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。