简介：多功能焊接过滤风扇**

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本项目旨在开发一款多功能焊接过滤风扇，它集成了以下核心功能：

1. 焊接烟雾过滤：高效吸入并过滤焊接过程中产生的有害烟雾，保护用户健康。
2. 焊锡丝收纳：方便焊锡丝的存放和取用，保持工作台整洁。
3. 电烙铁架：安全稳固地放置电烙铁，防止意外烫伤和损坏。

系统架构设计

为了构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，我将采用分层架构的设计模式。这种架构将系统划分为多个独立的层次，每个层次负责特定的功能，层与层之间通过明确定义的接口进行通信。这种设计方法具有以下优点：

• 模块化：每个层次都是一个独立的模块，易于开发、测试和维护。
• 可重用性：底层的模块可以被上层模块重用，减少代码冗余。
• 可扩展性：可以方便地添加新的功能模块，而不会影响现有系统的稳定性。
• 易于维护：当系统出现问题时，可以快速定位到问题所在的层次，方便进行维护和修复。

系统架构图

+-----------------------+
|    应用层 (Application Layer)    |  // 用户界面，功能逻辑
+-----------------------+
         |
         |  API接口
         V
+-----------------------+
|    服务层 (Service Layer)      |  // 功能模块，任务调度
+-----------------------+
         |
         |  HAL接口
         V
+-----------------------+
|    硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer)    | // 硬件驱动，底层接口
+-----------------------+
         |
         |  硬件接口
         V
+-----------------------+
|      硬件层 (Hardware Layer)     |  // 传感器，执行器，控制器
+-----------------------+

各层功能详细说明

1. **硬件层 (Hardware Layer)**：

   • 传感器：
     • 烟雾传感器：检测焊接烟雾浓度，用于自动启动/停止风扇或调节风速。
     • 温度传感器：检测电烙铁架附近的温度，用于安全监控或智能控制。
     • （可选）风速传感器：反馈风扇实际转速，实现精确控制。
   • 执行器：
     • 风扇电机：驱动风扇进行烟雾抽吸和过滤。
     • （可选）焊锡丝收纳电机：控制焊锡丝的自动收放。
     • 指示灯 (LED)：指示系统状态，如电源、工作模式、报警等。
     • 蜂鸣器：用于报警提示，如烟雾浓度过高、温度异常等。
   • 控制器：
     • 微控制器 (MCU)：作为系统的核心控制单元，负责运行软件、控制硬件、处理数据。

2. **硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer)**：

   • HAL层作为软件与硬件之间的桥梁，向上层提供统一的硬件接口，屏蔽底层硬件的差异性。
   • GPIO驱动：控制GPIO引脚的输入输出，用于控制LED指示灯、读取按键输入、控制电机使能等。
   • PWM驱动：生成脉冲宽度调制信号，用于控制风扇电机转速、LED亮度等。
   • ADC驱动：模数转换，读取传感器模拟信号，如烟雾传感器、温度传感器等。
   • 定时器驱动：提供定时功能，用于任务调度、延时、周期性采样等。
   • UART驱动：串口通信，用于调试信息输出、外部通信（如果需要）。
   • SPI/I2C驱动：（如果需要）用于连接外部传感器或设备。

3. **服务层 (Service Layer)**：

   • 服务层构建在HAL层之上，提供各种功能模块，实现系统的核心业务逻辑。
   • 风扇控制模块：
     • 初始化风扇电机驱动。
     • 控制风扇的启动、停止。
     • 根据烟雾传感器数据或用户设定，调节风扇转速 (PWM控制)。
     • （可选）风扇转速监控与反馈控制。
   • 烟雾检测模块：
     • 初始化烟雾传感器驱动。
     • 周期性读取烟雾传感器数据。
     • 进行数据处理和滤波，提高数据可靠性。
     • 根据烟雾浓度阈值，判断烟雾浓度级别。
     • 触发风扇自动控制或报警。
   • 温度监控模块：
     • 初始化温度传感器驱动。
     • 周期性读取温度传感器数据。
     • 进行数据处理和滤波。
     • 监控温度是否超出安全范围，触发报警或采取保护措施。
   • 用户界面管理模块：
     • 处理用户输入 (按键、编码器等)。
     • 更新显示 (LCD/OLED等)，显示系统状态、参数设置、报警信息等。
     • 实现菜单导航和参数配置功能。
   • 系统状态管理模块：
     • 管理系统的各种状态，如运行模式、参数设置、报警状态等。
     • 提供状态查询接口，供应用层使用。
   • 任务调度模块：
     • 使用RTOS (Real-Time Operating System) 或简单的任务调度器，管理各个功能模块的运行。
     • 确保系统任务的实时性和响应性。
   • 报警处理模块：
     • 接收来自各个模块的报警请求。
     • 根据报警级别，采取相应的报警措施 (LED指示、蜂鸣器报警、显示报警信息)。

4. **应用层 (Application Layer)**：

   • 应用层是系统的最高层，直接与用户交互，并调用服务层提供的功能模块来实现用户需求。
   • 主程序：
     • 系统初始化 (HAL层、服务层模块初始化)。
     • 创建和启动各个任务 (使用RTOS)。
     • 进入主循环，处理用户输入、更新显示、监控系统状态等。
   • 用户界面逻辑：
     • 实现用户界面的菜单结构和导航逻辑。
     • 处理用户操作 (按键、编码器)。
     • 调用服务层接口，执行用户请求的功能，如设置风扇模式、查看传感器数据等。
   • 系统监控界面：
     • 实时显示系统状态信息，如风扇转速、烟雾浓度、温度等。
     • 显示报警信息。

开发流程

1. 需求分析：

   • 明确产品的功能需求、性能指标、用户使用场景、安全要求等。
   • 例如：风扇风量、过滤效率、烟雾传感器精度、温度传感器量程、用户界面操作流程、功耗要求、EMC要求等。

2. 系统设计：

   • 确定系统架构 (分层架构)。
   • 详细设计各层的功能模块和接口。
   • 选择合适的硬件平台 (MCU、传感器、执行器等)。
   • 选择RTOS (如果需要)。
   • 制定软件开发规范和代码风格。

3. 硬件设计与原型制作：

   • 设计硬件电路原理图和PCB。
   • 选择元器件并进行BOM清单制作。
   • 制作硬件原型样机。

4. 软件开发：

   • HAL层开发：编写各种硬件驱动程序 (GPIO, PWM, ADC, UART, Timer, SPI/I2C)。
   • 服务层开发：实现各个功能模块 (风扇控制, 烟雾检测, 温度监控, UI管理, 系统状态管理, 任务调度, 报警处理)。
   • 应用层开发：编写主程序和用户界面逻辑。
   • 代码集成与编译：将各个模块的代码集成，并使用编译器进行编译。

5. 软件测试与硬件调试：

   • 单元测试：对每个模块进行单独测试，验证其功能正确性。
   • 集成测试：将各个模块集成在一起进行测试，验证模块之间的协同工作。
   • 系统测试：对整个系统进行全面测试，验证系统功能、性能、稳定性、可靠性。
   • 硬件调试：使用调试工具 (JTAG/SWD调试器, 示波器, 万用表) 对硬件进行调试，解决硬件问题。
   • 软件调试：使用软件调试器 (GDB, IDE自带调试器) 对软件进行调试，解决软件bug。

6. 系统验证与优化：

   • 进行长时间运行测试，验证系统稳定性。
   • 进行性能测试，评估系统性能指标是否满足需求。
   • 根据测试结果，进行系统优化，提高系统性能和可靠性。

7. 维护与升级：

   • 建立完善的文档，方便后续维护和升级。
   • 预留软件升级接口 (如OTA升级)，方便进行远程升级。
   • 监控系统运行状态，及时处理用户反馈和问题。

C代码实现 (示例代码，非完整系统，需要根据具体硬件平台和RTOS进行调整)

为了演示代码结构和设计思路，以下提供一些关键模块的C代码示例。由于篇幅限制，不可能提供完整的3000行代码，但代码量会尽量详细，并包含必要的注释。

1. 硬件抽象层 (HAL)

• hal_gpio.h (GPIO驱动头文件)

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 定义GPIO端口和引脚
typedef enum {
    GPIO_PORT_A,
    GPIO_PORT_B,
    // ... 可以根据具体MCU扩展更多端口
} GPIO_Port_t;

typedef enum {
    GPIO_PIN_0,
    GPIO_PIN_1,
    GPIO_PIN_2,
    GPIO_PIN_3,
    GPIO_PIN_4,
    GPIO_PIN_5,
    GPIO_PIN_6,
    GPIO_PIN_7,
    GPIO_PIN_8,
    GPIO_PIN_9,
    GPIO_PIN_10,
    GPIO_PIN_11,
    GPIO_PIN_12,
    GPIO_PIN_13,
    GPIO_PIN_14,
    GPIO_PIN_15,
    // ... 可以根据具体MCU扩展更多引脚
} GPIO_Pin_t;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
} GPIO_Mode_t;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULL_UP,
    GPIO_PULL_DOWN,
} GPIO_Pull_t;

typedef enum {
    GPIO_OUTPUT_LOW,
    GPIO_OUTPUT_HIGH,
} GPIO_Output_t;

// 初始化GPIO引脚
void HAL_GPIO_Init(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin, GPIO_Mode_t mode, GPIO_Pull_t pull);

// 设置GPIO引脚输出状态
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin, GPIO_Output_t output);

// 读取GPIO引脚输入状态
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin);

#endif // HAL_GPIO_H

• hal_gpio.c (GPIO驱动源文件)

#include "hal_gpio.h"

// 假设使用寄存器操作方式，需要包含具体的MCU头文件
// 例如： #include "stm32f4xx_hal.h" // 如果使用STM32 HAL库

// 初始化GPIO引脚
void HAL_GPIO_Init(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin, GPIO_Mode_t mode, GPIO_Pull_t pull) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器配置GPIO
    // 例如 (STM32示例):
    // GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    // GPIO_InitStruct.Pin = (1 << pin); // 将 GPIO_Pin_t 转换为 STM32 的 Pin 定义
    // GPIO_InitStruct.Mode = (mode == GPIO_MODE_INPUT) ? GPIO_MODE_INPUT : GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 根据 GPIO_Mode_t 设置 STM32 的 Mode
    // GPIO_InitStruct.Pull = (pull == GPIO_PULL_UP) ? GPIO_PULLUP : ((pull == GPIO_PULL_DOWN) ? GPIO_PULLDOWN : GPIO_NOPULL); // 根据 GPIO_Pull_t 设置 STM32 的 Pull
    // GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    // HAL_GPIO_Init(port == GPIO_PORT_A ? GPIOA : (port == GPIO_PORT_B ? GPIOB : ...), &GPIO_InitStruct); // 根据 GPIO_Port_t 选择 STM32 的 GPIO 端口
}

// 设置GPIO引脚输出状态
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin, GPIO_Output_t output) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器设置GPIO输出
    // 例如 (STM32示例):
    // HAL_GPIO_WritePin(port == GPIO_PORT_A ? GPIOA : (port == GPIO_PORT_B ? GPIOB : ...), (1 << pin), (output == GPIO_OUTPUT_HIGH) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

// 读取GPIO引脚输入状态
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_Port_t port, GPIO_Pin_t pin) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器读取GPIO输入
    // 例如 (STM32示例):
    // return (HAL_GPIO_ReadPin(port == GPIO_PORT_A ? GPIOA : (port == GPIO_PORT_B ? GPIOB : ...), (1 << pin)) == GPIO_PIN_SET);
    return false; // 默认返回false，需要根据实际情况实现
}

• hal_pwm.h (PWM驱动头文件)

#ifndef HAL_PWM_H
#define HAL_PWM_H

#include <stdint.h>

// 定义PWM通道
typedef enum {
    PWM_CHANNEL_1,
    PWM_CHANNEL_2,
    // ... 可以根据具体MCU扩展更多通道
} PWM_Channel_t;

// 初始化PWM通道
void HAL_PWM_Init(PWM_Channel_t channel, uint32_t frequency);

// 设置PWM占空比 (0-100%)
void HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_Channel_t channel, uint8_t dutyCycle);

// 启动PWM输出
void HAL_PWM_Start(PWM_Channel_t channel);

// 停止PWM输出
void HAL_PWM_Stop(PWM_Channel_t channel);

#endif // HAL_PWM_H

• hal_pwm.c (PWM驱动源文件)

#include "hal_pwm.h"

// 初始化PWM通道
void HAL_PWM_Init(PWM_Channel_t channel, uint32_t frequency) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器配置PWM
    // 例如 (STM32示例):
    // TIM_HandleTypeDef htim;
    // TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;

    // // 选择 TIMx 和 Channel
    // htim.Instance = TIMx; // 根据 PWM_Channel_t 选择 TIMx
    // htim.Init.Prescaler = ...; // 计算预分频系数，根据 frequency 计算
    // htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    // htim.Init.Period = ...; // 计算周期，根据 frequency 和预分频系数计算
    // htim.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    // htim.Init.RepetitionCounter = 0;
    // HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

    // sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    // sConfigOC.Pulse = 0; // 初始占空比为 0
    // sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    // sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    // HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &sConfigOC, channel == PWM_CHANNEL_1 ? TIM_CHANNEL_1 : ...); // 根据 PWM_Channel_t 选择 TIM_CHANNEL_x
}

// 设置PWM占空比 (0-100%)
void HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_Channel_t channel, uint8_t dutyCycle) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器设置PWM占空比
    // 例如 (STM32示例):
    // TIM_HandleTypeDef htim;
    // uint32_t pulse = (htim.Init.Period * dutyCycle) / 100; // 计算脉冲宽度
    // __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim, channel == PWM_CHANNEL_1 ? TIM_CHANNEL_1 : ..., pulse);
}

// 启动PWM输出
void HAL_PWM_Start(PWM_Channel_t channel) {
    // ... 启动PWM通道
    // 例如 (STM32示例):
    // HAL_TIM_PWM_Start(&htim, channel == PWM_CHANNEL_1 ? TIM_CHANNEL_1 : ...);
}

// 停止PWM输出
void HAL_PWM_Stop(PWM_Channel_t channel) {
    // ... 停止PWM通道
    // 例如 (STM32示例):
    // HAL_TIM_PWM_Stop(&htim, channel == PWM_CHANNEL_1 ? TIM_CHANNEL_1 : ...);
}

• hal_adc.h (ADC驱动头文件)

#ifndef HAL_ADC_H
#define HAL_ADC_H

#include <stdint.h>

// 定义ADC通道
typedef enum {
    ADC_CHANNEL_1,
    ADC_CHANNEL_2,
    // ... 可以根据具体MCU扩展更多通道
} ADC_Channel_t;

// 初始化ADC通道
void HAL_ADC_Init(ADC_Channel_t channel);

// 读取ADC通道值 (返回12位或更高分辨率的原始ADC值)
uint16_t HAL_ADC_ReadChannel(ADC_Channel_t channel);

#endif // HAL_ADC_H

• hal_adc.c (ADC驱动源文件)

#include "hal_adc.h"

// 初始化ADC通道
void HAL_ADC_Init(ADC_Channel_t channel) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器配置ADC
    // 例如 (STM32示例):
    // ADC_HandleTypeDef hadc;
    // ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    // // 选择 ADCx 和 Channel
    // hadc.Instance = ADCx; // 根据 ADC_Channel_t 选择 ADCx
    // hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    // hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    // hadc.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    // hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    // hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    // hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    // hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    // hadc.Init.NbrOfConversion = 1;
    // hadc.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    // hadc.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    // HAL_ADC_Init(&hadc);

    // sConfig.Channel = channel == ADC_CHANNEL_1 ? ADC_CHANNEL_1 : ...; // 根据 ADC_Channel_t 选择 ADC_CHANNEL_x
    // sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    // sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    // HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig);
}

// 读取ADC通道值 (返回12位或更高分辨率的原始ADC值)
uint16_t HAL_ADC_ReadChannel(ADC_Channel_t channel) {
    // ... 根据具体的MCU寄存器读取ADC值
    // 例如 (STM32示例):
    // ADC_HandleTypeDef hadc;
    // HAL_ADC_Start(&hadc);
    // HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, 100); // 等待转换完成，超时时间 100ms
    // return HAL_ADC_GetValue(&hadc);
    return 0; // 默认返回0，需要根据实际情况实现
}

2. 服务层 (Service Layer)

• fan_control.h (风扇控制模块头文件)

#ifndef FAN_CONTROL_H
#define FAN_CONTROL_H

#include <stdint.h>

// 初始化风扇控制模块
void FanControl_Init(void);

// 设置风扇转速 (0-100%)
void FanControl_SetSpeed(uint8_t speedPercentage);

// 启动风扇
void FanControl_Start(void);

// 停止风扇
void FanControl_Stop(void);

#endif // FAN_CONTROL_H

• fan_control.c (风扇控制模块源文件)

#include "fan_control.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "hal_pwm.h"

// 定义风扇控制相关的GPIO和PWM通道
#define FAN_PWM_CHANNEL        PWM_CHANNEL_1
#define FAN_ENABLE_PORT      GPIO_PORT_B
#define FAN_ENABLE_PIN       GPIO_PIN_0

// 初始化风扇控制模块
void FanControl_Init(void) {
    // 初始化风扇使能引脚为输出，默认关闭风扇
    HAL_GPIO_Init(FAN_ENABLE_PORT, FAN_ENABLE_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);
    HAL_GPIO_WritePin(FAN_ENABLE_PORT, FAN_ENABLE_PIN, GPIO_OUTPUT_LOW); // 初始关闭

    // 初始化PWM通道，频率可以根据风扇电机特性调整
    HAL_PWM_Init(FAN_PWM_CHANNEL, 25000); // 例如 25kHz PWM频率
    HAL_PWM_SetDutyCycle(FAN_PWM_CHANNEL, 0); // 初始占空比为 0
    HAL_PWM_Stop(FAN_PWM_CHANNEL); // 初始停止PWM输出
}

// 设置风扇转速 (0-100%)
void FanControl_SetSpeed(uint8_t speedPercentage) {
    if (speedPercentage > 100) {
        speedPercentage = 100;
    }
    HAL_PWM_SetDutyCycle(FAN_PWM_CHANNEL, speedPercentage);
}

// 启动风扇
void FanControl_Start(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(FAN_ENABLE_PORT, FAN_ENABLE_PIN, GPIO_OUTPUT_HIGH); // 使能风扇驱动电路
    HAL_PWM_Start(FAN_PWM_CHANNEL); // 启动PWM输出
}

// 停止风扇
void FanControl_Stop(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(FAN_ENABLE_PORT, FAN_ENABLE_PIN, GPIO_OUTPUT_LOW); // 关闭风扇驱动电路
    HAL_PWM_Stop(FAN_PWM_CHANNEL); // 停止PWM输出
    HAL_PWM_SetDutyCycle(FAN_PWM_CHANNEL, 0); // 占空比归零，防止意外启动
}

• smoke_detector.h (烟雾检测模块头文件)

#ifndef SMOKE_DETECTOR_H
#define SMOKE_DETECTOR_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 定义烟雾浓度级别
typedef enum {
    SMOKE_LEVEL_NONE,      // 无烟雾
    SMOKE_LEVEL_LOW,       // 低浓度烟雾
    SMOKE_LEVEL_MEDIUM,    // 中等浓度烟雾
    SMOKE_LEVEL_HIGH,      // 高浓度烟雾
    SMOKE_LEVEL_ALARM      // 报警级别烟雾
} SmokeLevel_t;

// 初始化烟雾检测模块
void SmokeDetector_Init(void);

// 获取当前烟雾浓度级别
SmokeLevel_t SmokeDetector_GetLevel(void);

#endif // SMOKE_DETECTOR_H

• smoke_detector.c (烟雾检测模块源文件)

#include "smoke_detector.h"
#include "hal_adc.h"

// 定义烟雾传感器相关的ADC通道
#define SMOKE_SENSOR_ADC_CHANNEL ADC_CHANNEL_1

// 烟雾浓度阈值，需要根据实际传感器特性和应用场景调整
#define SMOKE_THRESHOLD_LOW       1000 // ADC原始值
#define SMOKE_THRESHOLD_MEDIUM    2000
#define SMOKE_THRESHOLD_HIGH      3000
#define SMOKE_THRESHOLD_ALARM     4000

// 初始化烟雾检测模块
void SmokeDetector_Init(void) {
    // 初始化烟雾传感器ADC通道
    HAL_ADC_Init(SMOKE_SENSOR_ADC_CHANNEL);
}

// 获取当前烟雾浓度级别
SmokeLevel_t SmokeDetector_GetLevel(void) {
    uint16_t adcValue = HAL_ADC_ReadChannel(SMOKE_SENSOR_ADC_CHANNEL);

    if (adcValue > SMOKE_THRESHOLD_ALARM) {
        return SMOKE_LEVEL_ALARM;
    } else if (adcValue > SMOKE_THRESHOLD_HIGH) {
        return SMOKE_LEVEL_HIGH;
    } else if (adcValue > SMOKE_THRESHOLD_MEDIUM) {
        return SMOKE_LEVEL_MEDIUM;
    } else if (adcValue > SMOKE_THRESHOLD_LOW) {
        return SMOKE_LEVEL_LOW;
    } else {
        return SMOKE_LEVEL_NONE;
    }
}

• temperature_monitor.h (温度监控模块头文件)

#ifndef TEMPERATURE_MONITOR_H
#define TEMPERATURE_MONITOR_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// 初始化温度监控模块
void TemperatureMonitor_Init(void);

// 获取当前温度 (摄氏度，假设传感器直接输出摄氏度值)
float TemperatureMonitor_GetTemperature(void);

// 检查温度是否超出安全范围
bool TemperatureMonitor_IsTemperatureSafe(void);

#endif // TEMPERATURE_MONITOR_H

• temperature_monitor.c (温度监控模块源文件)

#include "temperature_monitor.h"
#include "hal_adc.h"

// 定义温度传感器相关的ADC通道
#define TEMP_SENSOR_ADC_CHANNEL ADC_CHANNEL_2

// 安全温度阈值，需要根据实际应用场景和元件耐温性调整
#define SAFE_TEMPERATURE_THRESHOLD 80.0f // 摄氏度

// 初始化温度监控模块
void TemperatureMonitor_Init(void) {
    // 初始化温度传感器ADC通道
    HAL_ADC_Init(TEMP_SENSOR_ADC_CHANNEL);
}

// 获取当前温度 (摄氏度)
float TemperatureMonitor_GetTemperature(void) {
    uint16_t adcValue = HAL_ADC_ReadChannel(TEMP_SENSOR_ADC_CHANNEL);
    // ... 这里需要根据温度传感器的特性，将ADC原始值转换为实际温度值
    // ... 例如，如果是线性传感器，可以通过线性公式转换，如果是NTC热敏电阻，需要查表或使用Steinhart-Hart方程等
    // ... 这里简化处理，假设ADC值直接线性对应温度，需要根据实际传感器进行校准和转换
    return (float)adcValue * 0.1f; // 假设每ADC值代表 0.1 摄氏度，仅为示例，需要校准
}

// 检查温度是否超出安全范围
bool TemperatureMonitor_IsTemperatureSafe(void) {
    float temperature = TemperatureMonitor_GetTemperature();
    return (temperature <= SAFE_TEMPERATURE_THRESHOLD);
}

3. 应用层 (Application Layer)

• main.c (主程序)

#include "hal_gpio.h"
#include "hal_pwm.h"
#include "hal_adc.h"
#include "fan_control.h"
#include "smoke_detector.h"
#include "temperature_monitor.h"

#include <stdio.h> // For printf (调试用)
#include <stdint.h> // For uint32_t, etc.

// 定义LED指示灯相关的GPIO
#define LED_POWER_PORT        GPIO_PORT_A
#define LED_POWER_PIN         GPIO_PIN_5
#define LED_ALARM_PORT        GPIO_PORT_A
#define LED_ALARM_PIN         GPIO_PIN_6

// 主函数
int main(void) {
    // HAL 层初始化 (根据具体MCU进行HAL初始化，例如 RCC 时钟配置，GPIO 时钟使能等)
    // HAL_Init(); // STM32 HAL 库初始化示例
    // SystemClock_Config(); // STM32 系统时钟配置示例

    // 初始化GPIO用于LED指示灯
    HAL_GPIO_Init(LED_POWER_PORT, LED_POWER_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);
    HAL_GPIO_Init(LED_ALARM_PORT, LED_ALARM_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);

    // 初始化服务层模块
    FanControl_Init();
    SmokeDetector_Init();
    TemperatureMonitor_Init();

    // 启动风扇 (初始可以设置为自动模式或手动模式，这里先设置为自动模式)
    FanControl_Start();

    printf("System Initialized\r\n"); // 调试信息

    while (1) {
        // 周期性任务处理

        // 1. 检测烟雾浓度
        SmokeLevel_t smokeLevel = SmokeDetector_GetLevel();
        printf("Smoke Level: %d\r\n", smokeLevel); // 调试信息

        // 根据烟雾浓度级别调整风扇转速 (自动模式)
        switch (smokeLevel) {
            case SMOKE_LEVEL_NONE:
                FanControl_SetSpeed(20); // 低速运转，保持空气流通
                break;
            case SMOKE_LEVEL_LOW:
                FanControl_SetSpeed(40);
                break;
            case SMOKE_LEVEL_MEDIUM:
                FanControl_SetSpeed(60);
                break;
            case SMOKE_LEVEL_HIGH:
                FanControl_SetSpeed(80);
                break;
            case SMOKE_LEVEL_ALARM:
                FanControl_SetSpeed(100); // 最大转速
                HAL_GPIO_WritePin(LED_ALARM_PORT, LED_ALARM_PIN, GPIO_OUTPUT_HIGH); // 报警LED亮起
                break;
            default:
                FanControl_SetSpeed(50); // 默认转速
                break;
        }

        // 2. 检测温度
        float temperature = TemperatureMonitor_GetTemperature();
        printf("Temperature: %.2f °C\r\n", temperature); // 调试信息

        // 3. 检查温度是否超出安全范围
        if (!TemperatureMonitor_IsTemperatureSafe()) {
            HAL_GPIO_WritePin(LED_ALARM_PORT, LED_ALARM_PIN, GPIO_OUTPUT_HIGH); // 报警LED亮起
            printf("Temperature Alarm! Temperature: %.2f °C\r\n", temperature); // 调试信息
            // 可以添加更复杂的报警处理逻辑，例如停止加热设备，发出蜂鸣器报警等
        } else {
            // 如果温度安全，且报警LED处于亮起状态，则熄灭报警LED (如果需要)
            // HAL_GPIO_WritePin(LED_ALARM_PORT, LED_ALARM_PIN, GPIO_OUTPUT_LOW);
        }

        // 4. 电源指示灯 (常亮)
        HAL_GPIO_WritePin(LED_POWER_PORT, LED_POWER_PIN, GPIO_OUTPUT_HIGH);

        // 延时一段时间，例如 100ms
        // HAL_Delay(100); // STM32 HAL 库延时函数示例，需要根据具体平台选择合适的延时函数
        for(volatile uint32_t i = 0; i < 100000; i++); // 简单延时循环，非精确延时
    }

    return 0;
}

代码说明:

• 以上代码提供了一个基础的框架，展示了分层架构的设计思想和模块化的C代码实现。
• 代码中包含了HAL层 (GPIO, PWM, ADC) 和服务层 (风扇控制, 烟雾检测, 温度监控) 的示例模块。
• main.c 文件展示了应用层的主程序逻辑，包括系统初始化、周期性任务处理、烟雾浓度检测与风扇控制、温度监控、LED指示灯控制等。
• 代码中使用了简单的轮询方式进行任务调度，实际项目中建议使用RTOS进行任务管理，提高系统的实时性和效率。
• 代码中的硬件定义 (GPIO端口、引脚、PWM通道、ADC通道) 和阈值参数 (烟雾浓度阈值、安全温度阈值) 都需要根据实际硬件平台和传感器特性进行配置和校准。
• 代码中使用了简单的延时循环，实际项目中需要使用更精确的延时函数或RTOS提供的延时功能。
• 代码中包含了简单的调试信息输出 (printf)，实际项目中可以使用更完善的日志系统或调试工具。
• 请注意： 这只是一个示例代码框架，并非完整的、可直接运行的系统代码。实际项目需要根据具体的硬件平台、RTOS、传感器型号、功能需求进行详细设计和代码实现。

测试验证与维护升级

• 测试验证：

  • 功能测试：验证风扇启动/停止、转速调节、烟雾检测、温度监控、报警功能是否正常工作。
  • 性能测试：测试风扇风量、过滤效率、烟雾传感器灵敏度、温度传感器精度、系统响应时间、功耗等性能指标是否满足需求。
  • 稳定性测试：进行长时间运行测试，验证系统是否稳定可靠，是否存在内存泄漏、死机等问题。
  • 可靠性测试：进行环境测试 (高温、低温、湿度等)、EMC测试、振动测试等，验证系统在各种恶劣环境下的可靠性。
  • 用户体验测试：邀请用户进行试用，收集用户反馈，优化用户界面和操作流程。

• 维护升级：

  • 软件升级：
    • 预留OTA (Over-The-Air) 升级接口，方便进行远程软件升级，修复bug、添加新功能。
    • 提供本地升级接口 (如USB接口)，方便用户手动升级软件。
    • 版本控制管理 (如Git)，方便代码管理和版本回溯。
  • 硬件维护：
    • 易损件更换 (如滤网、风扇电机)。
    • 定期清洁维护，保证设备正常运行。
    • 故障诊断和维修指导。
  • 文档维护：
    • 更新用户手册、维护手册、开发文档等，保持文档与实际系统一致。
    • 建立FAQ (常见问题解答) 知识库，方便用户解决问题。

总结

这个多功能焊接过滤风扇项目，从需求分析到系统实现，再到测试验证和维护升级，都需要严谨的工程方法和实践验证的技术。采用分层架构可以有效地组织代码，提高开发效率和维护性。代码示例虽然只是一个框架，但希望能帮助您理解嵌入式系统软件开发的流程和关键技术。实际项目中，需要根据具体需求和硬件平台进行详细设计和代码实现，并进行充分的测试验证，才能构建一个可靠、高效、可扩展的嵌入式系统平台。 整个开发过程中，模块化设计、清晰的接口定义、严格的代码规范、充分的测试是保证项目成功的关键因素。