本篇继 [[ZZZ-21-串口通讯+VOFA]]，这节学习制作“数字式压力变送器”的雏形
在 CEMS（烟气在线监测系统）中，几乎所有的流量计、压力变送器和氧分析仪都使用 4-20mA 电流环 协议。[[ZZZ-21-串口通讯+VOFA]] 中实现在在 VOFA 中电压图形的输出，这里我们继续沿用它的单片机配置
1. 模拟方案设计
虽然我们手头没有真实的电流传感器，但我们可以通过数学模拟：
- 硬件模拟：假设你在 ADC 引脚上接了一个 150Ω 的采样电阻（工业常用值）。
- 电压区间：
- 4mA 对应电压：$4mA \times 150\Omega = 0.6V$
- 20mA 对应电压：$20mA \times 150\Omega = 3.0V$
- 0.6V ~ 3.0V 就是我们的“有效工作区”。
- 低于 0.5V（约 3.3mA）：判定为传感器断线。
2. 核心算法实现
硬件：USB 转 TTL 模块；两个传感器：一个电位器（方便调节），一个随便什么模拟输出量传感器
我们将之前的代码升级，加入电流换算、压力转换（假设量程 0-1.6MPa）以及报警逻辑。
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/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */
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/* USER CODE BEGIN PV */
#define SAMPLES 10 // 每个通道采样 10 次
#define CHANNELS 2 // 共 2 个通道
uint16_t adc_buffer[SAMPLES * CHANNELS]; // 长度为 20 的数组
/* USER CODE END PV */
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注意这里规定了压力传感器的量程 0-1.6 MPa
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/* USER CODE BEGIN 1 */
static float filter_volt_A = 0.0f;
const float alpha = 0.15f; // 滤波系数，你可以尝试修改这个值观察 VOFA+ 上的变化
const float R_SAMPLE = 150.0f; // 采样电阻 150 欧
const float P_MAX = 1.6f; // 假设压力传感器量程 0-1.6 MPa
const float I_MIN = 4.0f; // 工业标准 4mA
const float I_MAX = 20.0f; // 工业标准 20mA
const float I_FAULT = 3.6f; // 断线阈值 3.6mA（通常 4mA 以下即报警）
/* USER CODE END 1 */
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/* USER CODE BEGIN 2 */
// 为了精准，建议先进行 ADC 校准（F1系列特有）
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
// 核心命令：启动 ADC + DMA
// 参数：ADC句柄，存储的目标地址，要搬运的数据个数
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)adc_buffer, SAMPLES * CHANNELS);
/* USER CODE END 2 */
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while (1)
{
uint32_t sum_A = 0;
uint32_t sum_B = 0;
// 1. 计算平均值（作为原始输入值值）
for(int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
sum_A += adc_buffer[i * CHANNELS];
sum_B += adc_buffer[i * CHANNELS + 1];
}
// 计算当前这一刻的原始电压
float raw_volt_A = (float)sum_A / SAMPLES * 3.3f / 4095.0f;
//这里只用到了一个传感器，传感器B的数据都没有要
//float raw_volt_B = (float)sum_B / SAMPLES * 3.3f / 4095.0f;
// 2. 核心算法：一阶滞后滤波（只对 A 进行处理作为演示）
// 公式：本次输出 = alpha * 本次采样 + (1 - alpha) * 上次输出
filter_volt_A = alpha * raw_volt_A + (1.0f - alpha) * filter_volt_A;
// --- 1. 获取之前的精准滤波电压 ---
// (假设你已经用 VREFINT 计算出了 real_volt_A)
float volt = filter_volt_A;
// --- 2. 换算为电流 (mA) ---
float current_mA = (volt / R_SAMPLE) * 1000.0f;
// --- 3. 换算为物理量 (压力 MPa) ---
// 公式：Pressure = (Current - 4) * (Max_P / (20 - 4))
float pressure = (current_mA - I_MIN) * (P_MAX / (I_MAX - I_MIN));
if (pressure < 0) pressure = 0; // 负数强制清零
// --- 4. 工业逻辑处理 ---
int is_fault = (current_mA < I_FAULT) ? 1 : 0; // 断线检测
int is_high_alarm = (pressure > 1.2f) ? 1 : 0; // 超压报警 (1.2MPa)
// --- 5. VOFA+ 多维度输出 ---
// 通道：电流(mA), 压力(MPa), 故障状态(0/1), 报警状态(0/1)
printf("%.2f,%.3f,%d,%d\n", current_mA, pressure, is_fault, is_high_alarm);
HAL_Delay(20);
/* USER CODE END WHILE */
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3. 你在 VOFA+ 中会看到什么？
当你转动电位器模拟传感器输出时：
- 电流线：你会看到它在 $0 \sim 22mA$ 之间波动。
- 压力线：它会严格跟随电流。你会发现，当电流低于 $4mA$ 时，压力变为 $0$。
- 故障线 (is_fault)：当你把电位器拧到底（模拟断线，电压接近 $0V$）时，这根线会从 $0$ 跳到 $1$。
- 报警线 (is_high_alarm)：当压力模拟值超过 $1.2MPa$ 时，你会看到一个台阶跳变。
4. 为什么这比单纯测电压更专业？
- 零点偏移 (Zero Offset)：在 CEMS 中，如果传感器显示 $4.01mA$ 而不是 $4.00mA$，我们就需要进行“零点校准”。
- 故障自诊断：如果系统发现电流是 $0mA$，它不会报错“压力低”，而是报错“传感器断线”。这是工业仪表最基本的鲁棒性要求。
- 抗噪声：由于你之前已经加了两级滤波，你的压力读数在 VOFA+ 上会非常稳定，即使电流有微小的波动，转换后的压力值依然可以精确到小数点后三位。
