涂鸦智能烧水壶软件实现之温度采集和过温报警功能

Posted 2021-07-19 三明治开发社区

智能烧水壶软件实现之温度采集和过温报警功能

• 前言
• 一、智能烧水壶的功能设定
• 二、温度采集的方案制定
• • 1.温度采集原理
  • 2.软件方案设定
• 三、功能实现
• • 1.代码实现
• 技术支持

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前言

前面我们已经创建好产品并建立起app端和设备端的连接，接下来我们将实现智能烧水壶的温度采集和过温报警功能。

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一、智能烧水壶的功能设定

• 智能烧水壶的功能设定如下表，我们将整个智能烧水壶拆分成几个模块，逐个实现功能；本文实现烧水壶的温度采集和声音报警功能，温度采集主要用于水温的温控调节，当温度高于105摄氏度时说明水壶已经处于干烧状态，此时蜂鸣器进行声音报警。

功能	说明
煮沸	触摸按键1，触发方式：轻触。默认煮沸。 触摸按键控制煮沸键 app控制：煮沸
保温键	触摸按键1，触发方式：轻触 轻触进入默认的自来水模式下的55度保温模式
指示灯	按下煮沸键，煮沸灯亮，煮沸完成后灯灭。 按键保温键，温度未到（高于或低于）设定温度，保温键亮橙色；温度到设定温度，保温键亮绿色。 app设定保温，温度未到（高于或低于）设定温度，保温键亮橙色；温度到设定温度，保温键亮绿色。
按键提示	按煮沸：按下红灯亮，松开灭。蜂鸣器滴一声提醒。 保温键：按下橙灯亮，松开灭。蜂鸣器滴一声提醒。
煮水模式	app控制：纯净水模式，自来水模式。 默认自来水模式。 纯净水模式：直接加热到设定温度后恒温。 自来水模式：烧沸腾后凉值设定温度。
温度模式	app控制。 恒温模式。 恒温模式： 可app设置温度45，55，70，90度（或者45-90度），选择后恒定在设定温度。默认55度。

二、温度采集的方案制定

1.温度采集原理

本案例中温度采集方案是使用热敏电阻，热敏电阻在不同温度下有不同的阻值，根据此特性，通过电路设计和软件程序配合采集到热敏电阻的阻值，从而计算出当前的温度值。
采样电路图如下：R8为10k的定值电阻，R6为热敏电阻（常温为100k阻值），ADC是电压采样点，采集电压后，根据欧姆定律即可算出热敏电阻的阻值。

• 得到热敏电阻阻值Rt,根据B3950的热敏曲线即可算出当前温度值。
  
  上图是该系列热敏电阻的热敏曲线

上述参数含义
R0:25℃下的电阻阻值  本文中选用的热敏电阻在25℃阻值为10k
R：当前温度下电阻的阻值
T0：开尔文温度(273.15+25)
T：开尔文温度(273.15+当前摄氏度温度)
B:	热敏特性常数
exp:e^n(e的n次方)

通过采样电路采样热敏电阻两端的电压，从而计算出R的阻值，再根据R的阻值计算当前的温度
R=R0 expB (1/T-1/T0) 
		||
	    \\/
T=1/（ln（R/R0）/B+1/T0)近似为T=1/（log（R/R0）/B+1/T0)
得到的T为开尔文温度，换算成摄氏度即
temp = T - 273.15

测温原理已经知道了，接下来是软件实现阶段。

2.软件方案设定

上一篇文章我们对现有的tuya_demo_template工程进行了修改，实现了一个基础的嵌入式框架，现在我们在此基础上进行开发，实现温度采集功能。

• 所用的SOC引脚图如下：
  
• 温度采集方案设定
  根据上面所述的测温原理可以知道，我们需要使用AD采集功能，测量出热敏电阻的两端电压；故我们使用所选SOC自带的ADC采样功能进行电压采集，此SOC自带12位精度的ADC，可以满足我们的采样精度。
  得到电压后，按照上述原理所推出的公式进行C语言代码实现，计算出当前温度值。
• 无源蜂鸣器驱动。采用频率为5K的脉冲驱动蜂鸣器，本案例中蜂鸣器用于按键按下提示音以及高温报警功能。

引脚说明
TUYA_ADC2	ADC
buzzer_pin	P17

三、功能实现

1.代码实现

• 在工程里建立几个文件，b3950.c 、kettle_app.c、timer.c、gpio_control.c，最后的文件组成如下：

├── src	
|    ├── tuya_drive
|    |  	└── b3950
|    |    		└── b3950.c           //温度传感器驱动相关
|    |  	└── gpio_control
|    |    		└── gpio_control.c           //gpio 控制相关
|    |  	└── timer
|    |    		└── timer.c           //定时器相关
|    ├── tuya_device.c             //应用层入口文件
|    └── kettle_app.c            //智能烧水壶主要应用文件
|
├── include				//头文件目录
|    ├── tuya_drive_h
|    |  	└── b3950_h
|    |    		└── b3950.h   
|    |  	└── gpio_control_h
|    |    		└── gpio_control.h           
|    |  	└── timer_h
|    |    		└── timer.h           //定时器相关   
|    ├── tuya_device.h                
|    └── kettle_app.h       
|
└── output              //编译产物

其中b3950.c文件中的内容主要是实现温度采集的代码，kettle_app.c 文件主要是智能烧水壶的应用代码，timer.c函数中是定时器的相关代码，主要用于驱动无源蜂鸣器的频率产生。

b3950.c中函数实现如下：

//初始化adc设备
void b3950_init(void)
{
    /*create adc device,get handle*/
    temper_adc = (tuya_adc_t *)tuya_driver_find(TUYA_DRV_ADC, TUYA_ADC2);
    /*adc_dev cfg*/
    TUYA_ADC_CFG(temper_adc, TUYA_ADC2, 0);
    /*adc_dev init*/
    tuya_adc_init(temper_adc);
}
/**
 * @Function: cur_temper_get
 * @Description: current temperature get
 * @Input: none
 * @Output: none
 * @Return: temperature value
 * @Others: 
 */
int  cur_temper_get()
{
    int Rt = 0;
    float Rp = 100000;
    float T2 = 273.15 + 25;
    float Bx = 3950;
    float Ka = 273.15;
    int temp = 0;
    /*Collect AD data and store it in adc_buffer*/
    tuya_adc_convert(temper_adc, &adc_buf, 1);
    /*req_val(0-4096) - V(0-2.4)*/
    volt = (float)adc_buf *2.4/ 4096;
    //volt = adc_buf;
    Rt = (3.3 - volt)*20000/volt;
    PR_DEBUG("Rt:%d", Rt);
    temp = (int)(1/(1/T2+log(Rt/Rp)/Bx)-Ka+0.5);
    PR_DEBUG("volt:%f", volt);
    return temp;


}

timer.c中函数实现如下：产生频率驱动蜂鸣器

//启动定时器
void timer_init(void)
{
    timer = (tuya_timer_t *)tuya_driver_find(TUYA_DRV_TIMER, TUYA_TIMER1);
    //The timer uses cycle mode
    TUYA_TIMER_CFG(timer, TUYA_TIMER_MODE_PERIOD, tuya_timer0_cb, NULL);
    tuya_timer_init(timer);
    //Start the timer, 100us is a counting cycle
    tuya_timer_start(timer, 100);
    buzzer_set(1);


}
/**
 * @Function: timer_stop
 * @Description: stop timer0
 * @Input: none
 * @Output: none
 * @Return: none
 * @Others: 
 */
void timer_stop(void)
{
    tuya_timer_stop(timer);

}
/**
 * @Function: tuya_timer0_cb
 * @Description: tuya_timer0_cb
 * @Input: none
 * @Output: none
 * @Return: none
 * @Others: 
 */
void tuya_timer0_cb(void *arg)
{
    static uint32_t s_tick;
    static int level = 1;
    level = ~level;
    buzzer_set(level);
    if (s_tick++ >= 700) {
        s_tick = 0;
        tuya_timer_stop(timer);
        buzzer_set(0);
    }

}

kettle_app.c中主要实现主任务线程创建、互斥锁创建、软件定时器任务创建，实现代码如下：

//线程初始化函数，创建定时器线程每5秒采集一次温度，创建主应用线程，创建互斥锁
void thread_init(void)
{
    int rt = OPRT_OK;
    // create mutex
    if(NULL == mutex) {
        rt = tuya_hal_mutex_create_init(&mutex);
        if(OPRT_OK != rt) {
            PR_ERR("tuya_hal_mutex_create_init err:%d",rt);
            return rt;
        }
    }
    //A timer with a period of 5 second is used to capture the temperature
    rt = sys_add_timer(get_temper_timer_cb, NULL, &get_temper_timer);
    if(rt != OPRT_OK) {
        PR_ERR("add timer error!: %d", rt); 
        return;
    }else {
        rt = sys_start_timer(get_temper_timer,5000,TIMER_CYCLE);
        if(rt != OPRT_OK) {
            PR_ERR("start timer error!: %d", rt); 
            return;
        }
    }

    rt = tuya_hal_thread_create(NULL, "app_kettle_thread", 512*4, TRD_PRIO_4, app_kettle_thread, NULL);
    if (rt != OPRT_OK) {
        PR_ERR("Create update_dp_thread error!: %d", rt); 
        return;
    }
}
//智能烧水壶主应用线程，当前只实现过温报警功能，后面会填充水温调节等功能
void app_kettle_thread(void)
{
        //Over temperature protection Limiting_Temperature ：105℃
        if(get_water_temperature() > Limiting_Temperature) {
            timer_init(); //buzzer on
            set_dp_fault_status(TRUE);//更新故障状态 正常->干烧
            report_one_dp_status(DP_FAULT);//app上显示故障信息
            relay_set(OFF);
        }else {
            if(get_dp_fault_status() == TRUE) {
                set_dp_fault_status(FALSE);//更新故障状态 干烧->正常
                report_one_dp_status(DP_FAULT);//app上显示故障信息
            }
        }
        
        tuya_hal_system_sleep(1000);

    }

}
//软件定时器回调函数，定时采集温度并上报
void get_temper_timer_cb(void)
{
        static int last_temper = 0;
        last_temper = cur_temper_get();
        if(last_temper > 150) {
            last_temper = 150;
        }
        else if(last_temper < 0) {
            last_temper = 0;
        }
        set_current_temperature(last_temper);
        tuya_hal_mutex_lock(mutex);
        temper_s.value = last_temper;
        tuya_hal_mutex_unlock(mutex);
        PR_DEBUG("last_temper : %d",last_temper);
        report_one_dp_status(DP_TEMPER);//上报温度信息到app
}

• 此时已经实现了智能烧水壶的温度采集和过温报警功能，后面文章我们将实现智能烧水壶的按键控制功能。

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