C语言使用STM32开发板手搓高端家居洗衣机

目录

概要

成品效果

背景概述

1.开发环境

2.主要传感器。

技术细节

1. 用户如何知道选择了何种功能

2.启动后如何进行洗衣

3.如何将洗衣机状态上传至服务器并通过APP查看

4.洗衣过程、可燃气检测、OLED屏显示、服务器通信如何并发进行

小结

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概要

        本文章主要是讲解如何基入STM32开发板，来做一个智能洗衣机，该洗衣机有16种洗衣功能、有模式选择LED灯、检测可燃气浓度功能、OLED显示时间功能、手机APP查看状态功能。具体工作流程看下图

成品效果

        本产品在启动后，外部的电磁锁会自动上锁。模拟市面上的侧开式滚筒洗衣机，通过开发板上的按键来选择功能和开关机，下面是实物成品图：

视频链接:手搓家用智能洗衣机_哔哩哔哩_bilibili

侧面图（带板子）

                正面图（带入水池）

机体内部1

机体内部2

背景概述

如果看到这里已经开始感兴趣的道友，本文现在正式简绍产品所有所需材料及开发环境等背景

1.开发环境

板子：STM32F4系列

软件：keil5

机体：自行焊接的外壳

2.主要传感器。

        WIFI模块、OLED屏、水位检测模块、可燃气检测模块、直流电机、抽水泵、电池锁、继电器、电池组、LED流水灯

        具体完整模块清单已上传资源

技术细节

        因为不想长篇大论，这里就说部分项目的难点、解决方法和其中模块、板子、服务器直接的链接和规划。

1. 用户如何知道选择了何种功能

       使用两排8灯的LED流水灯，将其连接到开发板的16个IO口上。通过板子上的4个按键电平变化来知道按下的键位。设定：按键1长按2s开机，按键2和按键3可以选择模块，按下后对应的LED灯电平设为低电平使其亮灯，并且记录模式标志位。按键4可启动程序

2.启动后如何进行洗衣

       先将继电器模块分别连接开发板和直流电机、抽水泵、电热片、水位检测等传感器。收到启动信号后，通过ADC转换判断当前水位高度，到达指定高度后打开入水泵继电器开关，开始抽水，同时自动上锁。

        同理，水位到达指定高度后，抽水泵关闭，电机滚筒开始工作。时间到后，启动排水泵。通过程序设计可实现洗涤、漂洗、甩干功能。而选择特定模式如：烘干、标准洗。可在指定时间打开电热片，并同过风扇将热风穿过送风口到达滚筒内部进行烘干。

        启动后，板子和OLED屏通过IIC协议进行通信，将剩余时间实时更新至屏幕

3.如何将洗衣机状态上传至服务器并通过APP查看

        板子连接Esp8266WIFI模块，通过UART协议发送AT指令，连上热点后可开启透传模式。这时即可通过MQTT协议同阿里云服务器的物联网平台进行通信。这里需要注意发布和订阅的处理和设定。成功上传服务器后可通过阿里云应用开发平台进行APP界面设计，阿里云平台的步骤我已上传，下载查看即可。

4.洗衣过程、可燃气检测、OLED屏显示、服务器通信如何并发进行

        这里就要用到操作系统了，因为裸机开发只能做到简单的洗衣功能。本产品用的是FreeRots实时操作系统，将各步骤分为了5个一级任务，部分任务里面也会创建二级任务来达到需求。其中通过任务优先级的大小来决定其任务顺序：

1.硬件初始化任务                        2.链接服务器任务

3.可燃气检测任务                        4.程序主入口任务

5.数据上报任务

补充：

FreeRTOS是一个开源的实时操作系统内核，它支持优先级继承和优先级天花板协议，以确保系统的实时性能和任务的响应时间。在FreeRTOS中，任务的优先级规则如下：

1. 优先级分配：每个任务都可以被分配一个唯一的优先级。在FreeRTOS中，优先级编号通常是一个无符号整数，优先级的范围可以从0到configMAX_PRIORITIES-1，其中configMAX_PRIORITIES是在FreeRTOS配置文件中定义的。

2. 最高优先级规则：FreeRTOS是一个基于优先级的抢占式调度器。当多个任务处于就绪状态时，调度器将选择优先级最高的任务来执行。如果有两个或多个任务具有相同的优先级，调度器将根据任务的就绪态切换（round-robin）来决定执行哪个任务。

3. 优先级继承：当高优先级任务试图访问一个已经被低优先级任务占用的资源（如互斥量）时，低优先级任务将临时继承高优先级任务的任务优先级，以防止高优先级任务发生优先级反转（priority inversion）。一旦低优先级任务释放了资源，它的优先级将恢复到原来的值。

4. 优先级天花板协议：这是一种可选的优先级继承的变种，它可以减少优先级反转的发生。在天花板协议中，当任务获取互斥量时，它会将自己的优先级提升到该互斥量的天花板优先级（一个预先定义的最高优先级），从而防止更高优先级的任务被阻塞。

5. 中断和临界区：中断服务例程（ISR）的执行优先级高于所有任务。在ISR中，可以调用中断安全的API来执行一些操作。为了保护共享资源，任务可以使用临界区，在临界区中，调度器会被暂时禁用，以防止其他任务执行。

6. 时间片调度：尽管FreeRTOS是抢占式的，但它也支持时间片（time-slicing）的概念。如果启用了时间片，具有相同优先级的任务将轮流执行，每个任务运行一个时间片（quantum）后，调度器将切换到下一个就绪的任务。

小结

        以上就是部分项目难点和实现过程，实际开发过程绝不像现在述说般的云淡风轻。例如硬件上：线路繁多，要考虑板子有限的IO口和ADC转换器安排分配；机体空间不大，考虑水泵、滚筒等传感器位置和协调；传感器众多，板子电压不足等等情况。

        而在软件上，考虑各模块的通信，熟系不同时序图后，最起码的延时要通过计算总线频率、设置预分频寄存器、重载寄存器来计数达到。而上了操作系统后又要考虑非阻塞延时和阻塞延时等设计；要查看各个传感器数据手册、原理图进行控制和通信...

        项目的各模块代码累积几千行，成品出来后让人心里生成慢慢成就感。本产品也有市场上其他产品所不具备的功能，比如可燃气检测，部分家庭仍然是使用煤气或天然气热水器，而这些可燃气都有泄露的风险。本产品可实时检测可燃气浓度，在超过指定值后蜂鸣器报警并在APP提醒用户，避免发送意外。而本产品设计之初是加装了语言模块，用户通过关键词唤醒智能管家后。可语言选择洗衣模式。后面考虑到可能有儿童误触发语言条件，如果进入机体，容易发生意外，最后移除掉语言功能。

        这次的项目让我对嵌入式产品开发有了更深入的认识，知道了和传感器通信的IIC、SPI、UART等协议，开拓了视野。我对嵌入式开发信心更胜。源码已经开源，希望道友们都能乘风破浪，到达彼岸！