IoT小能手：基于GD32F450的机智云功能板应用支持

jinglixixi

机智云是智能硬件时代专为硬件提供后台支持的云服务平台，其服务内容主要包括统计分析、数据安全、远程管理、软件升级等。去年底机智云又迎来了2.0版本gokit2，相较于GoKit1它在功能上没什么变化，而是将Gokit1的单板卡结构设计为控制板和功能板的双板卡结构，并通过兼容arduino UNO的扩展接口座来连接。这种改变进一步更强了应用的灵活性，也为其它类型的控制板来支持功能板通过了方便。

就目前来讲，控制板有两种类型，一种是基于STM32 主控板，以 STM32F103C8T6为主控芯片；另一种则是基于 Atmel 主控板，以Atmega328为主控芯片。

GD32F450是兆易科技新推出的一款ARM产品，在GD32F450开发板上也配有Arduino接口，这样便为机智云控制板的种类扩展提供了相应的支持。

就机智云功能板来说，它提供了RGB_LED、小电机、红外感应器、小按键、温湿度传感器、WIFI模块及OLED接口等，如图1所示。

图1 机智云功能板

下面就以GD32F450开发板为控制核心，对RGB_LED、小电机、红外感应、小按键、温湿度传感器、串行通讯及OLED接口的使用加以介绍。若配上对GD32F450片内RTC、UART、A/D等资源的所用，则能够进一步增强实用性能。

图2 GD32F450开发板

要对机智云功能板进行编程，主要涉及各引脚关系的构建、GPIO口输入/输出功能的设置及高低电平输出语句的定义、输入电平的读取与判别、脉冲信号与时序的模拟等。

为了便于理解，这里按由简单到复杂的顺序来进行。

1.小电机

功能板上提供了一个小的直流电机，其接口电路如图3所示。它是通过L9110进行功率驱动，当在IA和IB两端施加相异的电平时，可控制电机的正反转。

图3  电机电路

电机与GD32F450的连接关系为：

  IA-PB10  

  IB-PE14     

小电机的初始化函数为：

1. void MODER_init(void)
   
2.   {
   
3.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
   
4.     gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_10);
   
5. gpio_output_options_set(GPIOB,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_10);
   
6.     GPIO_BC(GPIOB) = GPIO_PIN_10;
   
7. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
   
8.     gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_14);
   
9. gpio_output_options_set(GPIOE,GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_14);
   
10.     GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_14;
    
11. }

复制代码

使用如下高低电平输出语句即可使电机转动，互换高低电平即可实现反向转动。      

GPIO_BOP(GPIOB) = GPIO_PIN_10;    // 输出高电平

GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_14;      // 输出低电平

2.小按键

利用板载的小按键，可进行相应功能的控制，其电路如图4所示。

图4  按键电路

按键与GD32F450的连接关系为：

K1-PB14

K2-PB15

按键的初始化函数为：

1. void KEY_init(void)
   
2. {

复制代码

K1键控制电机转动的语句如下：

GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_14;  

if(RESET==gpio_input_bit_get(GPIOB,GPIO_PIN_14)) RGB_Write_Data(0xff,0x00,0x00);        // K1

{

     GPIO_BOP(GPIOE) = GPIO_PIN_14;    //输出高电平

}

else

{

     GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_14;      //输出低电平

}

3.红外感应

板载的红外感应器用于避障或感应控制，其电路如图5所示。

图5  红外感应电路

电路的作用是：在TCRT5000的一端是一个可发出红外光的二极管，另一端是一个接受器。在无遮挡的情况下，受到照射使电路导通并在AOUT端输出低电平。在LM393的电路中，其作用是充当一个AOUT与电位器设定电位的比较器，以产生阀值开关的效果。当IR_OUT为低电平时，LED2被点亮，否则被熄灭。通过采集IR_OUT的状态即可启动感应开关的作用。

  IR_OUT与GD32F450的连接关系为：

  IR_OUT-PD4

IR_OUT的初始化函数为：

1. void IR_init(void)
   
2. {
   
3. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
   
4.     gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_4);
   
5.     gpio_output_options_set(GPIOD,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_4);
   
6.     GPIO_BC(GPIOD) = GPIO_PIN_4;
   
7.   }

复制代码

以IR控制电机正反转的语句如下：

if (RESET== gpio_input_bit_get(GPIOD,GPIO_PIN_4))

{

GPIO_BOP(GPIOB) = GPIO_PIN_10;

GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_14;      

}   

else        

{

GPIO_BC(GPIOB) = GPIO_PIN_10;

GPIO_BOP(GPIOE) = GPIO_PIN_14;

}       

4.RGB_LED

通常RGB_LED的使用是无需**驱动电路的，故使用起来很简单，只需输出高低电平即可控制其点亮与否。然而在机智云的功能板上却是由P9813来驱动和控制RGB_LED，其接口电路如图6所示。

图6  RGB_LED接口电路

那使用P9813又有何特别之处呢？其主要用途在于，可以串行方式来传送控制信号，并起到控制RGB亮度的作用。而在通常情况下，这是需要使用PWM来实现的。在信号传送过程中，它是通过32个脉冲信号来把控制数据传递到P9813中，再由RGB引脚来输出和控制RGB_LED。

P9813与GD32F450的连接关系为：

SDA-PB7

SCL-PB6

A0-PA3

输出高低电平的定义语句为：

#define SDA_1   GPIO_BOP(GPIOB) = GPIO_PIN_7;

#define SDA_0   GPIO_BC(GPIOB) = GPIO_PIN_7;

#define SCL_0   GPIO_BOP(GPIOB) = GPIO_PIN_6;

#define SCL_1   GPIO_BC(GPIOB) = GPIO_PIN_6;

RGB_LED的初始化函数为:

1. void RGB_init(void)
   
2. {
   
3. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
   
4. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
   
5.     gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7);
   
6.     gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7);
   
7.     GPIO_BC(GPIOB) = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
   
8.     gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_3);
   
9.     gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_3);
   
10.     GPIO_BC(GPIOA) = GPIO_PIN_3;
    
11. }

复制代码

RGB_LED的控制函数如下：

1. void RGB_Write_Data(uint8_t R,uint8_t G,uint8_t B)
   
2. {
   
3.   uint32_t RGB_Data = 0;
   
4.   uint8_t i;
   
5.   RGB_Data |= 0xC0000000;
   
6.   RGB_Data |= ((uint32_t)((~B) & 0xc0)) << 22;
   
7.   RGB_Data |= ((uint32_t)((~G) & 0xc0)) << 20;
   
8.   RGB_Data |= ((uint32_t)((~R) & 0xc0)) << 18;
   
9.   RGB_Data |= ((uint32_t)B) << 16;            
   
10.   RGB_Data |= ((uint32_t)G) << 8;
    
11.   RGB_Data |= R;
    
12.   for (i=0;i<32;i++)
    
13.   {
    
14.        if((RGB_Data & 0x80000000) != 0)
    
15.        {
    
16.          SDA_1;
    
17.        }
    
18.        else
    
19.        {
    
20.          SDA_0;
    
21.         }
    
22.        RGB_Data <<= 1;
    
23.         SCL_0;
    
24.         SCL_1;
    
25.    }
    
26.    SDA_0;         
    
27.    for (i=0;i<32;i++)
    
28.    {
    
29.         SCL_0;
    
30.         SCL_1;
    
31.    }        
    
32. }

复制代码

实现呼吸灯的程序为：

1. uint8_t i=0;
   
2. RGB_init();
   
3. GPIO_BOP(GPIOA) = GPIO_PIN_3;
   
4. RGB_Write_Data(0x00,0x00,0x00);
   
5. for (i=0;i<125;i++)
   
6. {
   
7.         RGB_Write_Data(0x00,0x00,i);
   
8. delay_1ms(20);
   
9. }
   
10. for (i=125;i>0;i--)
    
11. {
    
12.        RGB_Write_Data(0x00,0x00,i);
    
13.    delay_1ms(20);
    
14. }
    
15. for (i=0;i<125;i++)
    
16. {
    
17. RGB_Write_Data(0x00,0x00,i);
    
18.    delay_1ms(20);
    
19. }
    
20. for (i=125;i>0;i--)
    
21. {
    
22.        RGB_Write_Data(0x00,0x00,i);
    
23.    delay_1ms(20);
    
24. }

复制代码

            

实现色彩环的程序如下：

1. while(1)
   
2. {
   
3.       for (i=0;i<255;i++)
   
4.       {
   
5.             RGB_Write_Data(i,0x00,255-i);
   
6. delay_1ms(20);
   
7.       }
   
8.   for (i=0;i<255;i++)
   
9.       {
   
10. RGB_Write_Data(255-i,i,0x00);
    
11. delay_1ms(20);
    
12.       }
    
13.   for (i=0;i<255;i++)
    
14.       {
    
15. RGB_Write_Data(0x00,255-i,i);
    
16. delay_1ms(20);
    
17.       }
    
18. }

复制代码

   RGB_LED的显示效果如图7所示。

图7 RGB_LED显示效果

使用红外感应器作为感应提示器的语句如下：

if(RESET== gpio_input_bit_get(GPIOD,GPIO_PIN_4))   

{

     RGB_Write_Data(0x00,0x00,0xff);    //  蓝色

}

else

{

       RGB_Write_Data(0xff,0x00,0x00);  //  红色

}

实现感应提示的效果如图8。

图8  感应控制

5.OLED接口

功能板上配有OLED接口，该接口适用于SPI接口的OLED屏，其电路如图9所示。由于LCD5110屏用的比较广泛，故这里介绍一下以该接口实现LCD5110屏的显示。由于两者的接口并不完全一致，因此所以需要做些改造，具体的做法是将GND与NC引脚连接，以此向LCD5110的SCE引脚提供片选信号，其它引脚则只需修改引脚的定义即可。

图9 OLED接口

LCD5110屏与GD32F450的连接关系为：

CS-GND

RESET-PE6

D/C-PE2

SDIN-PE4

SCL-PD0

LED-PD1

LCD5110各引脚输出高低电平的定义语句如下：

#define DC_1 GPIO_BOP(GPIOE) = GPIO_PIN_2;

#define DC_0 GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_2;

#define RST_1 GPIO_BOP(GPIOE) = GPIO_PIN_6;

#define RST_0 GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_6;

#define LCD_SCLK_1 GPIO_BOP(GPIOD) = GPIO_PIN_0;

#define LCD_SCLK_0 GPIO_BC(GPIOD) = GPIO_PIN_0;

#define LCD_SDIN_1 GPIO_BOP(GPIOE) = GPIO_PIN_4;

#define LCD_SDIN_0 GPIO_BC(GPIOE) = GPIO_PIN_4;

LCD5110的引脚配置函数如下：

1. void SPI_CONFIG()
   
2. {
   
3. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
   
4. gpio_mode_set          (GPIOE, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,   GPIO_PIN_2| GPIO_PIN_4| GPIO_PIN_6);
   
5. gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP,    GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_2| GPIO_PIN_4| GPIO_PIN_6);
   
6.   
   
7. rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
   
8. gpio_mode_set          (GPIOD, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,   GPIO_PIN_0| GPIO_PIN_1);
   
9. gpio_output_options_set(GPIOD, GPIO_OTYPE_PP,    GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_0| GPIO_PIN_1);
   
10. GPIO_BOP(GPIOD) = GPIO_PIN_1;
    
11. }

复制代码

     lcd5110初始化函数：

1. void LCD_init(void)    //lcd5110测试化
   
2. {
   
3. RST_0;
   
4. delay(100);
   
5. RST_1;
   
6. delay(100);
   
7. RST_0;
   
8. delay(100);
   
9. RST_1;
   
10. delay(100);
    
11. LCD_write_byte(0x21,0);
    
12. LCD_write_byte(0xc3,0);
    
13.     LCD_write_byte(0x10, 0);
    
14. LCD_write_byte(0x20,0);
    
15. LCD_write_byte(0x0C,0);
    
16. LCD_clear();
    
17. }

复制代码

主函数：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.      SPI_CONFIG();
   
4. LCD_init();
   
5. LCD_write_english_string(10,1,"GD32F450VE",0);
   
6. LCD_write_english_string(36,2,"&",0);
   
7. LCD_write_english_string(20,3,"IOTKIT",0);
   
8. LCD_write_english_string(10,5,"2017.6.10",0);
   
9. }

复制代码

其它驱动LCD110屏显示的函数基本无需变化，运行后的显示效果如图10所示。

图10  LCD5110屏显示效果

6.温湿度传感器

功能板上配有DHT11温湿度传感器，其接口电路如图11所示。DHT11与GD32F450的连接关系为：

DHT11_D-PD3

图11 DHT11温湿度传感器电路

DHT11的基本定义语句为：

#define DHT11_GPIO GPIOD  

#define DHT11_GPIO_CLKEN  rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD)

#define DHT11_PIN GPIO_PIN_3  

#define DHT11_PIN_SET gpio_bit_set(DHT11_GPIO,DHT11_PIN)

#define DHT11_PIN_CLR gpio_bit_reset(DHT11_GPIO,DHT11_PIN)

#define DHT11_PIN_Read gpio_input_bit_get(DHT11_GPIO,DHT11_PIN)

DHT11的初始化函数为:

1. int DHT11_Init()
   
2. {
   
3. DHT11_GPIO_CLKEN;
   
4. gpio_mode_set(DHT11_GPIO,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_NONE,DHT11_PIN);
   
5. gpio_output_options_set(DHT11_GPIO,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,DHT11_PIN);
   
6. DHT11_Reset();
   
7. return DHT11_Check();
   
8. }

复制代码

位读取函数为：

1. int DHT11_Read_Bit()  
   
2. {
   
3.         int retry=0;
   
4. while(DHT11_PIN_Read&&retry<100)   
   
5. {
   
6. retry++;
   
7. Delay_us(1);
   
8. }
   
9. retry=0;
   
10. while(!DHT11_PIN_Read&&retry<100)  
    
11. {
    
12. retry++;
    
13. Delay_us(1);
    
14. }
    
15. Delay_us(40);   
    
16. if(DHT11_PIN_Read) return 1;
    
17. else return 0;  
    
18. }

复制代码

字节读取函数为：

1. char DHT11_Read_Byte()   
   
2. {        
   
3. char i,dat;
   
4. dat=0;
   
5. for(i=0;i<8;i++)
   
6. {
   
7.            dat<<=1;
   
8.     dat|=DHT11_Read_Bit();
   
9.   }
   
10. return dat;
    
11. }

复制代码

数据读取函数为：

1. int DHT11_Read_Data(char *temp,char *humi)   
   
2. {        
   
3.         char buf[5],i;
   
4. DHT11_Reset();
   
5. if(DHT11_Check()==0)
   
6. {
   
7. for(i=0;i<5;i++)   
   
8. {
   
9. buf[i]=DHT11_Read_Byte();
   
10. }
    
11. if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
    
12. {
    
13. *humi=buf[0];
    
14. *temp=buf[2];
    
15. }
    
16. }
    
17. else return 1;
    
18. return 0;            
    
19. }

复制代码

温湿度的检测程序为：

1. SPI_CONFIG();
   
2. LCD_init();
   
3. LCD_clear();
   
4. LCD_write_english_string(0,0,"  Temp & Humi",0);
   
5. LCD_write_english_string(0,2,"temp:   C",0);
   
6. LCD_write_english_string(0,4,"humi:   %",0);
   
7.             while (1)
   
8. {
   
9.   DHT11_Read_Data(&temp,&humi);
   
10. delay_1ms(200);  
    
11. LCD_set_XY(32,2);  
    
12. LCD_write_char(temp/10+'0',0);
    
13.     LCD_write_char(temp%10+'0',0);
    
14. LCD_set_XY(32,4);
    
15. LCD_write_char(humi/10+'0',0);
    
16.     LCD_write_char(humi%10+'0',0);
    
17.    }

复制代码

        温湿度检测效果如图12所示。

图12 温湿度显示效果

7.串行通讯

功能板上具有串行通讯功能，其接口电路如图13所示。串行通讯引脚与GD32F450的连接关系为：

USART_RX-PD5

USART_TX-PD6

图13 串行通讯接口电路

串行通讯初始化函数：

1. void usb_to_uart_init(void)
   
2. {
   
3.    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
   
4. rcu_periph_clock_enable(RCU_USART1);
   
5.    gpio_af_set(GPIOD, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_5);
   
6.    gpio_af_set(GPIOD, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_6);
   
7.    gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_PIN_5);
   
8.    gpio_output_options_set(GPIOD,GPIO_OTYPE_PP,     GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_5);
   
9.    gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_PIN_6);
   
10.    gpio_output_options_set(GPIOD,GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6);
    
11.    usart_deinit(USART1);
    
12.    usart_baudrate_set(USART1, 9600U);  
    
13.    usart_receive_config(USART1, USART_RECEIVE_ENABLE);
    
14.    usart_transmit_config(USART1, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    
15.    usart_word_length_set(USART1, USART_WL_8BIT);
    
16.    usart_stop_bit_set(USART1, USART_STB_1BIT);
    
17.    usart_parity_config(USART1, USART_PM_NONE);
    
18.    usart_enable(USART1);
    
19. }

复制代码

利用串行通讯功能，可向EMW3162发送指令，进而实现WIFI通讯及控制。

结束语:

机智云是一个面向智能硬件时代开发平台，通过和新的ARM产品相结合能够不断提升产品的性能，这里通过它与GD32F450开发板的配合，便又增添了一种控制板的方式及一些附加功能，期待在大家共同努力下，机智云产品的性能能够越来越丰富。

Genius

可以这么理解不？

1、楼主的这个帖子是讲  GD32F450接入机智云  以及相关功能实现的代码。关于GD32F450是全新32位通用MCU基于200MHz Cortex®-M4内核，持续以业界领先的强大处理效能与低功耗、高集成度、高可靠性和易用性的最佳组合，主要用于工业控制与物联网。
        GD32F450支持Arduino uno R3标准串口，所以插入一块Gokit扩展板即可接入机智云，并使用机智云自助开发平台的服务。
不管是什么型号的开发板，只要支持Arduino uno R3标准串口，或者是支持插入ESP8266 LPB100 G510等模块并烧写GAgent固件，即可接入机智云。
接入机智云不局限于Gokit。


2、GD32F450+EMW3162（可替换成ESP8266 LPB100 G510等）  接入机智云这里，有没有相关注意事项了？

bigfanofloT

支持国产MCU，GD是北京兆易创新的产品，同后缀名的和意法半导体的STM32系列引脚兼容，还是不错的