242 lines
8.4 KiB
C
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C
/* hlw8032.c - HLW8032 电量计量芯片驱动（UART5 只收，4800 8E1）
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* 帧格式（24 字节，每 50ms 一帧，主动上报）：
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* [0] 状态寄存器 State REG 0x55=正常 / 0xAA=修调失效 / 0xFx=有寄存器溢出
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* [1] 检测寄存器 Check REG 固定 0x5A
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* [2:5] 电压参数寄存器（本模块不用）
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* [5:8] 电压寄存器（不用）
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* [8:11] 电流参数寄存器（不用）
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* [11:14]电流寄存器（不用）
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* [14:17]功率参数寄存器 PowerPar 芯片出厂修调常数，算电量要用
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* [17:20]功率寄存器（不用）
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* [20] 数据更新寄存器 bit7 = PF 溢出翻转标志
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* [21:23]PF 寄存器 16bit 脉冲计数，溢出清零同时 bit7 翻转
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* [23] 校验和 [2]~[22] 共 21 字节相加取低 8 位
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*
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* 手册电量公式：
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* 1 度电脉冲数 = (1/PowerPar) × (1/(电压系数×电流系数)) × 10^9 × 3600
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* 电量(kWh) = 总脉冲数 × PowerPar × 电压系数 × 电流系数 / (10^9 × 3600)
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* 电压/电流系数在 main.h（HLW_U_COEF / HLW_I_COEF），由采样电阻和互感器变比决定。
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*
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* 溢出处理：PF 寄存器只有 16 位，溢出时 bit7 翻转。本驱动记住 bit7 上次值，
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* 每帧比对，翻转一次说明溢出一次（+65536）。50ms 一帧 vs 溢出最快也要数小时，
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* 不可能在一帧间隔内翻两次，不会漏。
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*/
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#include "hlw8032.h"
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#include "uart.h"
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#include "24c02.h"
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#include "log.h"
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#include <string.h>
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#define HLW_FRAME_LEN 24
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#define HLW_OVERFLOW_PULSES 65536u
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#define HLW_EEP_ADDR 164 /* EEPROM 164~171: uint64 累计脉冲数（132~157 蓝牙缓存, 160 日志等级） */
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static uint8_t s_frame[HLW_FRAME_LEN];
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static uint8_t s_idx = 0; /* 帧同步状态：0=等首字节 1=等 0x5A >=2=收集中 */
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static uint64_t s_total_pulses = 0; /* 累计脉冲（含 EEPROM 恢复的历史值） */
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static uint64_t s_saved_pulses = 0; /* 上次已写入 EEPROM 的值 */
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static uint32_t s_power_par = 0; /* 功率参数寄存器（芯片常数，收到帧后才有） */
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static uint32_t s_u_par = 0, s_u_reg = 0; /* 电压参数/电压寄存器（显示电压用） */
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static uint32_t s_i_par = 0, s_i_reg = 0; /* 电流参数/电流寄存器 */
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static uint32_t s_p_reg = 0; /* 功率寄存器 */
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static float s_u_f = 0, s_i_f = 0, s_p_f = 0; /* 电压/电流/功率 EMA 滤波值 */
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static uint32_t s_k = 0; /* 本次上电以来 bit7 翻转（PF 溢出）次数 */
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static uint8_t s_last_bit7 = 0;
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static uint32_t s_last_chip = 0; /* 上一帧芯片侧总脉冲 k*65536+n */
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static uint8_t s_synced = 0; /* 已确认同步（连续有效帧） */
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static uint8_t s_streak = 0; /* 连续有效帧计数（防噪声假同步） */
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static uint32_t s_last_valid_tick = 0; /* 上一有效帧时刻（帧间隔校验用） */
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static uint32_t s_last_frame_tick = 0;
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/*==== 帧校验与电量累计（中断上下文执行，保持轻量）====*/
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static void hlw8032_parse(const uint8_t *f)
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{
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uint8_t sum = 0;
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for (uint8_t i = 2; i <= 22; i++) sum += f[i];
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if (sum != f[23]) return; /* 校验失败丢帧 */
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||
uint32_t power_par = ((uint32_t)f[14] << 16) | ((uint32_t)f[15] << 8) | f[16];
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if (power_par == 0) return; /* 参数寄存器异常，帧不可用 */
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s_power_par = power_par;
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/* 电压/电流/功率原始寄存器（调试用，每分钟日志显示） */
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s_u_par = ((uint32_t)f[2] << 16) | ((uint32_t)f[3] << 8) | f[4];
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s_u_reg = ((uint32_t)f[5] << 16) | ((uint32_t)f[6] << 8) | f[7];
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||
s_i_par = ((uint32_t)f[8] << 16) | ((uint32_t)f[9] << 8) | f[10];
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||
s_i_reg = ((uint32_t)f[11] << 16) | ((uint32_t)f[12] << 8) | f[13];
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||
s_p_reg = ((uint32_t)f[17] << 16) | ((uint32_t)f[18] << 8) | f[19];
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||
uint8_t bit7 = f[20] & 0x80;
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uint16_t pf = ((uint16_t)f[21] << 8) | f[22];
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if (!s_synced) {
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/* 首帧只建立基准，不累计增量：
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* 单片机重启而芯片一直在跑时，寄存器里攒的脉冲（几秒，约零点几 Wh）舍弃 */
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s_last_bit7 = bit7;
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s_k = 0;
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} else if (bit7 != s_last_bit7) {
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s_k++; /* PF 溢出一次 */
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s_last_bit7 = bit7;
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}
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/* 防噪声：真芯片 50ms 一帧稳定到达，要求连续 3 帧且间隔 20~150ms 才算同步。
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* PD2 悬空时的电磁干扰偶发也能凑出校验和正确的假帧（约 1/256），
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* 但不可能连续 3 帧都卡在 50ms 节奏上 */
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{
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uint32_t now = HAL_GetTick();
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uint32_t gap = now - s_last_valid_tick;
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s_last_valid_tick = now;
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if (gap >= 20 && gap <= 150) {
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if (s_streak < 3) s_streak++;
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} else {
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s_streak = 1;
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}
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if (s_streak < 3) return; /* 未确认同步：帧内容一律不采用 */
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}
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/* EMA 滑动平均（系数 1/8，约 0.4s 响应）：压空载噪声跳变，
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* 真实负载变化延迟 <0.5s，不影响使用 */
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{
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float u = s_u_reg ? (float)((double)s_u_par / (double)s_u_reg * HLW_U_COEF) : 0.0f;
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float a = s_i_reg ? (float)((double)s_i_par / (double)s_i_reg * HLW_I_COEF) : 0.0f;
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||
float w = s_p_reg ? (float)((double)s_power_par / (double)s_p_reg * HLW_U_COEF * HLW_I_COEF) : 0.0f;
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||
s_u_f += (u - s_u_f) * 0.125f;
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||
s_i_f += (a - s_i_f) * 0.125f;
|
||
s_p_f += (w - s_p_f) * 0.125f;
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||
}
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uint32_t chip_total = s_k * HLW_OVERFLOW_PULSES + pf;
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if (s_synced) {
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/* 正常单调递增；变小说明芯片断电重启过（寄存器清零），从当前值重新累计 */
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||
uint32_t delta = (chip_total >= s_last_chip) ? (chip_total - s_last_chip) : chip_total;
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||
s_total_pulses += delta;
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||
}
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||
s_last_chip = chip_total;
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||
if (!s_synced) {
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s_synced = 1;
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||
log_info("> 电能: HLW8032 在线, 功率参数=%lu", (unsigned long)s_power_par);
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}
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s_last_frame_tick = HAL_GetTick();
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||
}
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||
/*==== UART5 中断逐字节喂入：首字节同步 + 0x5A 二次确认 + 收满 24 字节解析 ====*/
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void hlw8032_rx_byte(uint8_t b)
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{
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if (s_idx == 0) {
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/* 首字节候选：0x55 / 0xAA / 0xFx */
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if (b == 0x55 || b == 0xAA || (b & 0xF0) == 0xF0) {
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s_frame[0] = b;
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||
s_idx = 1;
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||
}
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||
return;
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}
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||
if (s_idx == 1) {
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||
if (b == 0x5A) {
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||
s_frame[1] = b;
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||
s_idx = 2;
|
||
} else {
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||
/* 第二字节不是 0x5A：伪同步，但它本身可能是真首字节 */
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||
s_idx = 0;
|
||
if (b == 0x55 || b == 0xAA || (b & 0xF0) == 0xF0) {
|
||
s_frame[0] = b;
|
||
s_idx = 1;
|
||
}
|
||
}
|
||
return;
|
||
}
|
||
s_frame[s_idx++] = b;
|
||
if (s_idx >= HLW_FRAME_LEN) {
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||
s_idx = 0;
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hlw8032_parse(s_frame);
|
||
}
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||
}
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/*==== 初始化：EEPROM 恢复累计 + UART5 起收 ====*/
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void hlw8032_init(void)
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{
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uint64_t v = 0;
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||
eepromReadData(HLW_EEP_ADDR, &v, sizeof(v));
|
||
if (v == 0xFFFFFFFFFFFFFFFFULL) v = 0; /* 空白 EEPROM（出厂 0xFF） */
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||
s_total_pulses = v;
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||
s_saved_pulses = v;
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MX_UART5_UART_Init();
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||
UART5_StartRx();
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||
if (s_total_pulses) {
|
||
log_info("> 电能: HLW8032 就绪 (UART5 PD2), 历史脉冲 %lu%09lu",
|
||
(unsigned long)(s_total_pulses / 1000000000ULL),
|
||
(unsigned long)(s_total_pulses % 1000000000ULL));
|
||
} else {
|
||
log_info("> 电能: HLW8032 就绪 (UART5 PD2)");
|
||
}
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||
}
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||
/*==== 累计电量 kWh ====*/
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float hlw8032_get_energy_kwh(void)
|
||
{
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||
if (!s_power_par) return 0.0f;
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||
return (float)((double)s_total_pulses * (double)s_power_par *
|
||
(double)HLW_U_COEF * (double)HLW_I_COEF / 3.6e12);
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||
}
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||
|
||
/*==== 电压/电流/功率（手册：有效值 = 参数寄存器/寄存器 × 系数）====*/
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float hlw8032_get_voltage_v(void)
|
||
{
|
||
if (!s_synced) return 0.0f;
|
||
return s_u_f;
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||
}
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||
|
||
float hlw8032_get_current_a(void)
|
||
{
|
||
if (!s_synced) return 0.0f;
|
||
float a = s_i_f - HLW_I_ZERO_A; /* 减零点偏移 */
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||
return a > 0.0f ? a : 0.0f; /* 钳位到 0 */
|
||
}
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||
|
||
float hlw8032_get_power_w(void)
|
||
{
|
||
if (!s_synced) return 0.0f;
|
||
if (s_p_f < HLW_P_DEAD_W) return 0.0f; /* 死区：空载噪声底显示 0 */
|
||
return s_p_f - HLW_P_ZERO_W;
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||
}
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/*==== 在线判断：1s 内收到过有效帧 ====*/
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uint8_t hlw8032_online(void)
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||
{
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return s_synced && (HAL_GetTick() - s_last_frame_tick) < 1000;
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||
}
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||
/*==== 立即写 EEPROM（断电预警/计划复位前调用）====*/
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||
void hlw8032_save(void)
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||
{
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||
if (s_total_pulses == s_saved_pulses) return;
|
||
uint64_t v = s_total_pulses;
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||
if (eepromWriteData(HLW_EEP_ADDR, &v, sizeof(v)) == 0) {
|
||
s_saved_pulses = s_total_pulses;
|
||
}
|
||
}
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||
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||
/*==== 累计电量清零（蓝牙 ENCLR 命令）：清 RAM 与 EEPROM ====*/
|
||
void hlw8032_clear(void)
|
||
{
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||
s_total_pulses = 0;
|
||
s_saved_pulses = 0;
|
||
uint64_t v = 0;
|
||
eepromWriteData(HLW_EEP_ADDR, &v, sizeof(v));
|
||
}
|
||
|
||
/*==== 1s 周期：每攒够约 0.1 kWh 写一次 EEPROM，限制擦写频率 ====*/
|
||
void hlw8032_tick(void)
|
||
{
|
||
if (!s_power_par) return;
|
||
double per_01kwh = 3.6e11 / ((double)s_power_par * HLW_U_COEF * HLW_I_COEF);
|
||
if (per_01kwh < 1.0) per_01kwh = 1.0;
|
||
if (s_total_pulses - s_saved_pulses >= (uint64_t)per_01kwh) {
|
||
hlw8032_save();
|
||
}
|
||
}
|