基于AVR64DD32的恒温自动控制系统

内容介绍

在本次活动中，我选择的是基于AVR64DD32单片机的恒温自动控制系统。

项目简介

IO扩展板上有一处加温电阻，将加热区域用物体(纸巾等)包裹起来，通过电流给电阻加热，并通过温度传感器感知板上温度的变化，测温以及在LCD屏上的温度显示。
要求：使用按键设定目标温度，并且通过程序控制加热功率，使得温度尽快尽量稳定的维持在目标温度。温度偏离设定温度±3°C彩灯变为红色。(注意，加热电阻满占空比开启后温度较高)

实现思路

首先熟悉本任务中的各个模块：

主控单元：AVR64DD32，Microchip公司近期推出的高性能24MHz，丰富片上外设的8位单片机。
温度传感器：NST112，纳芯微电子推出一款低功耗高精度数字温度传感器。适用于负温度系数和正温度系数热敏电阻的替换。NST112具有可兼容I2C和SMBus的接口，可通过I2C总线连接到AVR64DD32上。
LCD显示模块：1.44彩色LCD，基于ST7735，SPI接口，方便与AVR64DD32单片机连接。
RGB彩灯：R, G, B三色灯分别连接到AVR64DD32不同的GPIO引脚。
目标温度设定按键：使用到是Curiosity Nano板子上连接到PF6引脚的板载按键，设定好按键中断后，即可在中断服务程序中对目标温度进行更改。

根据任务要求，我在项目设计中先实现了LCD屏幕驱动设计，这里采用的GPIO模拟SPI方式，详见第一节。完成这一节后，可以正常在屏幕上显示各种文字或者数值。
温度传感器NST112的温度值通过I2C接口发送到AVR64DD32，可以把采集到的温度数据显示在LCD屏幕上。
目标温度的设定是通过连接到PF6的按键来调节，每次按键按下后，温度先逐步增高0.5°，最大可以到40度。

软件流程

FipNRZ3H_KqG5bDnwTjGwazwQ_Xg

实现过程

LCD 屏幕点亮

Fvwsb1U03sMwtiEJHCOOfu2GMDUB

这里需要引出 5 根线，通过MCC进行配置，自动生成代码。这里使用的屏幕非常常见，所以可以直接使用 TFT 屏幕驱动进行显示。

2. 温度读取

温度模块采用 NST112。这个模块有 P2P 替代芯片，可以获取到详细的芯片手册。

这里把 PA2 与 PA3 和 NST112 的 I2C 接口相连，芯片地址为 0x48。

void NST112_Read (uint16_t *pData)
{
    uint8_t *pDataTemp = (uint8_t *)pData;
    uint16_t temp = 0;
    TWI0_Read(0x48, pDataTemp, 2);
    do { TWI0_Tasks(); } while (TWI0_IsBusy());
    if(TWI0_ErrorGet() == I2C_ERROR_NONE)
    {
        temp = pDataTemp[0] + pDataTemp[1];
        pDataTemp[1] = temp - pDataTemp[1];
        pDataTemp[0] = temp - pDataTemp[1];
    }
}

3. 目标温度调节

这里通过注册 PF6 的中断回调，在中断中设置目标温度。只要按下就自动加上 0.5。

void PF6_DefaultInterruptHandler(void)
{
    TargetTemperatureValue += 0.5;
}

4. LED 灯控

判断温度差值，如果大于等于 3，那么就亮起红灯。

if (fabs(TargetTemperatureValue - TemperatureValue) >= 3) {
    IO_PD1_SetLow();
} else {
    IO_PD1_SetHigh();
}

项目演示

（电压不够，导致屏幕对比度不够高，凑近点可以看到）

1. 图中所显示的 PWM 为 0，当前温度为 25 度，目标温度为 25 度，符合温度稳定要求。

FsawZKBRB_bpGxBAapMCKrW6NbfL

2. 图中显示的 PWM 为 20%，当前温度为 34.62 度，目标温度为 38.5 度。温差大于 3 度，红灯亮起。（LED 灯所要消耗的电量有点大，导致屏幕电压被拉低）

FsA3z2oyxvzZOQEx3ots58pKAOiH

项目总结

非常感谢硬禾学堂举办的活动，这次活动让我深度体验了 AVR 单片机便捷的图形化编程方式，同时也学习了 SPI、IIC、TCA0 等重要外设的使用。通过活动的实践，我成功实现了加热温度的控制，使实际温度尽量稳定在目标温度上浮动。

最后，我希望硬禾学堂能够不断举办更多类似的活动，让更多的人有机会学习硬件开发，并能够切实地将知识应用到实际项目中。