hulk/FilmForge
1
0
Fork 0
generated from hulk/gd32f4xx_template_cmake_vscode
Code Issues Pull Requests Actions Packages Projects Releases 4 Wiki Activity

Heater PID closed-loop on PB12 (HEAT_EN) with safety protections

Browse Source
This commit is contained in:
hulk
2026-10-10 10:04:48 +08:00
parent 6246a87c3c
commit 30540d884d
8 changed files with 276 additions and 40 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files
Src/command.c
+18 -31
View File
@@ -16,6 +16,7 @@
#include "uart.h"
#include "systick.h"
#include "ntc.h"
#include "heat.h"
#include "board_config.h"
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
@@ -68,22 +69,10 @@ static uint16_t s_temp_report_period_ms = 500; /**< 上报间隔（ms），100~6
static uint16_t s_temp_report_counter = 0; /**< 主循环 10ms 圈计数 */
/** @} */
/** @name M3/M4 加热控制状态（预留：当前仅软件状态，硬件执行体待接入）
/** @name M3/M4 加热控制（heat 模块：PB12 慢 PWM + PID 闭环）
* @{ */
static bool s_heater_on = false; /**< 加热开关状态 */
static float s_heater_target = 0.0f; /**< 目标温度（摄氏度，M4S 设定） */
/** @} */
/**
* @brief 加热输出执行体（按开关状态与目标温度驱动加热器件）。
* @note TODO: 加热驱动（MOS/PWM/继电器）接入后在此实现真实输出；
* 当前 M3/M4 仅维护软件状态（GUI 可先行联调协议）。
*/
static void heater_apply(void)
{
/* 占位：接入加热驱动后替换为真实硬件输出 */
}
void system_software_reset(void)
{
// 确保所有待处理的内存访问完成
@@ -354,10 +343,10 @@ static bool __attribute__((unused)) find_parameter_value(const uint8_t *cmd, uin
* - M1: 单次查询温度值（payload 为 ASCII 摄氏度，如 "23.8"；OPEN/SHRT=故障）
* - M2: 查询连续上报状态（payload: "ON <ms>" 或 "OFF"）
* - M2S<ms>: 设置连续上报间隔（100~60000）并开启；M2S0 停止
* - M3: 查询加热状态（payload: "ON" / "OFF"）
* - M3S1/M3S0: 开启/关闭加热（预留，当前仅软件状态）
* - M3: 查询加热使能（payload: "ON" / "OFF"）
* - M3S1/M3S0: 开启/关闭加热（PB12 慢 PWM，PID 按目标温度闭环）
* - M4: 查询目标温度（payload: ASCII 摄氏度）
* - M4S<temp>: 设定目标温度（整数摄氏度，0~200；预留，当前仅软件状态）
* - M4S<temp>: 设定目标温度（整数摄氏度，0~200）
* - M888: 软件复位
* - M999: 输出固件版本号（v<板卡码>.<主>.<次>.<修订>）
* - M9999: 进入 OTA 模式（复位进 Bootloader）
@@ -466,11 +455,11 @@ void handle_command(const uint8_t *frame, uint8_t len) {
return;
/* ==========================================
* M3 加热开关（预留，当前仅软件状态）
* M3 : 查询加热状态（payload: "ON" / "OFF"）
* M3S1 : 开启加热
* M3S0 : 关闭加热
* 注意：上电默认关闭；看门狗/异常处理策略待控温闭环设计时补充。
* M3 加热开关（PB12 慢 PWM 驱动 + PID 闭环）
* M3 : 查询加热使能（payload: "ON" / "OFF"）
* M3S1 : 开启加热（使能后由 PID 按目标温度闭环输出）
* M3S0 : 关闭加热（立即断输出并复位 PID）
* 安全：上电默认关闭；NTC 故障/过温时强制关断。
* ========================================== */
case 3u:
{
@@ -478,23 +467,22 @@ void handle_command(const uint8_t *frame, uint8_t len) {
if (find_parameter_value(&cmd[cmd_index], (uint8_t)(cmd_len - cmd_index), 'S', &onoff)) {
if (onoff == 0U || onoff == 1U) {
s_heater_on = (onoff == 1U);
heater_apply();
heat_set_enable(onoff == 1U);
send_response(RESP_TYPE_OK, s_report_status_ok, sizeof(s_report_status_ok));
} else {
send_response(RESP_TYPE_PARAM_ERR, s_report_status_err, sizeof(s_report_status_err));
}
} else {
send_response(RESP_TYPE_OK,
s_heater_on ? (const uint8_t *)"ON" : (const uint8_t *)"OFF",
s_heater_on ? 2U : 3U);
heat_get_enable() ? (const uint8_t *)"ON" : (const uint8_t *)"OFF",
heat_get_enable() ? 2U : 3U);
}
COMMAND_DEBUG("M3 heater %s", s_heater_on ? "ON" : "OFF");
COMMAND_DEBUG("M3 heater %s", heat_get_enable() ? "ON" : "OFF");
}
return;
/* ==========================================
* M4 温度设定（预留，当前仅软件状态）
* M4 温度设定（PID 目标值）
* M4 : 查询目标温度（payload: ASCII 摄氏度，如 "120.0"）
* M4S<temp> : 设定目标温度（整数摄氏度，HEATER_TEMP_MIN~MAX）
* ========================================== */
@@ -504,18 +492,17 @@ void handle_command(const uint8_t *frame, uint8_t len) {
if (find_parameter_value(&cmd[cmd_index], (uint8_t)(cmd_len - cmd_index), 'S', &target)) {
if (target >= HEATER_TEMP_MIN && target <= HEATER_TEMP_MAX) {
s_heater_target = (float)target;
heater_apply();
heat_set_target((float)target);
send_response(RESP_TYPE_OK, s_report_status_ok, sizeof(s_report_status_ok));
} else {
send_response(RESP_TYPE_PARAM_ERR, s_report_status_err, sizeof(s_report_status_err));
}
} else {
char target_str[8];
uint8_t n = (uint8_t)sprintf(target_str, "%.1f", s_heater_target);
uint8_t n = (uint8_t)sprintf(target_str, "%.1f", heat_get_target());
send_response(RESP_TYPE_OK, (const uint8_t *)target_str, n);
}
COMMAND_DEBUG("M4 target: %.1f", s_heater_target);
COMMAND_DEBUG("M4 target: %.1f", heat_get_target());
}
return;
Src/heat.c
+171
View File
@@ -0,0 +1,171 @@
/**
* @file heat.c
* @brief 加热控制：慢 PWM 驱动（PB12）+ PID 控温闭环 + 安全保护。
* @details 硬件：PB12=HEAT_EN，高 = 加热开（2N7002K 电平转换 → VBE2412 PMOS → 24V）。
* 开关频率约束（<=10Hz）由"1s 载波周期 + 10% 占空步进"保证——每档脉宽
* 恒为 100ms 的整数倍。PID 以 500ms 周期计算（NTC 后台采样 100ms），
* 输出量化到 0~10 档占空。
* @note 安全保护：上电默认关闭；NTC 传感器故障（OPEN/SHRT）强制关断；
* 过温（>= HEATER_OVERTEMP_C）滞回保护；未使能强制关断。
*/
#include "heat.h"
#include "ntc.h"
#include "gd32f4xx_rcu.h"
#include "gd32f4xx_gpio.h"
#include "board_config.h"
/******************************************************************************/
/* 内部状态 */
static bool s_enable = false; /* 加热使能（M3） */
static float s_target = 0.0f; /* 目标温度（M4） */
static uint8_t s_duty10 = 0; /* 量化占空档位 0~10（x10%） */
static bool s_overtemp = false; /* 过温锁存（滞回恢复） */
static float s_integral = 0.0f; /* PID 积分项 */
static float s_prev_err = 0.0f; /* PID 上次误差 */
static uint16_t s_pwm_phase_ms = 0; /* PWM 载波相位 0..PERIOD-1 */
static uint16_t s_pid_divider = 0; /* PID 周期分频（10ms 圈） */
/******************************************************************************/
/* 底层输出 */
static void heat_out(bool on);
static void heat_out(bool on) {
if (on) {
gpio_bit_set(HEATER_EN_PORT, HEATER_EN_PIN);
} else {
gpio_bit_reset(HEATER_EN_PORT, HEATER_EN_PIN);
}
}
void heat_init(void) {
/* PB12 推挽输出低：上电默认加热关 */
rcu_periph_clock_enable(HEATER_EN_RCU);
gpio_mode_set(HEATER_EN_PORT, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, HEATER_EN_PIN);
gpio_output_options_set(HEATER_EN_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, HEATER_EN_PIN);
heat_out(false);
}
/******************************************************************************/
/* PID */
/**
* @brief 复位 PID 积分与历史误差（使能切换/传感器故障时调用，防积分残留冲击）。
*/
static void pid_reset(void) {
s_integral = 0.0f;
s_prev_err = 0.0f;
}
/**
* @brief PID 计算（500ms 周期）：误差 -> 占空档位 s_duty10（0~10）。
*/
static void pid_compute(void) {
float t = ntc_get_temperature();
/* 传感器故障（开路/短路）：安全第一，强制关断并复位 PID */
if (t <= -273.0f) {
s_duty10 = 0;
pid_reset();
return;
}
/* 未使能：强制关断 */
if (!s_enable) {
s_duty10 = 0;
pid_reset();
return;
}
/* 过温滞回保护：达到阈值锁存关断，降回阈值-滞回量后恢复 PID */
if (t >= HEATER_OVERTEMP_C) {
s_overtemp = true;
} else if (t <= (HEATER_OVERTEMP_C - HEATER_OVERTEMP_HYST)) {
s_overtemp = false;
}
if (s_overtemp) {
s_duty10 = 0;
pid_reset();
return;
}
/* 位置式 PID */
float err = s_target - t;
s_integral += err;
{
/* 积分限幅（抗饱和）：积分项贡献不超过满量程 */
float imax = 100.0f / HEATER_PID_KI;
if (s_integral > imax) s_integral = imax;
if (s_integral < -imax) s_integral = -imax;
}
float deriv = err - s_prev_err;
s_prev_err = err;
float u = HEATER_PID_KP * err + HEATER_PID_KI * s_integral + HEATER_PID_KD * deriv;
if (u < 0.0f) u = 0.0f; /* 降温靠自然散热，输出不为负 */
if (u > 100.0f) u = 100.0f;
/* 输出量化到 10% 档位（四舍五入） */
s_duty10 = (uint8_t)((u + (float)HEATER_PWM_STEP_PCT / 2.0f) / (float)HEATER_PWM_STEP_PCT);
}
/******************************************************************************/
/* 公共接口 */
void heat_task(void) {
uint8_t prev_duty = s_duty10;
/* PWM 载波相位推进（10ms tick） */
s_pwm_phase_ms += 10U;
if (s_pwm_phase_ms >= HEATER_PWM_PERIOD_MS) {
s_pwm_phase_ms = 0U;
}
/* PID 周期分频 */
s_pid_divider += 10U;
if (s_pid_divider >= HEATER_PID_PERIOD_MS) {
s_pid_divider = 0U;
pid_compute();
if (s_duty10 != prev_duty) {
s_pwm_phase_ms = 0U; /* 占空变更：从新周期起点开始，响应即时 */
}
}
/* 按占空档位输出：0 档常关、10 档常开、其余按相位斩波 */
uint16_t on_ms = (uint16_t)s_duty10 * (HEATER_PWM_PERIOD_MS / 10U);
if (s_duty10 == 0U) {
heat_out(false);
} else if (s_duty10 >= 10U) {
heat_out(true);
} else {
heat_out(s_pwm_phase_ms < on_ms);
}
}
void heat_set_enable(bool on) {
if (s_enable == on) return; /* 幂等 */
s_enable = on;
if (!on) {
s_duty10 = 0;
pid_reset();
heat_out(false);
}
}
bool heat_get_enable(void) {
return s_enable;
}
void heat_set_target(float temp_c) {
s_target = temp_c;
}
float heat_get_target(void) {
return s_target;
}
uint8_t heat_get_duty(void) {
return s_duty10;
}
Src/main.c
+4 -1
View File
@@ -13,6 +13,7 @@
#include "rs485.h"
#include "command.h"
#include "ntc.h"
#include "heat.h"
#include "led.h"
#include "pwr_hold.h"
#include <stdio.h>
@@ -38,6 +39,7 @@ int main(void)
rs485_init();
ntc_init();
heat_init();
#if DEBUG_MODE == CFG_ENABLE
printf("FilmForge FW %s, built %s\r\n", PROJECT_VERSION, BUILD_DATE);
@@ -52,8 +54,9 @@ int main(void)
/* RS485 数据口命令处理（D5 帧协议，具体业务命令在 command.c 扩展） */
command_process();
/* NTC 后台采样（100ms 一次）+ M2 连续上报任务 */
/* NTC 后台采样（100ms 一次）+ 加热 PID/PWM 任务 + M2 连续上报任务 */
ntc_sample_task();
heat_task();
command_report_task();
/* debug 串口周期打印 NTC 温度（约 1s 一次，读后台采样全局值） */