ZZZ-27-STM32逻辑控制与保护

根据我们的开发框架：STM32—>CEMS，前面的学习成功打通了“数据采集与补偿”（零点/量程标定）和“通信与联网”（Modbus RTU），现在开始进入逻辑控制分支的学习

mindmap root((CEMS 分析仪成品)) 数据采集与补偿双重滤波算法算术平均一阶滞后物理量转化零点标定量程缩放状态补偿温度补偿: PT100 压力补偿: 绝压传感器标态换算: 0度, 101.325kPa 通信与联网 Modbus RTU RS485 差分传输寄存器点表设计 CRC 校验报警输出 4-20mA 模拟输出继电器开关量输出人机交互显示界面实时浓度波形系统状态/报警信息菜单系统多级菜单逻辑校准参数设置输入控制旋转编码器/按键权限管理: 用户/专家密码逻辑控制与保护时序管理定时反吹控制自动零点校准时序故障诊断传感器断线检测光源老化/泵故障预警看门狗保护 IWDG 防止死机数据持久化参数存储 FLASH 存储校准值 FLASH 存储配置参数历史记录 RTC 实时时钟历史报警/日志记录

可以从这三个点进行切入：

自动反吹逻辑 (Back-flushing Control)
- 硬件：电磁阀 + 继电器。
- 软件逻辑：STM32 维护一个计时器。例如每 8 小时触发一次，动作顺序：停止采样泵 -> 开启反吹电磁阀 30 秒 -> 关闭阀门 -> 延时 2 分钟等待气路稳定 -> 重新开启采样泵。
PID 伴热控温 (Temperature Control)
- 硬件：PT100 温度传感器 + PWM 控制固态继电器。
- 软件逻辑：你需要编写一个 PID 算法，根据实测温度动态调整加热功率。
气路切换与校准逻辑
- 动作：通过控制多个三通电磁阀，实现“样气”、“零气（氮气）”、“标气（标准浓度 $SO_2$）”的自动切换。
- 意义：这配合你刚才写的 Modbus 06 功能码，可以实现远程自动化校准。

学习路径：

继电器驱动与逻辑隔离：如何用 STM32 的 GPIO 安全地驱动 220V 的电磁阀和泵。
温度采集与计算：学习 PT100 的分度表查找算法或专用采集芯片（如 MAX31865）。
PID 算法基础：如何在 STM32 中实现一个简单的增量式 PID，控制加热管。
状态机编程：用 switch-case 编写一个复杂的“校准/反吹/采样”状态切换逻辑。

如何驱动继电器控制电磁阀

STM32 的 GPIO 引脚输出电压只有 3.3V，驱动电流微乎其微（约 20mA），无法直接驱动电磁阀。因此，我们需要一个“中间人”——继电器 (Relay)。

硬件清单

电力控制与执行模块
- 继电器模块：建议买 4 路 5V 继电器模块 (带光耦隔离)。
  - 用途：控制采样泵、反吹电磁阀、标气切换阀。
- 电磁阀：买 DC 12V 或 24V 二位三通电磁阀 (2 个)。
  - 注意：实验阶段尽量不要用 220V AC，12V/24V DC 安全得多。
- 直流电源适配器：12V 2A 或 24V 2A 1 个。
  - 用途：给电磁阀和继电器线圈供电。
温度与状态补偿模块（解决标态换算）
- PT100 温度探头：买工业级 PT100 三线制探头 1 个。
- MAX31865 采集模块：1 个。
  - 用途：PT100 不是线性电阻，直接接 ADC 很不准。MAX31865 是专用的电阻转数字芯片，是工业测温的标准方案。
- 绝压传感器模块：如 BMP280 或工业级 4-20mA 压力变送器。
  - 用途：用于计算大气压补偿。****
气路模拟与外设
- 微型真空泵 (采样泵)：DC 12V 微型气泵 1 个。
  - 用途：模拟从烟囱抽气。
- HMI 串口屏：推荐大陶屏 (TJC) 或迪文屏 (DWIN)，2.8 寸或 3.5 寸。
  - 用途：这是我们最后一章的重头戏，这类屏幕只需 Modbus 通讯。

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STM32 PA4 (GPIO) ----> [继电器模块 IN 引脚]
STM32 5V         ----> [继电器模块 VCC]
STM32 GND        ----> [继电器模块 GND]

[继电器常开端 NO] ----> [电磁阀正极]
[12V 电源正极]    ----> [继电器公共端 COM]
[12V 电源负极]    ----> [电磁阀负极]