arduino uno 第一次用于商业项目

novelcrab

       深入学习arduino基本上是从极客工坊这个论坛开始的，看了精华区的很多教程，非常感谢有这个论坛，也非常感谢那些愿意跟大家分享学习心得的朋友。

       为了回馈论坛，特地奉献上本人最近利用arduino uno开发的一个商业项目源代码，PCB以及其它器件资料因为商业因素，不便透露，敬请谅解。

        本项目用了18B20进行温度测量，用到PID对温度进行恒温控制，用到定时器TIMER1进行了步进电机的速度控制，另外对串口、EEPROM的读写操作也比较多，有兴趣的朋友可以作为参考。

         本人之前从事过一些C51项目的开发，对arduino其实不算精通，因此基本上是拿来主义，不求甚解，因此很多细节的问题我无法做深入的解答，但设计思路方面，可以与我讨论（其实最重要是解决问题的思路）。

1. #include <EEPROM.h>
   
2. unsigned char recordMaxID = 0;                                                                                  //组号
   
3. unsigned int  targetTemp = 0;                                                                                   //设定温度
   
4. unsigned char targetSpeed = 0;                                                                                  //设定速度
   
5. //========================================================================================================================================
   
6. #include <TimerOne.h>
   
7. #define PIN_ENCODER 2                                                                                                //光电位移计数开关(外部中断源0)
   
8. #define PIN_LIMIT 3                                                                                                //极限位置开关(外部中断源1)
   
9. #define PIN_ZERO 4                                                                                                //零位开关
   
10. #define PIN_PULSE 5                                                                                             //脉冲
    
11. #define PIN_DIR 6                                                                                               //方向
    
12. boolean pulseLevel = LOW;                                                                                       //脉冲
    
13. boolean pulseDir = HIGH;                                                                                        //方向(LOW-正转,HIGH-反转)
    
14. unsigned int Distence = 0;                                                                                        //位移计数值
    
15. boolean FlagRun = false;                                                                                        //运行状态
    
16. //========================================================================================================================================
    
17. #include <OneWire.h>
    
18. #include <DallasTemperature.h>
    
19. #define TEMPERATURE_PRECISION 12                                                                                //温度采集精度12位
    
20. #define PIN_TEMP  8                                                                                                  //温度传感器                                                                                                                
    
21. DeviceAddress tempDeviceAddress1;
    
22. OneWire oneWire1(PIN_TEMP);                                 
    
23. DallasTemperature sensors1(&oneWire1);
    
24. double CurrentTemp = 0;
    
25. //========================================================================================================================================
    
26. #include <PID_v1.h>
    
27. #define PIN_BUMP 11                                                                                                //水泵
    
28. #define PIN_HOT  12                                                                                                //加热管继电器
    
29. #define PIN_COOL 13                                                                                                //压缩机继电器
    
30. double Ki = 0,Kp = 0,Kd = 0;
    
31. double Setpoint, Input, Output;                                                                                        //目标温度值,输入值,输出值
    
32. PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint,2,5,1, DIRECT);
    
33. int WindowSize = 5000;                                                                                                //温度控制周期5s
    
34. unsigned long windowStartTime = 0;
    
35. 
    
36. boolean FlagTempCtrl = false;
    
37. boolean BumpState = HIGH;
    
38. //========================================================================================================================================
    
39. unsigned char SampleID = 0;
    
40. unsigned int Ductility[3];
    
41. unsigned char readRecordID = 1;
    
42. //========================================================================================================================================
    
43. void initGPIO()
    
44. {
    
45.   pinMode(PIN_ENCODER,INPUT);
    
46.   pinMode(PIN_LIMIT,INPUT);
    
47.   pinMode(PIN_ZERO,INPUT);
    
48. 
    
49.   pinMode(PIN_BUMP,OUTPUT);
    
50.   pinMode(PIN_HOT,OUTPUT);
    
51.   pinMode(PIN_COOL,OUTPUT);
    
52. 
    
53.   pinMode(PIN_PULSE,OUTPUT);
    
54.   pinMode(PIN_DIR,OUTPUT);
    
55. 
    
56.   digitalWrite(PIN_BUMP,HIGH);
    
57.   digitalWrite(PIN_HOT,HIGH);
    
58.   digitalWrite(PIN_COOL,HIGH);
    
59. 
    
60.   digitalWrite(PIN_PULSE,LOW);
    
61.   digitalWrite(PIN_DIR,LOW);  
    
62. }
    
63. //========================================================================================================================================
    
64. void init18B20()
    
65. {
    
66.   sensors1.begin();
    
67.   sensors1.getAddress(tempDeviceAddress1,0);
    
68.   sensors1.setResolution(tempDeviceAddress1,TEMPERATURE_PRECISION);
    
69. }
    
70. 
    
71. void initPID()
    
72. {
    
73.   Setpoint = float(targetTemp / 10.0);
    
74.   myPID.SetTunings(Kp,Ki,Kd);
    
75.   myPID.SetOutputLimits(0, WindowSize);
    
76.   myPID.SetControllerDirection(DIRECT);
    
77.   myPID.SetMode(AUTOMATIC);
    
78. }
    
79. 
    
80. void tempCtrlStart()
    
81. {
    
82.   //1.打开压缩机
    
83.   initPID();
    
84.   digitalWrite(PIN_COOL,LOW);       
    
85. 
    
86.   //2.采集温度,温控输出
    
87.   sensors1.requestTemperatures();
    
88.   CurrentTemp = sensors1.getTempC(tempDeviceAddress1);
    
89.   unsigned int Temp=CurrentTemp*100;
    
90.   unsigned char tempChar[8] = {
    
91.     0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0F, char(Temp>>8), char(Temp & 0x00FF)  };
    
92.   Serial.write(tempChar,8);  
    
93. 
    
94.   //3.温度控制
    
95.   Input = CurrentTemp;
    
96.   myPID.Compute();
    
97. 
    
98.   unsigned long now = millis();
    
99.   if(now - windowStartTime > WindowSize)
    
100.     windowStartTime += WindowSize;
     
101. 
     
102.   if(Output < now - windowStartTime)
     
103.     digitalWrite(PIN_HOT,HIGH);//OFF
     
104.   else
     
105.     digitalWrite(PIN_HOT,LOW);//ON
     
106. }
     
107. 
     
108. void tempCtrlStop()
     
109. {
     
110.   FlagTempCtrl = false;
     
111.   digitalWrite(PIN_COOL,HIGH);
     
112.   digitalWrite(PIN_HOT,HIGH);  
     
113. }
     
114. 
     
115. //========================================================================================================================================
     
116. unsigned long getTime;
     
117. void getDistance()
     
118. {
     
119.   if(pulseDir == LOW)
     
120.   {
     
121.     if(digitalRead(PIN_LIMIT) == LOW)
     
122.     {
     
123.       Timer1.stop();
     
124.     }   
     
125.   }
     
126.   if(pulseDir == HIGH)
     
127.   {
     
128.     if(digitalRead(PIN_ZERO) == LOW)
     
129.     {
     
130.       Timer1.stop();
     
131.     }      
     
132.   }
     
133. 
     
134.   if(FlagRun == true)
     
135.   {     
     
136.     if(digitalRead(PIN_ENCODER) == LOW)
     
137.     {
     
138.       unsigned int delayTime = 0;
     
139.       if(targetSpeed == 50)
     
140.       {
     
141.         delayTime = 480;
     
142.       }
     
143.       else
     
144.       {
     
145.         delayTime = 2400;
     
146.       }
     
147.       if((millis() - getTime) > delayTime)
     
148.       {
     
149.         getTime = millis();
     
150.         Distence++;
     
151.         unsigned char setChar[8] = {
     
152.           0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x09+SampleID,Distence>>8,Distence & 0x00FF };
     
153.         Serial.write(setChar,8);
     
154.       }
     
155.     }
     
156.   }
     
157. }
     
158. 
     
159. void pulse()
     
160. {
     
161.   getDistance();
     
162. 
     
163.   pulseLevel =! pulseLevel;
     
164.   digitalWrite(PIN_PULSE,pulseLevel);
     
165. }
     
166. 
     
167. void initTimer1()
     
168. {
     
169.   Timer1.initialize(58);
     
170.   Timer1.attachInterrupt(pulse);  
     
171.   Timer1.stop();
     
172. }
     
173. 
     
174. void moveMotor(unsigned int mySpeed ,boolean myDir)
     
175. {
     
176.   digitalWrite(PIN_DIR,myDir);
     
177.   pulseDir = myDir;
     
178.   switch(mySpeed)
     
179.   {
     
180.   case 10:
     
181.     Timer1.setPeriod(2344);
     
182.     break;   
     
183.   case 50:
     
184.     Timer1.setPeriod(469);
     
185.     break;   
     
186.   case 400:
     
187.     Timer1.setPeriod(58);
     
188.     break;   
     
189.   default:
     
190.     Timer1.setPeriod(58);   
     
191.     break;
     
192.   }
     
193.   Timer1.restart();
     
194. }
     
195. //========================================================================================================================================
     
196. void readSetting()
     
197. {
     
198.   recordMaxID = EEPROM.read(0);
     
199.   if(recordMaxID > 100)
     
200.   {
     
201.     recordMaxID = 1;
     
202.     EEPROM.write(0,recordMaxID);
     
203.   }
     
204.   targetTemp = (EEPROM.read(1)<<8)+EEPROM.read(2);
     
205.   targetSpeed = EEPROM.read(3);
     
206.   unsigned int iKp,iKi,iKd;
     
207.   iKp = (EEPROM.read(4)<<8)+EEPROM.read(5);
     
208.   iKi = (EEPROM.read(6)<<8)+EEPROM.read(7);
     
209.   iKd = (EEPROM.read(8)<<8)+EEPROM.read(9);
     
210.   Ki = float(iKi);
     
211.   Kd = float(iKd);
     
212.   Kp = float(iKp);
     
213.   unsigned char Para[22] = {
     
214.     0x5A,0xA5,0x13,0x82,0x00,0x70,0x00,recordMaxID,targetTemp>>8,targetTemp & 0x00FF,0x00,targetSpeed,iKp>>8,iKp & 0x00FF,iKi>>8,iKi & 0x00FF,iKd>>8,iKd & 0x00FF,0x00,targetSpeed,targetTemp>>8,targetTemp & 0x00FF };
     
215.   Serial.write(Para,22);
     
216. }
     
217. 
     
218. void saveSetting()
     
219. {
     
220.   String indata = "";
     
221.   unsigned char getPara[7] = {
     
222.     0x5A,0xA5,0x04,0x83,0x00,0x71,0x05 };
     
223.   Serial.write(getPara,7);
     
224.   delay(200);
     
225.   while (Serial.available() > 0)
     
226.   {
     
227.     indata += char(Serial.read());
     
228.     delay(2);
     
229.   }
     
230.   if(indata.length() > 0)
     
231.   {
     
232.     EEPROM.write(1,indata[7]);
     
233.     EEPROM.write(2,indata[8]);
     
234.     //targetTemp = (indata[7]<<8)+indata[8];写法有错但没找到原因，所以用下一句实现
     
235.     targetTemp = (EEPROM.read(1)<<8)+EEPROM.read(2);
     
236.     EEPROM.write(3,indata[10]);
     
237.     targetSpeed = indata[10];
     
238. 
     
239.     EEPROM.write(4,indata[11]);
     
240.     EEPROM.write(5,indata[12]);
     
241.     Kp = float((indata[11]<<8)+indata[12]);
     
242.     EEPROM.write(6,indata[13]);
     
243.     EEPROM.write(7,indata[14]);
     
244.     Ki = float((indata[13]<<8)+indata[14]);       
     
245.     EEPROM.write(8,indata[15]);
     
246.     EEPROM.write(9,indata[16]);
     
247.     Kd = float((indata[15]<<8)+indata[16]);       
     
248. 
     
249.     unsigned char setPara[10] = {
     
250.       0x5A,0xA5,0x07,0x82,0x00,0x76,0x00,indata[10],indata[7],indata[8] };
     
251.     Serial.write(setPara,10);
     
252.   }
     
253.   indata = "";
     
254. }
     
255. 
     
256. void saveRecord()
     
257. {
     
258.   Ductility[SampleID] = Distence;
     
259.   SampleID++;
     
260.   
     
261.   if(SampleID == 3)
     
262.   {
     
263.     Timer1.stop();
     
264.     FlagRun = false;
     
265.     unsigned char TestOFF[8] = {
     
266.       0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x12,0x00,0x00  
     
267.     };
     
268.     Serial.write(TestOFF, 8);  
     
269.     delay(50);
     
270.        
     
271.     SampleID = 0;
     
272.     unsigned int AVG = 0;
     
273.     AVG = int((Ductility[0]+Ductility[1]+Ductility[2])/3);
     
274.     unsigned char setPara[8] = {
     
275.       0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0C,AVG>>8,AVG & 0x00FF  };
     
276.     Serial.write(setPara,8);
     
277. 
     
278.     EEPROM.write(0,recordMaxID);
     
279.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 1,Ductility[0]>>8);
     
280.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 2,Ductility[0] & 0x00FF);
     
281.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 3,Ductility[1]>>8);
     
282.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 4,Ductility[1] & 0x00FF);
     
283.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 5,Ductility[2]>>8);
     
284.     EEPROM.write(20+recordMaxID*6 + 6,Ductility[2] & 0x00FF);            
     
285. 
     
286.     if(recordMaxID < 100)
     
287.       recordMaxID++;
     
288.     else
     
289.       recordMaxID = 1;   
     
290.   }
     
291. }
     
292. 
     
293. void readRecord(unsigned char id)
     
294. {
     
295.   delay(50);
     
296.   unsigned int s1,s2,s3,avg;
     
297.   s1=(EEPROM.read(20+id*6 + 1)<<8)+EEPROM.read(20+id*6 + 2);
     
298.   s2=(EEPROM.read(20+id*6 + 3)<<8)+EEPROM.read(20+id*6 + 4);
     
299.   s3=(EEPROM.read(20+id*6 + 5)<<8)+EEPROM.read(20+id*6 + 6);
     
300.   avg=(s1+s2+s3)/3;
     
301.   
     
302.   unsigned char setRecord[16] = {
     
303.     0x5A,0xA5,0x0D,0x82,0x00,0x13,0x00,id,s1>>8,s1 & 0x00ff,s2>>8,s2 & 0x00ff,s3>>8,s3 & 0x00ff,avg>>8,avg & 0x00ff
     
304.   };
     
305.   Serial.write(setRecord,16);
     
306. }
     
307. 
     
308. //========================================================================================================================================
     
309. void readComm()
     
310. {
     
311. unsigned char TestOFF[8] = {
     
312.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x12,0x00,0x00  };  
     
313. unsigned char TestON[8] = {
     
314.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x12,0x00,0x01  };  
     
315.    
     
316. unsigned char TempON[8] = {
     
317.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0E,0x00,0x01  };   
     
318. unsigned char TempOFF[8] = {
     
319.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0E,0x00,0x00  };
     
320. 
     
321. unsigned char BumpON[8] = {
     
322.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0D,0x00,0x01  };
     
323. unsigned char BumpOFF[8] = {
     
324.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x0D,0x00,0x00  };   
     
325. 
     
326. unsigned char setChar[14] = {
     
327.    0x5A,0xA5,0x0b,0x82,0x00,0x09,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00  };   
     
328. unsigned char setmaxRecordID[8] = {
     
329.    0x5A,0xA5,0x05,0x82,0x00,0x70,0x00,recordMaxID  };
     
330. 
     
331.   String indata = "";
     
332.   while (Serial.available() > 0)  
     
333.   {
     
334.     indata += char(Serial.read());
     
335.     delay(2);
     
336.   }
     
337.   if(indata.length() > 0)
     
338.   {
     
339.     switch (indata[8])
     
340.     {
     
341.     case 0x01://归零
     
342.       if(FlagRun == false)
     
343.         moveMotor(400,HIGH);
     
344.       break;
     
345.     case 0x02://记录
     
346.       if(FlagRun == true)
     
347.         saveRecord();
     
348.       break;
     
349.     case 0x03://前进
     
350.       if(FlagRun == false)
     
351.         moveMotor(targetSpeed,LOW);
     
352.       break;
     
353.     case 0x04://后退
     
354.       if(FlagRun == false)
     
355.         moveMotor(targetSpeed,HIGH);
     
356.       break;
     
357.     case 0x05://开始   
     
358.       if(FlagRun == false)
     
359.       {
     
360.         FlagRun = true;
     
361.         Serial.write(TestON, 8);
     
362.         delay(50);               
     
363.         
     
364.         SampleID = 0;
     
365.         Distence = 0;
     
366.         Ductility[0] = 0;
     
367.         Ductility[1] = 0;
     
368.         Ductility[2] = 0;   
     
369. 
     
370.         Serial.write(setChar,14);
     
371.         delay(50);
     
372.         Serial.write(setmaxRecordID,8);
     
373.         
     
374.         moveMotor(targetSpeed,LOW);      
     
375.       }
     
376.       break;
     
377.     case 0x06://水泵
     
378.       BumpState = !BumpState;
     
379.       digitalWrite(PIN_BUMP,BumpState);   
     
380.       if(BumpState == false)
     
381.       {
     
382.         Serial.write(BumpON,8);        
     
383.       }
     
384.       else
     
385.       {       
     
386.         Serial.write(BumpOFF,8);
     
387.       }   
     
388.       break;
     
389.     case 0x07://温控
     
390.       FlagTempCtrl = !FlagTempCtrl;
     
391.       if(FlagTempCtrl == false)
     
392.       {
     
393.         tempCtrlStop();                     
     
394.         Serial.write(TempOFF, 8);
     
395.       }
     
396.       else
     
397.       {          
     
398.         Serial.write(TempON, 8);
     
399.       }
     
400.       break;
     
401.     case 0x08: //停止  
     
402.       Timer1.stop();
     
403.       FlagRun = false;
     
404.       Serial.write(TestOFF, 8);
     
405.       break;
     
406.     case 0x11: //参数保存
     
407.       saveSetting();   
     
408.       break;   
     
409.     case 0x18://查询前翻页
     
410.       readRecordID--;
     
411.       if(readRecordID==0)
     
412.       {
     
413.         readRecordID = 100;
     
414.       }
     
415.       readRecord(readRecordID);
     
416.       break;
     
417.     case 0x19://查询后翻页
     
418.       readRecordID++;
     
419.       if(readRecordID==101)
     
420.       {
     
421.         readRecordID = 1;
     
422.       }
     
423.       readRecord(readRecordID);   
     
424.       break;
     
425.     }                 
     
426.   }
     
427.   indata = "";
     
428. }
     
429. //========================================================================================================================================
     
430. void setup()
     
431. {
     
432.   unsigned char LED[7] = {
     
433.     0x5A,0xA5,0x03,0x80,0x01,0x40 };
     
434.   unsigned char PIC[8] = {
     
435.     0x5A,0xA5,0x04,0x80,0x03,0x00,0x01 };
     
436.    
     
437.   Serial.begin(9600);
     
438.   delay(2500);
     
439.   Serial.write(LED, 7);  
     
440.   delay(50);
     
441.   Serial.write(PIC, 8);  
     
442.   delay(50);
     
443.   readSetting();
     
444. 
     
445.   initGPIO();
     
446.   init18B20();
     
447. 
     
448.   windowStartTime = millis();
     
449. 
     
450.   initTimer1();
     
451.   //moveMotor(400,HIGH);
     
452. }
     
453. 
     
454. void loop()
     
455. {
     
456.   readComm();
     
457. 
     
458.   if(FlagTempCtrl == true)
     
459.     tempCtrlStart();
     
460. }

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mostblack

小弟最近在做一款gprs考勤机，希望可以多多交流

zoologist

是工业级别的应用还是消费级别的应用？

novelcrab

zoologist 发表于 2014-12-17 08:33
是工业级别的应用还是消费级别的应用？

算是工业级别吧

zoologist

novelcrab 发表于 2014-12-17 09:04
算是工业级别吧

不错！ 厉害！

451506709

5S的控制周期会不会有点大呢？

451506709

代码中，“光电位移计数开关”和“极限位置开关”并没有用到外部中断哦

novelcrab

451506709 发表于 2014-12-17 14:11
5S的控制周期会不会有点大呢？

作为水温控制这样大滞后控制，控制周期为5-20s都是适宜的，所以我取了5秒。

在这个项目中，PID的控制效果应该说还可以，可以控制到0.25摄氏度。

PS:该水温环境有隔热保护，且几乎是密闭的，所以温控效果还令人满意。

novelcrab

451506709 发表于 2014-12-17 14:24
代码中，“光电位移计数开关”和“极限位置开关”并没有用到外部中断哦

在我尝试的过程中发现引脚的中断和定时器TIMER1这个库函数是有冲突的，会导致无法进入中断，所以采用电平检测的方式，而因为在主线程里有一个18B20测温，里面有几百毫秒的延时（delay函数），所以只能把电平检测挪到定时器函数里进行检测。