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根據(jù)項(xiàng)目需求，在氣體流量控制方面選優(yōu)MFC（氣體質(zhì)量流量控制器）通過(guò)ADC和DAC實(shí)現(xiàn)控制。ADC和DAC都使用片上自帶的，采用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離和放大使其輸入輸出0-5VDC信號(hào)。

溫度檢測(cè)通過(guò)LTC2400實(shí)現(xiàn)熱電阻高精度溫度采集。由于對(duì)溫度非常敏感所以這部分要求較高，使用了24位的ADC實(shí)現(xiàn)高進(jìn)度采集，通過(guò)SPI總線獲取。

試驗(yàn)氣體的配置采用6個(gè)六個(gè)電磁閥控制配置不同成分的測(cè)試氣體。沒(méi)路輸出根據(jù)需要可輸出干觸點(diǎn)或者24VDC濕觸點(diǎn)。

溫度控制器采用宇電AI-7804同時(shí)實(shí)現(xiàn)4路溫度的檢測(cè)與控制。采用RS-485的通訊方式和PWM輸出控制加熱功率。

上位通訊采用兩種方式，以太網(wǎng)遠(yuǎn)傳和串口觸摸屏控制。以太網(wǎng)采用W5500和SPI接口方式實(shí)現(xiàn)：

而串口觸摸屏的通訊采用RS485或者RS232方式，本次采用RS485的通訊方式，使用MAX3485芯片實(shí)現(xiàn)。

壓力檢測(cè)采用MS5803采集壓力的變化，采用I2C通訊。濕度檢測(cè)使用SHT15實(shí)現(xiàn)，采用類(lèi)式I2C通訊方式，通過(guò)GPIO模擬。

軟件的設(shè)計(jì)采用IAR EWARM V7.8和ST標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)V3.5實(shí)現(xiàn)。具體的軟件設(shè)計(jì)包括上位遠(yuǎn)傳通訊、模擬量輸入輸出控制、邏輯控制、熱電阻溫度采集、溫濕度和壓力數(shù)據(jù)采集以及加熱和溫度控制。

為了讓軟件更好地適應(yīng)更換傳感器和應(yīng)用不同場(chǎng)合的功能增減要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)軟件時(shí)使用了一個(gè)配置文件來(lái)配置更能的使用和增減。這個(gè)配置文件就是一個(gè)頭文件，定義了一些宏來(lái)控制條件編譯，節(jié)選部分配置文件如下：

/*定義以太網(wǎng)通訊功能的使能,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef Ethernet_ENABLE
#define Ethernet_ENABLE (1)
#endif
 
/*定義串口上位通訊使能,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef UPPER_SERIAL_ENABLE
#define UPPER_SERIAL_ENABLE (0)
#endif
 
/*定義片上Flash存取使能,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef STORAGE_ENABLE
#define STORAGE_ENABLE (0)
#endif
 
/*定義模擬量輸入是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef ANALOG_INPUT_ENABLE
#define ANALOG_INPUT_ENABLE (1)
#endif
 
/*定義模擬量輸出是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef ANALOG_OUTPUT_ENABLE
#define ANALOG_OUTPUT_ENABLE (1)
#endif
 
/*定義數(shù)字量操作是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef DIGITAL_ENABLE
#define DIGITAL_ENABLE (1)
#endif
 
/*定義溫濕度計(jì)是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef HYGRO_THERMO_ENABLE
#define HYGRO_THERMO_ENABLE (1)
#endif
 
/*壓力變送器是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef PRESS_TRANS_ENABLE
#define PRESS_TRANS_ENABLE (1)
#endif
    
/*熱電阻采集電路是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef RTD_COLLECT_ENABLE
#define RTD_COLLECT_ENABLE (0)
#endif
    
/*備用串行設(shè)備是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef SERIAL_SPARE_ENABLE
#define SERIAL_SPARE_ENABLE (0)
#endif
    
/*溫控器是否啟用,1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef THERMOSTAT_ENABLE
#define THERMOSTAT_ENABL (0)
#endif
 
/*定義串口上位通訊方式的選擇，1：RS232；0：RS485*/
#ifndef UPUSART_COMM_TYPE
#define UPUSART_COMM_TYPE (0)
#endif
 
/*定義壓力變送器MS4515DO的通訊方式的選擇，1：SPI；0：I2C*/
#ifndef MS4515DO_COMM_TYPE
#define MS4515DO_COMM_TYPE (0)
#endif
 
/*定義啟用的壓力變送器類(lèi)型，1：MS5837；0：MS5803*/
#ifndef PRESSURE_TRANSMITTER_TYPE
#define PRESSURE_TRANSMITTER_TYPE (0)
#endif
 
/*定義MS5803（MS5837）采集值是否啟用濾波功能，1：?jiǎn)⒂茫?：禁用*/
#ifndef MS5803_FILTER_ENABLE
#define MS5803_FILTER_ENABLE (1)
#endif

上位遠(yuǎn)傳通訊包括有以太網(wǎng)通訊和串口通訊，以太網(wǎng)通訊用于連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，出口通訊用于連接觸摸屏。均使用Modbus協(xié)議，支持03、06、16等功能碼。

//解析接收到的數(shù)據(jù)
uint16_t ReceivedDataParsing(uint8_t *rxBuffer,uint8_t *txBuffer)
{
  uint16_t length=0;
  
  uint8_t fuctionCode=rxBuffer[7];
  switch(fuctionCode)
  {
  case READ_HOLDING_REGISTERS:
    {
      uint16_t startAddress=rxBuffer[8];
      startAddress=(startAddress<<8)+(uint16_t)rxBuffer[9];
      uint16_t RegisterNumber=rxBuffer[10];
      RegisterNumber=(RegisterNumber<<8)+(uint16_t)rxBuffer[11];
      //RegisterNumber=0;
      //讀取對(duì)應(yīng)寄存器數(shù)值
      uint8_t returnData[REGISTERAMOUNT*2+2];
      GetRegisterValue(startAddress,RegisterNumber,returnData);
      
      uint16_t byteCount=0;
      txBuffer[byteCount++]=rxBuffer[0];
      txBuffer[byteCount++]=rxBuffer[1];
      txBuffer[byteCount++]=rxBuffer[2];
      txBuffer[byteCount++]=rxBuffer[3];
      uint16_t byteAmount=RegisterNumber*2+3;
      txBuffer[byteCount++]=(byteAmount>>8);
      txBuffer[byteCount++]=byteAmount;
      txBuffer[byteCount++]=rxBuffer[6];
      for(int i=0;i<RegisterNumber*2+2;i++)
      {
        txBuffer[byteCount++]=returnData[i];
      }
      length=byteCount;
      break;
    }
  case WRITE_SINGLE_REGISTER:
    {
      //txBuffer=rxBuffer;//將指針賦值，不能改變數(shù)組的值
      uint16_t ByteAmount=rxBuffer[4];
      ByteAmount=(ByteAmount<<8)+(uint16_t)rxBuffer[5];
      length=ByteAmount+6;
      uint16_t objectRegister=0;
      objectRegister=rxBuffer[8];
      objectRegister=(objectRegister<<8)+(uint16_t)rxBuffer[9];
      uint16_t setValue=rxBuffer[10];
      setValue=(setValue<<8)+(uint16_t)rxBuffer[11];
      //將設(shè)定值寫(xiě)到對(duì)應(yīng)的寄存器
      SetRegisterValue(objectRegister,setValue);
      for(int i=0;i<length;i++)
      {
        txBuffer[i]=rxBuffer[i];
      }
      break;
    }
  case WRITE_MULTI_REGISTER:
    {
      length=12;
      SetMultiRegisterValue(rxBuffer+8);
      for(int i=0;i<length;i++)
      {
        txBuffer[i]=rxBuffer[i];
      }
      txBuffer[5]=0x06;
      break;
    }
  default:
    {
      break;
    }
  }
  return length;
}

模擬量輸入輸出控制的控制較為簡(jiǎn)單，直接使用DMA操作方式，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，不用詳述。數(shù)字量的控制方式以及溫度的SPI操作與前面文章中的一致。

溫濕度采集使用的SHT15模塊，它的通訊協(xié)議類(lèi)是于I2C方式，但是用STM32自帶的I2C來(lái)操作卻不方便，所以使用GPIO來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。為了方便在不同的系統(tǒng)使用所以對(duì)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)引腳的操作采用的回掉函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

先便寫(xiě)SHT15（實(shí)際上SHT1X均可用）的操作函數(shù)，并在此時(shí)用弱化的操作函數(shù)：

/*讀取DATA引腳位，弱化的函數(shù)，無(wú)操作，必須在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)該函數(shù)，并自動(dòng)調(diào)用*/
__weak uint8_t ReadDataPinBit(void)
{
  return 0;
}
 
/*將DATA線設(shè)置為輸入輸出方向模式*/
__weak void SetDataPineDirection(IODirection direction)
{
}

事實(shí)上是，什么也不做，然后在最終的應(yīng)用中來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作，對(duì)于不同的系統(tǒng)只需在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)不同操作。

/*讀取DATA引腳位*/
uint8_t ReadDataPinBit(void)
{
  return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_7);
}
/*將DATA線設(shè)置為輸入輸出方向模式*/
void SetDataPineDirection(IODirection direction)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  if(direction)
  {
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 
  }
  else
  {
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  }
   
  GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure); 
}

同時(shí)使用函數(shù)執(zhí)政數(shù)組的方式來(lái)簡(jiǎn)化SCK和DATA引腳的操作函數(shù)的編寫(xiě)：

/*定義操作GPIO管腳的函數(shù)指針*/
void (*OperationSHT1xIO[])(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)={GPIO_ResetBits,GPIO_SetBits};
/*定義SHT1X總線引腳操作函數(shù)指針*/
BusPinOperation SetBusPin[]={OperationSckPin,OperationDataPin};
/*操作SCK引腳,設(shè)置高低操作*/
void OperationSckPin(BusPinValue value)
{
  OperationSHT1xIO[value](GPIOB,GPIO_Pin_6);
}
 
/*操作DATA引腳,設(shè)置高低操作*/
void OperationDataPin(BusPinValue value)
{
  OperationSHT1xIO[value](GPIOB,GPIO_Pin_7);
}

同時(shí)定義幾個(gè)枚舉類(lèi)型：

typedef enum{
  Set=1,
  Reset=(!Set)
}BusPinValue;
 
typedef enum{
  Out=1,
  In=(!Out)
}IODirection;
 
typedef enum{
  SckPin=0,
  DataPin=1
}SHT1XPin;

這樣要操作那個(gè)引腳就非常方便了：

  /*將data線設(shè)置為輸出模式*/
  SetDataPineDirection(Out);
  /*將DATA引腳置位*/
  SetBusPin[DataPin](Set);

壓力數(shù)據(jù)采集的采用I2C總線，對(duì)STM32的I2C通訊網(wǎng)上文章很多此處不再重復(fù)，需要提一下的是整個(gè)操作也是適用函數(shù)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)毀掉的方式來(lái)簡(jiǎn)化編程過(guò)程。另外STM32的I2C好像比較容易出現(xiàn)死鎖的情況，不知為何，有待解惑。

加熱和溫度控制采用RS485通訊，使用宇電的AI-BUS協(xié)議，這個(gè)比較簡(jiǎn)單，不再多說(shuō)。

經(jīng)過(guò)差不多2周的調(diào)試，現(xiàn)在設(shè)備已經(jīng)成型，效果還是比較理想的，首先來(lái)一張調(diào)試圖片：

這是現(xiàn)實(shí)的DAC輸出電壓：

這是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳以Modscan讀取數(shù)據(jù)的結(jié)果：

來(lái)一張組裝后的圖片：

最后來(lái)一組測(cè)試是的上位操作及顯示畫(huà)面：

最后說(shuō)一下這次的一點(diǎn)體會(huì)，以往程序調(diào)試沒(méi)問(wèn)題就算好了，由于這個(gè)產(chǎn)品對(duì)時(shí)間非常敏感，有些測(cè)試過(guò)程必須在很短的時(shí)間（以毫秒為單位）完成。所以這次我再軟解的整體結(jié)構(gòu)上下了一些功夫，讓速度提升了好幾倍，所以我覺(jué)得規(guī)劃好程序結(jié)構(gòu)也是一很重要的方面。