shuichan_old/V1.1/STM32F103_App1

智能水产投料机 V1.0.3

工程概述

本工程基于 STM32F103RCT6 + STM32Cube HAL + Keil MDK，实现设备的控制、联网与投喂。

• BootLoader：STM32F103_BootLoader/，负责 OTA 固件烧录、试运行计数与失败回滚
• 应用固件：STM32F103_App1/，当前运行版本 V1.0.3

产品型号配置

同一套板子适配两种产品，编译前在 Inc/main.h 顶部通过一个宏二选一：

#define PRODUCT_WITH_FEED_SCALE   0

取值	产品	投喂行为
1	智能水产投料机（接 RS485 磅秤）	feeding 按 onceWt 定量自动投喂，带重量反增/超时保护；sw1 指令被忽略
0	基础四路继电器（不接磅秤）	feeding / sw1 直接开关投喂继电器 1，由平台侧自行计时

硬件接口

接口	用途	引脚	参数
USART1	蓝牙串口调试 / 日志输出	PA9/PA10	115200-8N1
USART2	RS485 喂料秤	PA2/PA3	9600-8N1
USART3	4G Air780E MQTT	PB10/PB11	921600-8N1（见下文波特率自适应）
Relay1	投喂电机控制	PB7	高电平吸合
Relay2~4	备用控制	PB8/PC0/PC2	高电平吸合
I2C（软件）	AT24C02 配置存储	PA11/PA12	页写入
SPI（软件）	W25Q64 外部 Flash	PB3/PB4/PA15/PB5	OTA 固件暂存
ADC1	电池电压检测	PA0	低电量上报 pow:0
PA8	手动模式检测	PA8	高电平=手动模式
PC13	LED2 心跳 / TPL5010 喂狗	PC13	每 1s 翻转（见下文看门狗）

看门狗（双狗架构）

看门狗	超时	喂狗点	作用
IWDG（片内独立看门狗）	~26s（LSI 漂移下最短 ~17s）	APP 主循环、app_bg_service()（所有 AT/OTA 等待每 20ms 让出一次）；BL 的擦除/拷贝循环	固件卡死 → 复位；BL 启动，OTA 试运行期计一次试错
TPL5010（外置硬件狗）	7 分钟	PC13(LED2) 电平翻转：APP activeEvents() 每秒翻转；BL 进入时及长循环中翻转	MCU 完全失控（含 IWDG 失效）时的最后兜底

注意：LED2 同时承担运行指示和外部狗喂狗，修改 LED2 闪烁逻辑时必须保持周期性翻转，否则 7 分钟后整板复位。

4G 波特率自适应（115200 → 921600）

• Air780E 出厂/自适应模式只覆盖 9600~115200；921600 必须用 AT+IPR 固定。
• APP 联网时永远先按 115200 探测（避免向自适应侦测窗口发送其他波特率的乱码）：
  • 通 → 发 AT+IPR=921600 + AT&W 固化，切换到 921600（日志出现 baud -> 921600）；
  • 不通（模块已固化 921600）→ 直接切 921600 连接。
• 切换由 USART3_SetBaudRate() 运行中重写 BRR 完成，不影响 GPIO/DMA/NVIC。

OTA 升级

流程

平台下发 iot.ota.upgrade.post(url, crc16, ver)
  → APP: 模块硬复位 → HTTP HEAD 拿大小 → 擦 W25Q64 槽 B
  → 3072 字节/块分段下载（AT+HTTPPARA BREAK/BREAKEND + HTTPACTION + HTTPREAD）
  → 每块写 W25Q64 并回读校验，全程累计 CRC16
  → 整包 CRC + 栈顶/复位向量校验 → 可靠上报 result.post（等 OK + 重试）
  → 写 OTA 信息区(状态 DOWNLOADED) → 复位进 BootLoader
BootLoader:
  → 擦除备份槽 → 备份当前 APP1 到槽 A（失败则中止更新，留在旧版本）
  → 擦 APP1 → 写入新固件 → CRC + 向量校验 → 状态 INSTALLED → 跳转
新 APP 试运行:
  → MQTT 就绪 + 首次发布成功 + 3s → 上报 confirm.post
  → 确认标志写 W25Q64（回读验证 + 3 次重试）→ 版本号存 EEPROM
  → 下次启动 BL 清理 OTA 标志，升级完成

Flash 分区

内部 Flash（256KB）：

区域	地址	大小
BootLoader	0x08000000	32KB
APP1 运行区	0x08008000	224KB

W25Q64 外部 Flash（8MB）：

区域	地址	用途
槽 A	0x000000 (256KB)	当前固件备份（回滚镜像）
槽 B	0x040000 (256KB)	新固件下载暂存
信息区 A/B	0x080000 / 0x081000 (各 4KB)	OTA 状态双副本（magic + 序号 + checksum）

健康检查与回退

新固件"健康" = 4G 附着 → MQTT 连接 → 首次发布成功。回退判据（3 次真实故障才回退）：

• 看门狗复位（IWDG/WWDG，固件真的卡死）→ BL 计一次试错（读 RCC->CSR 判别）；
• 健康超时（MQTT 就绪 1 分钟仍无首次发布）→ APP 复位前自行计一次；
• 上电/按键/普通软件复位不计次——现场断电、断网不会误触发回退；
• 试运行期间完全断网 → 不计次、不回退，持续等待网络恢复。

掉电/断网安全性

故障点	结果
下载中断网/掉电	信息区未更新，旧固件照常运行，平台可重推
BL 备份阶段掉电	backup_valid=0，重启后重新备份
BL 擦写 APP1 中途掉电	状态 COPYING 视为 DOWNLOADED，重启后完整重做（备份不会被坏镜像覆盖）
备份创建失败	中止更新，留在旧版本，下次重启重试
回退过程掉电	重启后重新执行回退拷贝

其他要点

• OTA 触发时先强制停止投喂（断开继电器 1）
• 下载期间蓝牙命令、秤轮询、LED 心跳、电量检测照常运行（bg_delay 切片让出），业务状态上报暂时屏蔽
• 分段接收按 +HTTPREAD: <len> 声明长度收齐即处理，无静默等待；40KB 固件全程约 38 秒（含模块复位重连 ~15s）

主要功能

1. MQTT 联网：Air780E 4G 模块，通过 MQTT 连接云平台
2. 远程控制：平台下发开关 sw1/sw2/sw3/sw4、feeding 指令（投料机模式下 sw1 被忽略，投喂只能走 feeding）
3. 自动投喂（PRODUCT_WITH_FEED_SCALE = 1）：
   • 平台设置单次投喂量 onceWt
   • 平台下发 feeding=true 启动投喂
   • 继电器 1 吸合，RS485 秤实时读取重量
   • 当重量减少 ≥ onceWt 时自动停止，带重量反增与 10 分钟超时保护
4. 去皮/标定：平台设置 zero 空载重量，设置后按最新原始重量重新计算剩余料重并立即上报
5. OTA 升级：见上文专题
6. 蓝牙调试：USART1 支持 RESET/INFO/STATUS/R1ON~R4OFF/ALLON/ALLOFF/OTA/RECOVERY/HELP 等命令
7. 掉电安全：继电器 2~4 联网后从 EEPROM 恢复上次状态；继电器 1 上电强制断开，防止误投料

平台数据字段

字段	含义	说明
ver	固件版本号	每次状态上报携带，平台可据此识别设备是否发生回退
weight	空载重量	平台显示为去皮重量 zero
zero	剩余料重	平台显示为当前剩余料重
onceWt	单次投喂量	每次投喂目标重量
feeding / sw1	第一路继电器状态	1=投喂中，0=停止，两个标识符等效
sw2~sw4	备用继电器状态	0/1
pow	电量状态	1=正常，0=低电量

下行报文由 m_app/proto.c 按键名定位解析（"sw2" 不会误中 "sw21"，其他字段里的 true/false 不会造成误判）。

串口调试命令

通过 USART1（蓝牙串口）发送：

RESET    - 系统复位
INFO     - 打印 MQTT 配置
STATUS   - 打印继电器状态
R1ON     - 打开继电器 1
R1OFF    - 关闭继电器 1
R2ON/R2OFF ~ R4ON/R4OFF - 控制继电器 2~4
ALLON    - 打开所有继电器
ALLOFF   - 关闭所有继电器
OTA      - 复位进入 BootLoader 检查升级
RECOVERY - 复位进入 BootLoader
HELP     - 显示支持命令

代码分层（APP）

main.c 只保留三行初始化和主循环，逻辑全部下沉到模块：

int main(void)
{
    SCB->VTOR = FLASH_BASE | Application_1_Addr;
    Board_Init();       // 基础硬件：HAL/时钟/GPIO/DMA/UART/看门狗（SYSINIT/system.c）
    app_init();         // 业务模块初始化（SYSINIT/app_loop.c）
    app_loop_init();
    while (1) {
        IWDG_Feed();
        app_loop_process();   // 业务调度（SYSINIT/app_loop.c）
    }
}

目录结构

STM32F103_App1/
├── Src/
│   └── main.c              # 仅 VTOR + Board_Init/app_init/主循环
├── Inc/
│   └── main.h              # 产品型号宏 PRODUCT_WITH_FEED_SCALE、MQTT 默认配置
├── m_app/
│   ├── proto.c/h           # 平台 JSON 报文取值工具（按键名定位）
│   └── ota_app.h           # Flash 分区定义（BootLoader 32K + APP1 224K）
├── HardWare/
│   ├── USER_CMD/           # 蓝牙串口命令处理
│   ├── FEED_SCALE/         # RS485 喂料秤与定量投喂状态机
│   ├── RELAY/              # 继电器控制、反馈检测、平台指令执行
│   ├── NETWORK/            # 网络抽象层：状态上报/响应/发送互斥
│   ├── CAR/                # Air780E AT 驱动、波特率自适应、OTA 下载
│   ├── UART/               # USART1/2/3 初始化、运行中切波特率、中断/DMA 接收
│   ├── 24C02/              # EEPROM 读写（页写入）
│   ├── IIC/                # 软件 I2C
│   ├── ADC/                # 电池电压检测
│   ├── LED/                # 指示灯（LED2 兼任 TPL5010 喂狗）
│   ├── LOG/                # 分级日志（USART1 输出）
│   ├── SYSINIT/            # Board_Init/IWDG、app_init、主循环调度、后台任务切片
│   └── W25Q64/             # 外部 Flash 驱动与 OTA 双槽信息区
└── MDK-ARM/                # Keil 工程文件

STM32F103_BootLoader/
├── Src/main.c              # 硬件初始化 + IWDG + 入口
├── m_app/ota_boot.c        # OTA 状态机：备份/烧录/试运行计数/回退/跳转
├── HardWare/W25Q64/        # 外部 Flash 驱动（与 APP 共用设计）
├── HardWare/LOG/           # 分级日志（与 APP 相同）
└── MDK-ARM/                # Keil 工程文件

编译烧录

Keil GUI：

1. 打开 MDK-ARM/STM32F103rb_App1.uvprojx（BootLoader 工程同理）
2. 按产品形态设置 Inc/main.h 中的 PRODUCT_WITH_FEED_SCALE
3. 编译下载（先烧 BootLoader 到 0x08000000，APP1 起始地址 0x08008000）
4. 首次启动会自动把默认 MQTT 配置写入 AT24C02

命令行（CI/脚本可用）：

# 编译（Keil 安装目录的 UV4，-r 全量 -b 增量，-o 输出日志）
/c/Keil_v5/UV4/UV4.exe -r -j0 STM32F103rb_App1.uvprojx -o build.txt

# 烧录（J-Link 命令脚本，工程 MDK-ARM 目录下有现成的 jlink_flash.jlink）
JLink.exe -CommanderScript jlink_flash.jlink

版本

• Version: 1.0.3
• Author: Helei