TTR9_WSM 輪速與溫度監測系統-開發紀錄

撰寫人: 范紹捷/動力組/5~9代 [TOC]

1. 專案簡介

本專案使用 STM32G431 系列微控制器，主要功能為：

輪速監測：利用霍爾感測器擷取脈衝，透過 TIM3 (ETR模式) 計算轉速 (RPM)。
碟盤/胎溫監測：透過 SPI 介面讀取 MAX31856 晶片，擷取 K-Type 熱電偶溫度。
CAN 通訊收發：將上述數據打包透過 FDCAN (Classic Mode) 每 100ms 發送至車載網路 (ID: 0x512)，並具備接收其他 CAN 節點數據的能力。

2. 硬體與腳位配置 (Pinout)

功能	腳位 (Pin)	STM32 設定模式	備註說明
SPI1 SCK	PA5	SPI1_SCK	MAX31856 時鐘線
SPI1 MISO	PA6	SPI1_MISO	MAX31856 資料回傳 (極重要，斷線會讀到0度)
SPI1 MOSI	PA7	SPI1_MOSI	MAX31856 指令發送
SPI1 CS	PA4	GPIO_Output	片選訊號 (Active Low)
MAX Fault	PA2	GPIO_Input	故障警示，必須開啟 Pull-Up (上拉)
輪速訊號	PB4 (或其他)	TIM3_ETR2	接收輪速感測器方波
CAN TX/RX	PA12 / PA11	FDCAN1_TX / RX	連接 CAN Transceiver (需並聯 120Ω 終端電阻)

3. CubeMX 關鍵設定 (避坑指南 ⚠️)

為了避免程式碼產生後行為異常，CubeMX 的設定請務必再三確認：

FDCAN1 設定：
- Frame Format: Classic mode (傳統 CAN 格式，勿選 FD，除非接收端支援)。
- NVIC Settings: 必須勾選 FDCAN1 interrupt 0 (接收中斷才會觸發)。
TIM3 (輪速計數器)：
- 選擇 TIM3 ➜ 設定為 External Clock Mode 1 使用外部輸入時脈
- Clock Source: ETR2 使用外部輸入時脈
- Counter Mode: Up 上數
- Prescaler: 設為 15 (極度重要！用來過濾車輛震動帶來的高頻雜訊，否則轉速會爆衝到 65535)。
- Counter Period: 65535 上數上限(開最大記憶體空間)
- Clock Polarity: inverted（若使用 low 計數）正負緣觸發
- Clock Filter: 可設定為 0 或加上 Debounce（依訊號品質）
- 🧾 功能程式碼
```
tick_count = TIM2->CNT;    //讀取TIM2的計數器暫存器
TIM2->CNT = 0;             //清空TIM2的暫存器
```
TIM1 (100ms 系統時基鬧鐘)：
- Clock Source: Internal Clock。
- 設定 Prescaler 與 Period 使觸發週期為 100ms。
- NVIC Settings: 必須勾選 TIM1 update interrupt。

4. 完整程式碼區段配置

燒入程式前要先進入 CUBE progemer 更改 boot0 狀態。

請嚴格依照註解標示的 USER CODE BEGIN 區塊將程式碼填入 main.c 中。

A. 全域變數與宣告區 (`USER CODE BEGIN 0`)

/* USER CODE BEGIN 0 */

// --- 系統控制旗標與變數 ---
volatile uint8_t can_send_flag = 0;    // 100ms 觸發發送旗標
volatile uint32_t raw_wheel_pulse = 0; // 存放 TIM3 擷取到的原始脈衝數

// --- CAN 通訊用變數 ---
FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader; // 存放 CAN 接收標頭
uint8_t RxData[8];              // 存放 CAN 接收資料
volatile uint16_t received_rpm = 0;   // 測試接收用的變數
volatile float received_temp = 0.0f;  // 測試接收用的變數

/* USER CODE END 0 */

B. 私有函式宣告 (`USER CODE BEGIN PFP`)

/* USER CODE BEGIN PFP */

// 宣告手刻的 SPI 讀寫函式，避免編譯器報錯 (implicit declaration)
uint8_t MAX31856_ReadReg(uint8_t regAddr);
void MAX31856_WriteReg(uint8_t regAddr, uint8_t data);
float Read_MAX31856_Temp_Directly(void);

// 新增：解決斷電重啟失效的強效初始化函式 (改名避免與 Library 衝突)
void MAX31856_PowerOn_Fix(void);

/* USER CODE END PFP */

C. 硬體啟動與初始化 (`USER CODE BEGIN 2`)

這段放在 main() 函式內，while(1) 迴圈之前。

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
  // === 0. 喚醒 MAX31856 並初始化 (解決斷電重啟讀不到溫度的 Bug) ===
  MAX31856_PowerOn_Fix();

  // === 1. CAN Bus 接收過濾器設定 (沒設會收不到東西) ===
  FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
  sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
  sFilterConfig.FilterIndex = 0;
  sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_MASK; 
  sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; 
  sFilterConfig.FilterID1 = 0x000; // 0x000 代表接收所有 ID
  sFilterConfig.FilterID2 = 0x000; 
  HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig);
  HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan1, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE);

  // === 2. CAN Bus 啟動與中斷開啟 ===
  HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1);
  HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0);

  // === 3. SPI MAX31856 狀態檢查 (Debug用) ===
  // 透過讀取暫存器確認 SPI 接線是否正常
  uint8_t fault_status = MAX31856_ReadReg(0x0F); // 若為 0 代表無硬體錯誤
  uint8_t cold_junc = MAX31856_ReadReg(0x0A);    // 讀取冷端(室溫)確認通訊正常

  // === 4. 啟動 Timer (計數器與定時器) ===
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);      // 啟動輪速計數
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);   // 啟動 100ms 中斷定時器

  // === 5. CAN 發送標頭設定 ===
  TxHeader.Identifier = 0x512; // 發送的 CAN ID
  TxHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
  TxHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;
  TxHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
  TxHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;
  TxHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF;
  TxHeader.FDFormat = FDCAN_CLASSIC_CAN; // 強制設定為傳統 CAN
  TxHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;
  TxHeader.MessageMarker = 0;

  /* USER CODE END 2 */

D. 主迴圈邏輯 (`USER CODE BEGIN 3`)

這段放在 main() 函式內的 while(1) 之中。

    /* USER CODE BEGIN 3 */

    // 當 TIM1 (100ms) 中斷舉旗時，執行數據轉換與發送
    if (can_send_flag == 1) {
        
        // --- 1. 計算 RPM ---
        // 依據你的感測器齒數與時間差換算 (此處假設係數為 15.0)
        float wheel_rpm = (float)raw_wheel_pulse * 15.0f;

        // --- 2. 讀取溫度 ---
        // 使用底層直讀函式，避免原本 Library 未開啟自動轉換的 Bug
        float current_temp = Read_MAX31856_Temp_Directly();

        // --- 3. 打包資料 (浮點數轉整數) ---
        int16_t send_rpm = (int16_t)wheel_rpm;
        int16_t send_temp = (int16_t)(current_temp * 100); // 放大100倍保留小數

        TxData[0] = send_rpm & 0xFF;        // RPM Low Byte
        TxData[1] = (send_rpm >> 8) & 0xFF; // RPM High Byte
        TxData[2] = send_temp & 0xFF;       // Temp Low Byte
        TxData[3] = (send_temp >> 8) & 0xFF;// Temp High Byte
        TxData[4] = 0x00; // 保留
        TxData[5] = 0x00;
        TxData[6] = 0x00;
        TxData[7] = 0x00;

        // --- 4. 發送 CAN 封包 ---
        HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &TxHeader, TxData);

        // --- 5. 放下旗標 ---
        can_send_flag = 0; 
    }

  } // end of while(1)
  /* USER CODE END 3 */

E. 中斷回呼與自定義函式 (`USER CODE BEGIN 4`)

這段請放在 main.c 檔案的最底端。包含了 Timer 中斷、CAN 接收中斷 以及 SPI 底層讀寫函式。

/* USER CODE BEGIN 4 */

// ==========================================
// 1. Timer 週期中斷 (每 100ms 觸發)
// ==========================================
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM1) {
        // 讀取 TIM3 擷取到的輪速脈衝，然後立刻歸零
        raw_wheel_pulse = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
        __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3, 0);

        // 通知主迴圈進行 CAN 發送
        can_send_flag = 1;
    }
}

// ==========================================
// 2. CAN 接收中斷 Callback
// ==========================================
void HAL_FDCAN_RxFifo0Callback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan, uint32_t RxFifo0ITs) {
    if ((RxFifo0ITs & FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE) != RESET) {
        if (HAL_FDCAN_GetRxMessage(hfdcan, FDCAN_RX_FIFO0, &RxHeader, RxData) == HAL_OK) {
            
            // 處理接收到的資料 (例如解析其他節點送來的 0x512)
            if (RxHeader.Identifier == 0x512) {
                received_rpm = (RxData[1] << 8) | RxData[0];
                int16_t raw_temp = (RxData[3] << 8) | RxData[2];
                received_temp = (float)raw_temp / 100.0f;
            }
        }
        // 處理完畢後，務必重新啟動接收中斷
        HAL_FDCAN_ActivateNotification(hfdcan, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0);
    }
}

// ==========================================
// 3. MAX31856 暫存器讀取 (Debug/底層測試用)
// ==========================================
uint8_t MAX31856_ReadReg(uint8_t regAddr) {
    uint8_t txData[2];
    uint8_t rxData[2] = {0, 0};

    txData[0] = regAddr & 0x7F; // 位址 MSB 為 0 代表 Read
    txData[1] = 0xFF;           // Dummy byte

    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txData, rxData, 2, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);

    return rxData[1];
}

// ==========================================
// 4. MAX31856 溫度暴力直讀 (繞過函式庫 Bug)
// ==========================================
float Read_MAX31856_Temp_Directly(void) {
    uint8_t txData[4] = {0x0C & 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFF}; 
    uint8_t rxData[4] = {0, 0, 0, 0};

    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txData, rxData, 4, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);

    uint32_t temp24 = (rxData[1] << 16) | (rxData[2] << 8) | rxData[3];
    temp24 = temp24 >> 5; // 溫度數據佔 19 bit

    if (temp24 & 0x40000) { 
        temp24 |= 0xFFF80000; // 處理負數二補數
    }
    return (int32_t)temp24 * 0.0078125f; // 解析度 1/128
}

// ==========================================
// 5. MAX31856 暫存器寫入 (喚醒與設定用)
// ==========================================
void MAX31856_WriteReg(uint8_t regAddr, uint8_t data) {
    uint8_t txData[2];
    txData[0] = regAddr | 0x80; // MSB = 1 代表寫入模式 (Write)
    txData[1] = data;

    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, txData, 2, HAL_MAX_DELAY);
    HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

// ==========================================
// 6. MAX31856 強效初始化 (斷電重啟修復)
// ==========================================
void MAX31856_PowerOn_Fix(void) {
    HAL_Delay(100); // 1. 等待晶片電源穩定
    MAX31856_WriteReg(0x00, 0x80); // 2. 設定 CR0: 開啟自動連續轉換模式
    MAX31856_WriteReg(0x01, 0x03); // 3. 設定 CR1: 指定使用 K-Type 熱電偶
    HAL_Delay(200); // 4. 等待第一次溫度轉換完成
}

/* USER CODE END 4 */

5. Vector DBC 檔案 (CAN 通訊協議)

此為本專案專屬的 .dbc 檔案內容，可直接載入 PCAN, CANoe 或其他 CAN 軟體以解析數據：

VERSION ""

NS_ : 
	NS_DESC_
	CM_
	BA_DEF_
	BA_
	VAL_
	CAT_DEF_
	CAT_
	FILTER
	BA_DEF_DEF_
	EV_DATA_
	ENVVAR_DATA_
	SGTYPE_
	SGTYPE_VAL_
	BA_DEF_SGTYPE_
	BA_SGTYPE_
	SIG_TYPE_REF_
	VAL_TABLE_
	SIG_GROUP_
	SIG_VALTYPE_
	SIGTYPE_VALTYPE_
	BO_TX_BU_
	BA_DEF_REL_
	BA_REL_
	BA_DEF_DEF_REL_
	BU_SG_REL_
	BU_EV_REL_
	BU_BO_REL_
	SG_MUL_VAL_

BS_:

BU_: STM32_Node DASHBOARD

BO_ 1298 Wheel_Data: 8 STM32_Node
 SG_ Wheel_RPM : 0|16@1- (1,0) [-32768|32767] "rpm" Vector__XXX
 SG_ Brake_Temp : 16|16@1- (0.01,0) [-270|1300] "degC" Vector__XXX

CM_ SG_ 1298 Wheel_RPM "Raw Wheel Speed from Hall Sensor";
CM_ SG_ 1298 Brake_Temp "K-Type Thermocouple Temperature via MAX31856";

6. 🛠️ 開發踩坑紀錄與 Debug 技巧

編譯錯誤：initializer element is not constant
- 原因：在 C 語言中，把函式呼叫（如 MAX31856_ReadReg()）放在 main() 之外的全域變數區。
- 解法：全域變數只能用常數初始化。執行函式賦值必須寫在 main() 或其他函式內部。
連結錯誤：undefined reference to xxx
- 原因：只有宣告（Prototype），卻沒有把函式的本體（Body）貼進 main.c 裡，導致最後連結 .elf 檔時找不到程式碼。
SPI 讀取溫度永遠是 0 度
- 排查步驟：利用手寫底層函式讀取冷端補償暫存器 (0x0A)。如果讀得到室溫（例如 28），代表硬體線路完美無缺。
- 真兇：使用的 GitHub 第三方函式庫未正確設定晶片進入「連續轉換模式 (Automatic Conversion Mode)」。改用底層硬讀函式即可解決。
FDCAN 接收不到任何資料
- 原因：FDCAN 預設會「拒絕」所有未經 Filter 允許的封包。
- 解法：在啟動 CAN 前，必須宣告並設定 FDCAN_FilterTypeDef，且中斷處理完畢後，必須重新呼叫 HAL_FDCAN_ActivateNotification 重啟接收。
MAX31856 斷電重啟後讀不到溫度 / 需要按 Reset 才能動
- 原因：微控制器開機速度比 SPI 晶片快，或是直接重啟時硬體暫存器狀態沒有正確回到預設值，導致無法進入工作狀態。
- 解法：在程式初啟動時給予 HAL_Delay(100) 讓電源穩定，再自己實作強制寫入暫存器設定的函式（如本範例中的 MAX31856_PowerOn_Fix），並再等待 200ms 讓第一筆轉換完成。
編譯錯誤：conflicting types for 'MAX31856_Init'
- 原因：自己撰寫的初始化函式名稱，剛好跟 #include 進來的第三方 .h 檔案內定義好的函式撞名了，且兩者參數不同導致 C 語言編譯器崩潰。
- 解法：將自己定義的函式改名（例如改成 MAX31856_PowerOn_Fix）即可完美避開衝突。

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TTR8-SU V2.0 測試計畫

TTR9-ECU 測試計畫

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TTR9_WSM 輪速與溫度監測系統-開發紀錄

1. 專案簡介

2. 硬體與腳位配置 (Pinout)

3. CubeMX 關鍵設定 (避坑指南 ⚠️)

4. 完整程式碼區段配置

A. 全域變數與宣告區 (`USER CODE BEGIN 0`)

B. 私有函式宣告 (`USER CODE BEGIN PFP`)

C. 硬體啟動與初始化 (`USER CODE BEGIN 2`)

D. 主迴圈邏輯 (`USER CODE BEGIN 3`)

E. 中斷回呼與自定義函式 (`USER CODE BEGIN 4`)

5. Vector DBC 檔案 (CAN 通訊協議)

6. 🛠️ 開發踩坑紀錄與 Debug 技巧

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1. 專案簡介

2. 硬體與腳位配置 (Pinout)

3. CubeMX 關鍵設定 (避坑指南 ⚠️)

4. 完整程式碼區段配置

A. 全域變數與宣告區 (USER CODE BEGIN 0)

B. 私有函式宣告 (USER CODE BEGIN PFP)

C. 硬體啟動與初始化 (USER CODE BEGIN 2)

D. 主迴圈邏輯 (USER CODE BEGIN 3)

E. 中斷回呼與自定義函式 (USER CODE BEGIN 4)

5. Vector DBC 檔案 (CAN 通訊協議)

6. 🛠️ 開發踩坑紀錄與 Debug 技巧

A. 全域變數與宣告區 (`USER CODE BEGIN 0`)

B. 私有函式宣告 (`USER CODE BEGIN PFP`)

C. 硬體啟動與初始化 (`USER CODE BEGIN 2`)

D. 主迴圈邏輯 (`USER CODE BEGIN 3`)

E. 中斷回呼與自定義函式 (`USER CODE BEGIN 4`)