今日分享野火瑞薩創(chuàng)意氛圍賽選手的作品——基于RA6M5的智能煙霧感應(yīng)吸除系統(tǒng)。

該系統(tǒng)是基于野火啟明RA6M5開發(fā)板制作的一款智能煙霧感應(yīng)裝置。創(chuàng)作背景是作者在手工焊接電子元器件或電路板時(shí)候，常常會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間吸入焊接產(chǎn)生的煙霧而導(dǎo)致身體不適。因此趁著野火創(chuàng)意氛圍賽提供的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，在啟明開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)感應(yīng)煙霧并利用風(fēng)扇吸除的功能，經(jīng)過初步驗(yàn)證，該系統(tǒng)能較好的達(dá)到理想控制狀態(tài)。

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該系統(tǒng)使用的開發(fā)板是野火啟明RA6M5，使用到的額外外設(shè)模塊有一路繼電器、7.4V電池模塊、煙霧傳感器。是基于瑞薩FSP庫完成軟件程序的編寫，由于時(shí)間原因，所有電路連接采用杜邦線完成。

二、項(xiàng)目說明

該系統(tǒng)有兩個(gè)工作模式，可通過野火啟明RA6M5上板載按鍵2切換工作模式。其中工作模式一是通過按鍵手動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。工作模式二是通過煙霧傳感器感應(yīng)煙霧從而發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。

三、系統(tǒng)方案

由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此無需給出系統(tǒng)框圖。簡(jiǎn)述過程就是利用GPIO輸出功能去驅(qū)動(dòng)繼電器打開，將風(fēng)扇與7.4V模塊導(dǎo)通轉(zhuǎn)動(dòng)。利用GPIO輸入功能識(shí)別煙霧傳感器電平信號(hào)從而驅(qū)動(dòng)繼電器。

四、硬件方案展示

1.風(fēng)扇模塊

模塊介紹：該模塊額定電壓為12V，工作電壓為7~12V由于作者手上沒有12V直流電池，因此用7.4V電池模塊替代。

2.繼電器模塊

模塊介紹：由于風(fēng)扇模塊工作電壓遠(yuǎn)高于單片機(jī)工作電壓3.3V，因此利用繼電器特性，可實(shí)現(xiàn)GPIO輸出功能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)或停止。

3.煙霧傳感器

模塊介紹：MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。可以用于該系統(tǒng)中煙霧監(jiān)測(cè)裝置，傳感器特設(shè)M3固定安裝孔，使用寬電壓LM393比較器，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過15mA，配可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度。

4.杜邦線連接介紹

繼電器信號(hào)引腳連接P500，煙霧傳感器信號(hào)線連接P200，按鍵、LED燈均使用板載外設(shè)，因此不再聲明。

五、軟件配置（RASC）

與程序編寫

1.RASC部分

（一）系統(tǒng)時(shí)鐘配置

系統(tǒng)時(shí)鐘使用默認(rèn)設(shè)置200M

（二）LED燈配置

啟動(dòng)板載LED燈用來顯示當(dāng)前工作狀態(tài)

（三）按鍵配置

配置按鍵用于切換功能

（四）煙霧傳感器輸入檢測(cè)配置

和按鍵配置同理

（五）繼電器配置

2.KEIL程序編寫部分

（一）系統(tǒng)框圖

（二）LED部分

bsp_led.c代碼

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#include "bsp_led.h"


void Led_init(void)
{
    //調(diào)用 R_IOPORT_Open 函數(shù)來初始化 IOPORT 模塊
    R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);
}

bsp_led.h代碼

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#ifndef _BSP_LED_H
#define _BSP_LED_H


#include "hal_data.h"


#define LED1_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_00 & 0xFF)
#define LED2_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_03 & 0xFF)
#define LED3_TOGGLE R_PORT4->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_04_PIN_04 & 0xFF)


#define LED1_ON R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_00,BSP_IO_LEVEL_LOW);
#define LED2_ON R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_03,BSP_IO_LEVEL_LOW);
#define LED3_ON R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_04,BSP_IO_LEVEL_LOW);


#define LED1_OFF R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_00,BSP_IO_LEVEL_HIGH);
#define LED2_OFF R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_03,BSP_IO_LEVEL_HIGH);
#define LED3_OFF R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_04_PIN_04,BSP_IO_LEVEL_HIGH);


void Led_init(void);


#endif

（三）按鍵部分
bsp_key.c代碼

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#include "bsp_key.h"


/* 定義宏 KEY_ON 表示按鍵按下
定義宏 KEY_OFF 表示按鍵沒有按下
*/


/* 按鍵初始化函數(shù) */
void Key_Init(void)
{
  /* 初始化配置引腳（這里重復(fù)初始化了，可以注釋掉） */
  //R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);
}


uint32_t Key_Scan(bsp_io_port_pin_t key)
{
    bsp_io_level_t state;
    // 讀取按鍵引腳電平
    R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, key, &state);
    if (BSP_IO_LEVEL_HIGH == state)
    {
        return KEY_OFF; //按鍵沒有被按下
    }
    else
    {
    do //等待按鍵釋放
    {
        R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, key, &state);
    } while (BSP_IO_LEVEL_LOW == state);
    }
    return KEY_ON; //按鍵被按下了
}

bsp_key.h代碼

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#ifndef _BSP_KEY_H
#define _BSP_KEY_H


#include "hal_data.h"


#define KEY_ON 1
#define KEY_OFF 0


#define KEY1_SW2_PIN BSP_IO_PORT_00_PIN_04
#define KEY2_SW3_PIN BSP_IO_PORT_00_PIN_05


#define FAN_TOGGLE R_PORT5->PODR ^= 1<<(BSP_IO_PORT_05_PIN_00 & 0xFF)//繼電器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)


void Key_Init(void);
uint32_t Key_Scan(bsp_io_port_pin_t key);


#endif

（四）系統(tǒng)滴答定時(shí)器部分
bsp_SysTick.c代碼

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#include "bsp_SysTick.h"


static __IO uint32_t IT_nums; //延時(shí)需要觸發(fā)中斷的次數(shù)
static uint32_t IT_Period; //中斷周期(單位為時(shí)鐘節(jié)拍數(shù))


uint32_t Mode_mstick;
uint32_t Systick_mstick;


/**
* @brief 啟動(dòng)系統(tǒng)滴答計(jì)時(shí)器 SysTick
* @param IT_frequency: 滴答計(jì)時(shí)器每秒的中斷次數(shù)
* @retval 無
*/
void SysTick_Init(uint32_t IT_frequency)
{
  /* SystemFrequency在這里默認(rèn)為200M
   * SystemFrequency / 1000  1ms中斷一次
   * SystemFrequency / 100000 10us中斷一次
   * SystemFrequency / 1000000 1us中斷一次
   */
  IT_Period = SystemCoreClock / IT_frequency;//個(gè)人理解：設(shè)置分頻
  uint32_t err = SysTick_Config (IT_Period);//把分頻設(shè)置進(jìn)系統(tǒng)
  assert(err==0); //capture error
}


/**
* @brief 延時(shí)程序
* @param delay: 延時(shí)的單位時(shí)間
* @param unit: 延時(shí)的單位
* @retval 無
*/
void SysTick_Delay(uint32_t delay, sys_delay_units_t unit)
{
    uint32_t SumTime = delay * unit; //計(jì)算總延時(shí)時(shí)間 (單位為時(shí)鐘節(jié)拍數(shù))
    IT_nums = SumTime/IT_Period;//計(jì)算次數(shù)，比如1ms一次中斷，設(shè)置1000，就是1s
    while (IT_nums != 0);//中斷進(jìn)去一次-一次，直到為0跳出
}


/**
 * @brief SysTick的中斷服務(wù)函數(shù)
 * @param 無
 * @retval 無
 * @attention 用e2 studio編譯會(huì)出現(xiàn)警告，但是沒有影響，不需要管
 */


void SysTick_Handler(void)
{
  Systick_mstick++;
}


/*********************************************END OF FILE**********************/

bsp_Systick.h代碼

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#ifndef _BSP_SYSTICK_H
#define _BSP_SYSTICK_H


#include "hal_data.h"


typedef enum
{
  SYS_DELAY_UNITS_SECONDS   = 200000000, ///< Requested delay amount is in seconds
 ? ?SYS_DELAY_UNITS_MILLISECONDS = 200000, ? ?///< Requested delay amount is in milliseconds
 ? ?SYS_DELAY_UNITS_MICROSECONDS = 200 ? ? ? ?///< Requested delay amount is in microseconds
} sys_delay_units_t;


void SysTick_Init(uint32_t IT_frequency);
void SysTick_Delay(uint32_t delay, sys_delay_units_t unit);


#endif

（五）煙霧傳感器部分
bsp_sensor.c代碼

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#include "bsp_sensor.h"
    
void Eensor_Init(void)
{
    //調(diào)用 R_IOPORT_Open 函數(shù)來初始化 IOPORT 模塊
    R_IOPORT_Open (&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);
}

bsp_sensor.h代碼

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#ifndef _BSP_SENSOR_H
#define _BSP_SENSOR_H


#include "hal_data.h"


#define Fan_PIN BSP_IO_PORT_02_PIN_00
#define FAN_ON R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_05_PIN_00,BSP_IO_LEVEL_HIGH);
#define FAN_OFF R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_05_PIN_00,BSP_IO_LEVEL_LOW);


extern uint32_t Mode_mstick;
extern uint32_t Systick_mstick;


void Eensor_Init(void);


#endif

（六）主函數(shù)部分

其余部分均為默認(rèn)程序，在這里不進(jìn)行展示。至此，硬件和軟件部分均介紹完成。

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#include "hal_data.h"
#include "led/bsp_led.h"
#include "key/bsp_key.h"
#include "SysTick/bsp_SysTick.h"
#include "sensor/bsp_sensor.h"


FSP_CPP_HEADER
void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);
FSP_CPP_FOOTER


void Fan_Proc(void);//系統(tǒng)運(yùn)行函數(shù)
bsp_io_level_t Fan_flag;//風(fēng)扇開啟變量，0-關(guān)閉，1-打開
uint8_t Work_Mode = 0;//工作模式 0-手動(dòng)模式 1-煙霧傳感器模式
/*******************************************************************************************************************//**
 * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used. This function
 * is called by main() when no RTOS is used.
 **********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
  /* TODO: add your own code here */
    Led_init();//LED燈初始化
    Key_Init();//按鍵初始化
    Eensor_Init();//傳感器初始化
    SysTick_Init(1000);//滴答定時(shí)器1ms
    
    while(1){
        Fan_Proc();
    }
    
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
  /* Enter non-secure code */
  R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}


void Fan_Proc(void)
{
    if(Systick_mstick-Mode_mstick <= 50)return;
 ? ? ? ? ? ? ? ?Mode_mstick = Systick_mstick;
 ? ? ? ?
 ? ? ? ?if( Key_Scan(KEY1_SW2_PIN) == KEY_ON && Work_Mode == 0) //掃描按鍵1
 ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ?LED1_TOGGLE; //翻轉(zhuǎn) LED1 狀態(tài)
 ? ? ? ? ? ? ? ?FAN_TOGGLE; //開啟風(fēng)扇
 ? ? ? ?}
 ? ? ? ?if( Key_Scan(KEY2_SW3_PIN) == KEY_ON ) //掃描按鍵2
 ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ?LED3_TOGGLE; //翻轉(zhuǎn) LED3 狀態(tài)
 ? ? ? ? ? ? ? ?Work_Mode ^= 1;//反轉(zhuǎn)模式
 ? ? ? ?}
 ? ? ? ?if(Work_Mode == 1)
 ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ?R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, Fan_PIN, &Fan_flag);
 ? ? ? ? ? ? ? ?if(Fan_flag == BSP_IO_LEVEL_LOW)
 ? ? ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?LED2_ON; //打開
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?FAN_ON;//風(fēng)扇開啟
 ? ? ? ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ? ? ? ? ?else if(Fan_flag == BSP_IO_LEVEL_HIGH)
 ? ? ? ? ? ? ? ?{
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?LED2_OFF; //關(guān)閉
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?FAN_OFF;//風(fēng)扇關(guān)閉
 ? ? ? ? ? ? ? ?}
 ? ? ? ?}
}

六、總結(jié)

此次項(xiàng)目由于時(shí)間緊迫，整體設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，主要原因是由于本人前期一直在準(zhǔn)備電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，直到14號(hào)綜測(cè)結(jié)束才開始學(xué)習(xí)瑞薩啟明RA6M5開發(fā)板，在學(xué)習(xí)野火瑞薩開發(fā)板中，我領(lǐng)略到了不同于意法半導(dǎo)體系列開發(fā)板的魅力。我認(rèn)為瑞薩半導(dǎo)體是一個(gè)非常值得學(xué)習(xí)的芯片系列，其圖形化配置有良好的生態(tài)，在學(xué)習(xí)野火編寫的教學(xué)文檔中也受益匪淺。在此，再次感謝野火舉辦創(chuàng)意氛圍賽，讓我有機(jī)會(huì)接觸瑞薩開發(fā)板。如果有機(jī)會(huì)參與下一期創(chuàng)意氛圍賽，我會(huì)努力創(chuàng)造更有特色的產(chǎn)品。