) kn[knum]=KNLONG;
	if ((kn[knum]==1) &&(kntime[knum]<(KNTIMELONG-KNTIMETWO)) && zn&pin)kn[knum]=KNONE;
	
	knstatus[knum] = zn&pin;
[/code]

Чтобы определить, что мы нажали кнопку, сравним предыдущее состояние кнопки и состояние вывода. Если кнопка нажата, но мы еще не обработали в основном цикле значение кнопки, то делать ничего не будем. Каждое нажатие увеличиваем на один счётчик нажатий, он будет у нас хранится в элементе массива результата кнопки kn[]. Таким образом, пока мы не знаем точно, какой вид нажатия, то будем там хранить количество нажатий. Если это первое нажатие, то засекаем время определения долгого нажатия. Если это второе нажатие, то проверим уложились ли мы во время двойного нажатия — если да, то фиксируем двойное нажатие, если нет — то обычное.

Каждый раз проверяем, если время долгого нажатия было засечено и оно вышло, то это долгое нажатие кнопки. Если кнопку отпустили, время двойного нажатия вышло и у нас одинарное нажатие, то это обычное нажатие кнопки.

Все! Так несложно можно определить все нужные нам виды нажатия. В основном цикле вы можете обработать их

[code]		if (kn[0] == KNONE) {
			secundomer = 0;
			sleeptime=30;
			kn[0]=0;
		}
		if (kn[0] == KNTWO) {
			secundomer = 100;
			sleeptime=30;
			kn[0]=0;
		}
		if (kn[0] == KNLONG) {
			secundomer = 200;
			sleeptime=30;
			kn[0]=0;
		}
[/code]

После обработки, необходимо очистить элемента массива kn[], для фиксирования нового нажатия. Вы можете использовать этот код в своих проектах, добавить количество кнопок, поменять время обработки различных ситуаций.

Начало положено, остальной код программы мы не приводим, так как это ваше творчество!

Как изготовить кухонный таймер самостоятельно

Делаем плату и все запаиваем

1. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки, ST-LINK (будет нужен для программирования и отладки МК)

2. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.

3. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.

4. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

5. Приобрести все необходимые комплектующие.

6. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.

7. Плата готова!

Для программирования вам понадобятся временно припаять провод выводу J3 (PRG). Питание можно подключить сразу с ST-Link в разъем аккумулятора.

Переходим к программированию

Данный прибор достаточно простой в программировании. В этой статье подробно разобрана самая сложная часть программы — динамическая индикация. Остальную программу вам надо написать самостоятельно. Только так вы сможете изучить программирование микроконтроллеров.

Рекомендуем написать программу совсем с нуля, с разворачивания проекта.

Приобретённые навыки

Пайка: пайка корпуса TTSOP, пайка корпуса SOT-23-5, пайка micro USB разъёма

Корпус: самодельный корпус из короба

Схемотехника: LDO, схема зарядки Liion аккумулятора, типовая схема подключения STM8, подключение пищалки, работа с кнопками.

Программирование: сложная обработка кнопок, миллисекундный таймер, динамическая индикация, спящий режим, работа с EEPROM

Самостоятельная работа

Прибор очень простой, но интересный и полезный. На github мы выкладываем только шаблон проекта. В данном шаблоне настроено энергопотребление, прерывания, таймеры, обработка кнопок, динамическая индикация с выводом трёх символов и точек. Остальное мы рекомендуем сделать самостоятельно. У вас получится отличный кухонный таймер, для себя или в подарок.

{autotoc}

Прежде чем начать

Прежде чем читать эту статью, рекомендуем вам ознакомится со следующей теорией:

• Обязательная теория

• Микроконтроллеры

• Управление микроконтроллером приборами 220В

• PID регулятор

• Измеритель УФ-индекса и температуры

• Кухонный таймер

• ST Visual develop IDE - среда для программирования STM8

Что такое паяльная станция

Паяльная станция — специальное оборудование предназначенное для осуществления пайки. В нашем случае - это устройство, которое обеспечивает стабилизацию температуры паяльника, термофена или любого другого нагревательного прибора, работающего от сети 220В.

Максимальная температура паяльника без терморегулирования составляет около 400 градусов. Для пайки SMD компонент это слишком много. Есть риск перегреть компоненты. Рекомендуемая температура составляет 250-300 градусов. Снизить температуру паяльника можно с помощью регулятора мощности — обычного диммера на 220В. Но при этом, вы снизите максимальную температуру паяльника, а в момент пайки, паяльник начнёт остывать и температура может упасть ниже 200 градусов. Олово перестанет плавиться, и пайка станет некачественной.

Более правильный метод — автоматическая регулировка температуры жала паяльника. Для работы такой схемы необходима обратная связь. Обычно используется термопара К типа для снятия температуры жала. Конец термодатчика должен быть зафиксирован на самом жале, максимально близко к кончику жала. Это несложно сделать на медном жале, просверлив отверстие и зажав конец термопары. Далее прибор должен считывать температуру термопары и регулировать мощность нагревателя. При этом, если жало начнёт остывать, то на паяльник будет подана большая мощность, а если наоборот, то меньшая и он начнёт остывать. Такой прибор и будет описан в этой статье.

По-большому счёту, прибор может управлять не только паяльником, а также термофеном, со встроенным вентилятором. Купить такой можно на aliexpress.

Он уже содержит внутри термопару К типа, а также вентилятор. Перейдём к требованиям к прибору.

{product id=40}

Постановка задачи и требования к паяльной станции

Основные требования к прибору.

• Компактный размер

• Встроенный блок питания на 220В

• Возможность определения типа нагревателя (2 прибора, паяльник и фен)

• Цифровая регулировка мощности нагревателя на основе PID регулятора

• Возможность управления паяльником постоянного напряжения до 24В

• Возможность управления вентилятором термофена (4 скорости)

• Управление нагрузкой целыми полуволнами, с учётом перехода через ноль (меньше помех)

• Программная защита от перегрева нагревателя

• Индикатор температуры и скорости вентилятора

• Управление тактовыми кнопками

• Защита от ложных срабатываний управляющего симистора

• Максимальный ток нагрузки 3 А, что составляет 600 вт

Подбор компонентов для изготовления прибора своими руками

Компоненты для управления нагрузкой 220В

В статье Как МК может управлять приборами 220В вы можете подробно прочитать какие компоненты подходят для нашей задачи. Так как паяльник, фен и другой нагревательный прибор является очень инерционной нагрузкой, то будем управлять им методом полных полупериодов.

Подберём симистор для управления нагрузкой. Максимальная средняя мощность нагрузки составляет для паяльника около 100Вт, а для паяльного фена на 500 градусах около 400Вт (максимальная мощность около 700Вт, при этом фен достигает 800 градусов). Выберем обычный симистор (не логический), так как он более защищён от самопроизвольного открытия. BT139-800 — выбранный ключ. Из datasheet видно, что он может без радиатора управлять нагрузкой до 400Вт.

Так как мы выбрали не логический симистор, то для управления будем использовать оптосимистор со схемой перехода через ноль - MOC3041. Схему будем использовать из datasheet. Также установим снаббер согласно datasheet. Итоговая схема управления.

Отметим, что на всякий случай, следует не включать в одну розетку электродвигатель и паяльную станцию! Симистор может самопроизвольно открыться. Паяльнику в этом случае ничего не будет. А вот фен паяльный может сгореть.

Блок питания микроконтроллера

Паяльная станция будет управлять приборами 220В и логично было бы сделать сразу встроенный блок питания. Вся электроника управления, микроконтроллер, индикатор, оптосимистор суммарно будут потреблять меньше 100 мА. Такой маломощный, компактный блок питания несложно найти.

Отлично подходят готовые блоки питания светодиодных лент на 12В. На выходе они выдают стабилизированное напряжение 12В. Возьмем B2M003ESB мощностью 3Вт (до 250мА) от компании Ecola. Без защитного кожуха его размер составляет всего 18х25х38 мм.

Разместим такой блок питания прямо в корпусе паяльной станции. В итоге получим компактный прибор без лишних модулей.

Индикатор

Возьмем самый простой индикатор, знакомый по прибору кухонный таймер — светодиодный трёхразрядный индикатор. Он ярко светится в комнатных условиях и им достаточно просто управлять.

Цепь измерения температуры с помощью термопары

Для измерения температуры с помощью термопары используем схему аналогичную прибору измеритель уф индекса и температуры. В основе очень точный внешний ADC mcp3421. В дополнение к нему датчик измерения температуры воздуха NCT75 (можно обойтись и без него, в комнате в основном всегда 22-25 градусов, но стоит он недорого, пусть будет).

Управление этими датчиками идёт по шине I2C.

Микроконтроллер

Подойдёт самый простой и дешёвый микроконтроллер — STM8S003F3. Шина I2C — есть, остальные выводы стандартные.

Регулятор питания микроконтроллера

Питание микроконтроллера и датчиков составляет до 5В. Поэтому нужен понижающий регулятор питания с 12В (а лучше с 24В до 5В). Падение напряжение здесь большое, но ток маленький, поэтому отлично подойдёт регулятор серии L78M05. Корпус лучше взять DPAK для лучшего рассеивания тепла.

Максимальное входное напряжение у него составляет до 35В. Но при это значении на нем будет теряться (35В — 5В) * 100 мА = 3Вт тепла. Что конечно очень много. Надо или снижать потребляемый ток или снижать напряжение. Снизим напряжение до 24В — для случая питания всей схемы от блока питания паяльника постоянного тока. 2Вт он выдержит при большой медной площади на плате. Но лучше ещё побороться за потребляемый ток (за счёт динамической индикации).

Силовые разъёмы

Так как мы работаем с 220В, то будем использовать мощные разъёмы серии minifit. Рабочее напряжение до 600В.

Эти разъёмы очень удобны — их нельзя неправильно соединить, перепутать полярность, что очень важно при работе с высоким напряжением.

Корпус

Подберём готовый компактный корпус. Компания Sanhe делает отличные корпуса на защёлках, у них доступно все внутреннее пространство. Подойдёт корпус 20-11. В нем сможет поместиться и блок питания и плата управления. Внешний размер составляет всего 100x60x25мм.

Составляем схему паяльной станции

Все основные компоненты определены. Можно составлять схему прибора. Как во всех цифровых приборах, делать это совсем не сложно. По сути соединяем модули согласно datasheet на каждую микросхему.

Индикатор подключаем также как в приборе кухонный таймер. Чтобы он поярче светился, поставим резисторы 300 Ом. Таким образом, максимальный ток при одном светящемся сегменте в цифре составит около 15мА при 5В питании. На три цифры 45мА. Средний ток можно сильно снизить за счёт программного снижения яркости.

Датчики подключаем, как обычно, к питанию и к шине I2C. Шина I2C подтянута к питанию через резисторы 10кОм. На цепях питания, как можно ближе к выводам микросхем, керамические конденсаторы.

Выводов у МК не хватает, поэтому кнопки «повесим» на вход ADC. Тогда все кнопки можно обслужить одним выводом. 4-х кнопок хватит. Резисторы в 10 кОм подойдут.

Управление 220В идёт через оптосимистор, по схеме согласно datasheet. С точки зрения МК это обычный светодиод, ток необходимый для надёжного открытия составляем 15мА, подойдёт резистор 220 Ом.

Регулятор питания на 5В подключаем по типовой схеме.

Чуть более хитро поступаем со схемой управления вентилятором паяльного фена. Так как прибор будет управлять только одним устройством — паяльником или феном, а вентилятор нужен только в случае фена. Поэтому мосфет управления вентилятором можно использовать и для управления паяльником постоянного тока.

Паяльный фен может иметь обычный мотор постоянного тока в качестве надува воздуха, а может иметь маломощный моторчик (как в выбранном варианте) на 12В, который управляется низкочастотным ШИМ ом (до 100Гц). В случае обычного мотора дополнительно нужен диод D2. Для выбранного варианта фена он не нужен.

Так как прибор работает с напряжением 220В, то необходим предохранитель. Прибор может питаться от сети 220в, от встроенного блока питания, а также от внешнего БП постоянного тока паяльника постоянного тока напряжением до 24В. Поэтому необходим диод D1, чтобы в случае питания от БП паяльника ток не уходил в цепи внутреннего блока питания.

На внешний разъем, дополнительно выведем два вывода которые позволят МК определить, что подключено — фен или паяльник. Если выводы mark1 и mark2 замкнуты, то на выводе mark при включённой внутренней подтяжке будет 0, иначе 1. На разъем также выведем питание вентилятора (или паяльника постоянного тока), термопару, и ten1 ten2 — управление 220В.

На отдельный маленький разъем выведем внешнее питание — или 220В или 24В от БП паяльника.

Ну и сам МК. С ним все просто. Цепи питания, резистор 10 кОм на цепь сброса для большей надёжности, для определения типа оборудования будем использовать вывод программирования SWIM. Кнопки выведены на ADC — вывод PC4. ШИМ сигнал и управление симистором на выводы таймеров TIM2 TIM1.

Особенности трассировки печатной платы

Трассировка платы проходит без особенностей, за исключением части 220В.

При трассировке необходимо помнить про расстояния между проводниками. На печатной плате оно должно быть больше 1мм. Рассчитывается оно по пиковому напряжению в сети - 220 * 1,4 = 310В, по следующей таблице:

Также следует отметить, что общая цифровая земля не должна быть над частью 220В. Датчик температуры воздуха должен быть как можно ближе к разъёму термопары.

Программа для микроконтроллера

Структура файлов проекта

Программа написана в среде ST Visual develop IDE. Полный проект вы можете скачать с github данного прибора, папка solderstation. В статье мы разберём ключевые моменты работы программы.

Проект создан на основе библиотеки SPL для STM8 от ST. Подробное описание как развернуть проект вы найдёте в этой статье. Вся программа содержится в файле main.c. Остальные файлы остались без изменений.

Общее описание программы

Алгоритм работы программы.

1. При включении производится настройка всей периферии. На индикаторе отображается подключённое оборудование FFF(фен) или PPP (паяльник), и система переходит в рабочий режим.

2. Основной цикл. Обработка кнопок

   1. Двойное нажатие на любую кнопку выключает нагрев, заданная температура равна нулю

   2. Нижний ряд кнопок - регулировка скорости фена

   3. Верхний ряд кнопок — короткое нажатие +\- 10 градусов, долгое нажатие +\- 100 градусов

   4. После изменения режима отображаем 2 сек выбранный режим (заданную температуру или скорость фена от 1 до 4)

3. Основной цикл. Каждые 300мс. Получаем данные температуры. Вызываем функцию ПИ регулятора и он рассчитывает мощность нагревателя.

4. Прерывание миллисекундного таймера 4. Управляем нагревателем.

5. Прерывание таймера 2. Управление индикатором.

6. Прерывание таймера 1. Управление ШИМ вентилятора.

Инициализация

Как обычно, настраиваем нужную периферию, рабочую частоту микроконтроллера, все выводы.

[code]CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV8);//2mghэнергосбережение
//индикатор
	GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);
	GPIO_Init(GPIOA,GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);
	GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);
 
	GPIO_WriteHigh(GPIOC,GPIO_PIN_1);
	GPIO_WriteLow(GPIOA,GPIO_PIN_2);
	
	GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST);//PWM FAN
	GPIO_Init(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST);//Spiral
[/code]

Кнопки опрашиваются с помощью ADC. Настроим его работу. Вывод как обычный вход. Конвертация в ручном режиме по команде.

[code]GPIO_Init(GPIOC,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);//кнопка!
	ADC1_DeInit();
	ADC1_Init(ADC1_CONVERSIONMODE_SINGLE, ADC1_CHANNEL_2,ADC1_PRESSEL_FCPU_D2, \
            ADC1_EXTTRIG_TIM, DISABLE, ADC1_ALIGN_RIGHT,ADC1_SCHMITTTRIG_CHANNEL2,\
            DISABLE);
	ADC1_Cmd(ENABLE);
[/code]

Таймер 4 — миллисекундный.

[code]TIM4_TimeBaseInit(TIM4_PRESCALER_8, 249);
  TIM4_ClearFlag(TIM4_FLAG_UPDATE);
	TIM4_ITConfig(TIM4_IT_UPDATE, ENABLE);
  TIM4->IER |= (uint8_t)TIM4_IT_UPDATE;
[/code]

Таймер 2 тоже миллисекундный для управления индикатором.

[code]TIM2_TimeBaseInit(TIM2_PRESCALER_8, 249);
  TIM2_ClearFlag(TIM2_FLAG_UPDATE);
	TIM2_ITConfig(TIM2_IT_UPDATE, ENABLE);
  TIM2->IER |= (uint8_t)TIM2_IT_UPDATE;
[/code]

Таймер 1 — для ШИМ сигнала управления вентилятором. Для управления вентилятором нужен ШИМ низкой частоты. 55Гц вполне подойдет.

[code]	TIM1_DeInit();
	TIM1_TimeBaseInit(36000, TIM1_COUNTERMODE_UP, MAXPWM, 0);
	TIM1_CCPreloadControl(DISABLE);
	
	TIM1_BDTRConfig(TIM1_OSSISTATE_DISABLE,
                     TIM1_LOCKLEVEL_OFF,
                     0,
                     TIM1_BREAK_DISABLE,
                    TIM1_BREAKPOLARITY_LOW,TIM1_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE);
	TIM1_OC1Init(TIM1_OCMODE_PWM2, TIM1_OUTPUTSTATE_DISABLE,TIM1_OUTPUTNSTATE_DISABLE, 0, TIM1_OCPOLARITY_LOW,TIM1_OCNPOLARITY_HIGH, TIM1_OCIDLESTATE_SET,TIM1_OCNIDLESTATE_RESET); 
	/* TIM1 counter enable */
	TIM1_CtrlPWMOutputs(DISABLE); //выводы будемпереключать в прерывании
	TIM1_Cmd(ENABLE);
	TIM1_ITConfig(TIM1_IT_UPDATE|TIM1_IT_CC1, ENABLE);
[/code]

Стандартная настройка для I2C.

[code]I2C_Cmd( ENABLE);
  I2C_Init(I2C_MAX_STANDARD_FREQ, (uint8_t)0xA0, I2C_DUTYCYCLE_2,I2C_ACK_CURR, I2C_ADDMODE_7BIT, 7);
[/code]

Инициализируем датчики температуры.

[code]mcpinit();
nctinit();
[/code]

Внешний ADC для термопары настраиваем на максимально точный режим 18 бит 3.75 измерения в секунду и усиление в 8 раз.

[code]	buff[0] = (uint8_t) 0b00011111;
	if( ! I2C_writenbyte((uint8_t)MCPaddr, buff, 2,0) ) 
[/code]

Если подключён фен паяльный — то выводим на индикатор FFF иначе выводим PPP

[code]	if (fan==0) {
		ind[0] = 10;//P
		ind[1] = 10;//P
		ind[2] = 10;//P
	} else {
		ind[0] = 11;//F
		ind[1] = 11;//F
		ind[2] = 11;//F
	}
[/code]

На этом инициализация заканчивается.

ПИ регулятор

Температура паяльника (или фена) регулируется ПИ регулятором. Более подробно о том, что это такое можно прочитать в этой статье. Здесь разберём конкретную реализацию для этого прибора.

Для паяльной станции вполне достаточно ПИ регулятора, Д компонент не нужен, потому что нагреватель имеет линейный коэффициент нагрева и остывания. Вот конечная реализация. В функцию передаём заданную температуру и текущую в целых градусах и она вычисляет нужную мощность.

[code]s16 PI_Regulator(s16 hReference, s16 hPresentFeedback)
{
  s32 wError, wProportional_Term,wIntegral_Term, houtput_32;
  s32 wIntegral_sum_temp; 
    
  // error computation
  wError= (s32)(hReference - hPresentFeedback);
 
  // Proportional term computation
  wProportional_Term = hKp_Gain * wError;

  // Integral term compuztation
  if (hKi_Gain == 0)
  {
    wIntegral = 0;
  }
  else
  { 
    wIntegral_Term = hKi_Gain * wError;
    wIntegral_sum_temp = wIntegral + wIntegral_Term;
		
		if (wIntegral_sum_temp > 0)
		{
			if (wIntegral < 0)
			{
				if (wIntegral_Term < 0)
				{
					wIntegral_sum_temp = S32_MIN;
				}
			}
		}
		else
		{
			if (wIntegral > 0)
			{
				if (wIntegral_Term > 0)
				{
					wIntegral_sum_temp = S32_MAX;
				}
			}
		}		
    
    if (wIntegral_sum_temp > wUpper_Limit_Integral)
    {
      wIntegral = wUpper_Limit_Integral;
    }
    else if (wIntegral_sum_temp < wLower_Limit_Integral)
    { 
      wIntegral = wLower_Limit_Integral;
    }
    else
    {
      wIntegral = wIntegral_sum_temp;
    }
  }
  
  houtput_32 =(wProportional_Term/hKp_Divisor+wIntegral/hKi_Divisor);

  if (houtput_32 > hUpper_Limit_Output)
  {
    houtput_32 = hUpper_Limit_Output;		  			 	
  }
  else if (houtput_32 < hLower_Limit_Output)
  {
    houtput_32 = hLower_Limit_Output;
  }
  return((s16)(houtput_32)); 		
}
[/code]

В результате опытной настройки регулятора для паяльного фена мощностью 700Вт получились следующие коэффициенты:

[code]#define hKp_Divisor 512
#define hKi_Divisor 2000

s16 hKp_Gain=230;
s16 hKi_Gain=20;

#define hUpper_Limit_Output (s32)70
#define hLower_Limit_Output (s32)0
[/code]

Регулятор возвращает мощность в интервале от 0 до 70. При максимальной мощности фен паяльный нагревается до 700 градусов (установлено опытным путём). Все эти коэффициенты вы обязательно должны настроить под свой управляемый прибор. Начинать нужно с нулевого iGain и небольшого pGain. Предварительно установив небольшую максимальную мощность.

Управление индикатором

В этой статье не будем разбирать динамическое управление светодиодным индикатором, оно полностью идентично, используемому в приборе Кухонный таймер.

Часто, бывает удобно после смены режима, что-то показать на индикаторе длительное время. В этом приборе как раз используется такой режим. Разберём как он работает.

[code]	if ((kn[3] == KNONE) || (kn[3] == KNLONG)) {
			kn[3]=0;			
			speedfan++;
			if (speedfan>4) speedfan=4;
			
			//hKi_Gain +=1;
			
			timeshownext=2;
			showinfo(0);
	}
[/code]

При нажатии третьей кнопки увеличиваем скорость вентилятора, устанавливаем время показа информации 2 секунды (переменная timeshownext) и вызываем функцию, которая отображает нужную информацию showinfo().

По прошествию этого времени переводим индикатор в обычный режим — отображение текущей температуры нагревателя каждую секунду.

[code]	if (timeshownext==0) {
			timeshownext= 1;
			
			showinfo(10);
		}
[/code]

Идентификация вида нагревателя — паяльник или паяльный фен

Как проводится идентификация вида нагревателя? На силовом разъёме, которым подключается управляемый прибор, есть два вывода, которые можно замкнуть на стороне паяльника в кабеле (mark1 mark2) и таким образом сообщить прибору, что подключено устройство другого типа.

На микроконтроллере для идентификации используется вывод SWIM, через который осуществляется программирование микроконтроллера (к сожалению свободных выводов не осталось). Такой варианту усложняет отладку. Поэтому, пока вы не закончите отладку, этот вывод задействовать не нужно и нужный типа устройства нужно жёстко задать в прошивке. Когда отладка будет закончена, можно включить автоматический вариант.

Вывод SWIM по умолчанию имеет подтяжку к HIGH (к линии питании) по datasheet через встроенный резистор номиналом около 40кОм. Поэтому для идентификации используется резистор 10кОм. Есть два варианта:

1. подтяжка — будет 1 на этом выводе

2. замыкание вывода на землю через резистор 10 кОм (когда mark1 и mark2 замкнуты), будет гарантированный 0 на выводе.

Таким образом, прочитав состояние данного вывода, можно определить, что мы подключили — паяльный фен или паяльник. Зачем это нужно? Каждое устройство имеет различную мощность и отсюда будет иметь различные коэффициенты ПИ регулятора. Вот их и надо менять при выборе прибора.

Управление мощностью нагревателя

Прибор управляет очень инерционным устройством — нагревателем. Управление осуществляется с помощью полных полуциклов. Минимальный интервал регулирования — 50мс. ПИ регулятор на выходе выдаёт дискретную мощность, и чем большее количество различных значений будет доступно, тем более плавная и точная регулировка температуры будет получена. Опытным путём установлено, что для паяльного фена необходимо минимум 20 градаций мощности. При меньшем количестве регулирование получается дёрганым. Одна градация будет соответствовать 100 мс работы нагревателя. Получается, что при максимальной мощности нагреватель должен работать 2 сек. Получается какое-то несоответствие: ПИ регулятор вызывается каждые 300мс (когда мы получаем новое измерение температуры), мощность нагревателя мы регулируем интервалами по 100 мс и аж до 2 сек. Как же это все работает? Разберём часть программы ответственную за управление мощностью нагревателя.

Управление нагревателем осуществляется в прерывании основного миллисекундного таймера.

[code]if (spiralpower==0) {
	//выключаем спираль или паяльник
	GPIOA->ODR &= (uint8_t)(~GPIO_PIN_3);
	spiraltime=0;
	spiralon=0;	
[/code]

Если вдруг мощность спирали стала равна нулю, то выключим нагреватель.

[code]	} else {
		u16 timeon;
		u16 timeoff;
		
		spiraltime++;
[/code]

Переменная spiraltime отражает количество миллисекунд, которое нагреватель был включён или выключен. Поэтому каждое прерывание увеличиваем её на единицу.

[code]		timeon = 2000 * spiralpower/100;
		timeoff = 2000 - timeon;
[/code]

Далее, по заданной мощности, которая хранится в переменной spiralpower, вычисляем время включённого состояния нагревателя и время выключенного в интервале 2 секунды. Чем больше мощность, тем больше время включённого нагревателя в течение 2 секунд. На полной мощность прибор будет включён все время.

[code]		if (spiralon) {
			//ждем выключения! и если насталовремя выключаем!
			if (spiraltime > timeon) {
				spiraltime = 0;
				GPIOA->ODR &= (uint8_t)(~GPIO_PIN_3);
				spiralon = 0;				
			}
[/code]

Введём специальную переменную spiralon, в которой будем хранить признак того, что нагреватель включён. Если в данное время нагреватель включён, то проверяем сколько времени он включён и если больше чем рассчитанное, то выключаем его и переводим в состояние — выключен. При этом время работы нагревателя в указанном состоянии обнуляем.

[code]	} else if (spiraltime > timeoff) {
			spiraltime = 0;
			GPIOA->ODR |= GPIO_PIN_3;
			spiralon = 1;
		}
[/code]

Если же, нагреватель выключен, то проверяем, что время выключения вышло, и когда это произойдёт, то включим нагреватель.

Теперь получается, что в любой момент времени можно менять нужную мощность нагревателя, а программа будет выходить на заданную, за счёт рассчитанного времени в нужном режиме.

Как же ПИ регулятор, который вызывается раз в 300 мс, может задать такое малое значение включение нагревателя в 100мс? Очень просто, прямой связи между частотой вызова регулятора и частотой управления нагревателем нет! Но эти параметры влияют на скорость реакции регулятора. Конечно, если у нас есть задача получить быстро реагирующий регулятор, то необходимо, чтобы частота управления мощностью была равна или больше частоты самого регулятора. Здесь же в паяльнике или фене в этом нет необходимости. Реакции в рамках двух секунд вполне достаточно.

Из этого примера следует, что в таком же режиме можно управлять и более инертными приборами. Регулятор отлично справится, например с калорифером в комнате, который будет иметь регулировку мощности в виде окна включения в диапазоне 30 минут! Ведь задача регулятора подобрать ту мощность, которая будет поддерживать заданную температуру без изменения внешних условий. Понятно, что если в комнате открыть окно, появится внешнее воздействие, и в короткой перспективе в комнате станет холодно. Но через 30 минут, если окно оставить открытым, то регулятор найдёт нужную мощность для компенсации открытого окна!

Опрос 4-х кнопок по одному выводу с помощью ADC

Так как в этом приборе все выводы микроконтроллера заняты, а одной кнопки явно мало, то используется приём опроса кнопок с помощью ADC (вольтметра). Кнопки подключены через резисторный делитель и в зависимости от того, какая кнопка нажата на выводе МК будет различное напряжение. Это напряжение будем считывать модулем ADC и сверять с фиксированными значениями.

В этом приборе используется та же самая процедура обработки нажатия кнопок как в приборе Кухонный таймер. Она позволяет отследить однокаратные, двухкратные и долгие нажатия кнопок. Вся обработка проводится в миллисекундном основном таймере каждые 50 мс.

[code]	if (kndtime==0) {
			u8 knall=0;
			//u16 adcval;
			//опрос кнопок редко для избежаниядребезга
			kndtime = KNDTIME;
			//кнопки на ADC - прочитаем и выяснимкакая кнопка нажата
			ADC1_StartConversion();
			while( ADC1_GetFlagStatus(ADC1_FLAG_EOC) == RESET);
			adcval = ADC1_GetConversionValue();
[/code]

Когда пришло время опросить кнопки, стартуем измерение ADC и ждём пока оно будет завершено. Одно измерение занимает около 5 мкс, так что не влияет на таймер.

[code]		if (adcval < 10 )  {knall |= GPIO_PIN_0;}
		  else if (adcval < 550 )  {knall |= GPIO_PIN_1;}
		  else if (adcval < 700 )  {knall |= GPIO_PIN_2;}
		  else if (adcval < 800 )  {knall |= GPIO_PIN_3;}
			
			knall = ~knall;
			
			knint(0, knall, GPIO_PIN_0);
			knint(1, knall, GPIO_PIN_1);
			knint(2, knall, GPIO_PIN_2);
			knint(3, knall, GPIO_PIN_3);
[/code]

После измерения проверяем какая кнопка нажата и устанавливаем нужный бит в переменной knall (аналог регистра GPIO). И это значение отдаём в процедуру расчёта нажатий кнопок. В итоге опрос ADC сведён к анализу состояния обычного порта.

Сами значения в лесенке измерения проще устанавливать через отладчик. Подключаем, нажимаем кнопку и смотрим чего вышло. Добавляем 5-10 единиц на погрешность и фиксируем в коде.

Как сделать цифровую паяльную станцию своими руками

Делаем плату и все запаиваем

1. Подготовить или приобрести необходимые инструменты: все для пайки, ST-LINK (будет нужен для программирования и отладки МК)

2. Внимательно прочитать статьи из раздела Обязательная теория.

3. Скачать необходимые файлы по данному прибору с github.

4. Изготовить плату для прибора самостоятельно (это совсем несложно, в нашей инструкции все подробно описано).

5. Приобрести все необходимые комплектующие.

6. Запаять все компоненты на плату, смотри наше видео.

7. Плата готова!

Для программирования лучше припаять (на специальную площадку PRG) провод с разъёмом пин терминал, запаянный в термоусадочную трубку — получится удобный разъем для программирования.

Отладка и настройка прибора

После сборки прибора можно перейти к программированию. Лучше сразу припаять отдельный отладочный кабель, а после полной проверки и настройки прибора просто отпаять его и уже пользоваться прибором.

На этапе настройки и тестирования лучше не работать с питанием 220В, а все проверить при питании от ST-Link напрямую. Что можно протестировать в этом режиме:

• работу измерителя термопары

• работу индикатора

• работу кнопок

• работу управляющего оптосимистора — наличие нужного напряжения на управляющих выводах

• работу аварийного режима — сброс управления в случае превышения температуры

Только после того как низковольтная часть будет протестирована, и замечаний к её работе не будет можно переходить к части 220В.

220В — ОПАСНОЕ ДЛЯ ЖИЗНИ НАПРЯЖЕНИЕ!

ВСЕ РАБОТЫ ПРОВОДИТЬ ПОД ПРИСМОТРОМ ВЗРОСЛЫХ!

Для начала необходимо проверить вольтметром работу блока питания — он должен выдавать 12В постоянного напряжения. Только после проверки его работоспособности можно припаивать его к плате и устанавливать в корпус!

Далее можно переходить к проверке схемы управления нагревателем. На первом этапе следует подключить вместо нагревателя лампочку. Термопару можно оставить в свободном состоянии — она будет показывать около 25 градусов. При таком режиме работы любая заданная температура больше 30 градусов вызовет работу лампочки на полную мощность, а ниже 20 градусов — её выключение. Если в таком режиме все работает. То можно переходить к управлению нагревателем.

Лучше всего проверять работу прибора на паяльнике! Потому что, даже при постоянном подключении к сети 220В он не достигнет опасной температуры, а также его мощность относительно мала для повреждения симистора. На нем можно отладить все режиме ПИ регулятора и работы паяльной станции.

Только после этих тестов можно переходить к управлению паяльным феном. Имейте в виду, что постоянно включенный фен потребляет около 700 Вт энергии. Это очень много. Температура очень быстро достигнет 800 градусов и ручка может расплавиться. Все это приведёт к выходу из строя прибора и может привести к пожару!

Настройка работы с паяльным феном нужно начинать с управления вентилятором — он должен всегда работать. Включать паяльный фен без работающего вентилятора нельзя! После работы вентилятора необходимо в программе поставить ограничение максимальной мощности и проверить что фен не перегревается в этом режиме. После этого можно уже более точно настраивать ПИ регулятор с помощью кнопок (дописав программу) или в отладчике.

Если у вас есть желание управлять более мощной нагрузкой — обязательно использовать радиатор на симисторе!

Установка в корпус

В крышке корпуса необходимо выпилить отверстие под индикатор. С обратной стороны его можно заклеить прозрачным оргстеклом.

Рядом просверлить 4 отверстия под кнопки. Так как сами кнопки находятся ниже крышки корпуса, то необходимо их удлинить. Это не сложно сделать с помощью пластмассовых прутиков. Соединить их с кнопками можно с помощью изоленты или термоусадки. Дополнительно можно посадить на суперклей. Если будете это делать, то обязательно кнопку переворачивайте ножками вверх, чтобы клей не затёк в механизм кнопки!

Вот примерная компоновка платы в корпусе. Справа размещается блок питания. Чтобы он поместился нужно удалить часть корпуса, оставить оставшуюся как изоляцию. В боковой части корпуса нужно выпилить отверстие под силовые разъёмы.

Прибор готов. На нашем канале вы можете посмотреть его в работе. Удачной пайки!

Приобретённые навыки

Пайка: пайка корпуса TTSOP, пайка корпуса SOT-23-5, пайка выводных компонент, пайка силовых разъёмов minifit.

Схемотехника: светодиодный индикатор, подключение нескольких кнопок одним проводом, управление приборами 220В, измерение температуры термопары.

Программирование: считывание состояния нескольких кнопок с помощью ADC, миллисекундный таймер, ПИД регулятор

Самостоятельная работа

Вы можете самостоятельно доработать функции паяльной станции. Идеи для доработки:

• Дописать работу прибор с двумя нагревателями — феном и паяльником (в прилагаемых исходных файлах реализовано только управление паяльным феном)

• Дописать работу прибора в случае управления паяльником постоянного тока 24В с помощью ШИМ модуляции.