ESP32在基于模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

1 引言

當(dāng)今階段汽車信息化、智能化高速發(fā)展，汽車上新功能的應(yīng)用數(shù)目成幾何級增加，軟件研發(fā)投入及實(shí)現(xiàn)效益所占比重越來越大，一臺汽車的控制器代碼已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬行，傳統(tǒng)的手工編程模式面臨周期大幅延長、成本倍數(shù)增加、質(zhì)量難以保障等諸多問題?；谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過20余年發(fā)展，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用

。使得工程師把主要精力投入到算法和測試用例的研究，而不必進(jìn)行嵌入式C代碼的編程

，它至少有四個(gè)方面的優(yōu)勢：

1、圖形化設(shè)計(jì)，工程師之間通過圖形交流，意圖明確清晰，就算不用基于模型設(shè)計(jì)，也會在設(shè)計(jì)文檔中畫流程圖、狀態(tài)機(jī)；

2、早期驗(yàn)證，產(chǎn)品研發(fā)過程中越到后期發(fā)現(xiàn)問題，解決的成本越高，通過基于模型設(shè)計(jì)的仿真環(huán)境可以更高效的進(jìn)行早期驗(yàn)證；

3、自動生成代碼，大多數(shù)工程師就是由于這個(gè)原因才接觸基于模型設(shè)計(jì)，即使沒有C語言開發(fā)基礎(chǔ)，也能進(jìn)行功能開發(fā)，而且能更專注于邏輯本身；

4、文檔自動化，大多數(shù)工程師經(jīng)常遇到的一個(gè)頭疼問題就是“補(bǔ)文檔”，而基于模型設(shè)計(jì)可以通過軟件讀取模型相關(guān)信息并自動創(chuàng)建文檔。

2 原理與設(shè)計(jì)

2.1 研究背景

接下來就可以進(jìn)行自動代碼的相關(guān)設(shè)置，在Configuration Parameters中將Solver options的Type改為“Fixed-step”，System target file改為“ert.tlc”，Hardware Implement-aton的Device vendor改為：“Atmel”，Device type改為“AVR”。點(diǎn)擊”Build Model“圖標(biāo)或按”CTRL+B“組合鍵，開始自動生成代碼

。

財(cái)務(wù)監(jiān)督制度對任何企業(yè)來說都起著非常重要的作用，是確保企業(yè)資金合理利用的重要保障，然而就目前我國大多數(shù)企業(yè)實(shí)際情況來說，由于企業(yè)管理者的管理理念，以及社會市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度還不是很完善，導(dǎo)致很多企業(yè)缺乏健全的財(cái)務(wù)監(jiān)督制度，這就導(dǎo)致大多數(shù)企業(yè)并沒有對資金流向有著嚴(yán)格的管理。

LDH是臨床上常見病、多發(fā)疾病,是導(dǎo)致腰腿疼痛的主要病因。同時(shí),由于這一疾病病程長、易反復(fù)發(fā)作,嚴(yán)重影響到患者的生活質(zhì)量。近年來,隨著射頻熱凝術(shù)以及臭氧消融術(shù)作為微創(chuàng)介入治療方法,憑借其創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)快,對患者脊柱穩(wěn)定性無影響等優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于LDH治療中。

2.2 問題分析

該擴(kuò)展的功能涉及兩個(gè)控制器的軟件開發(fā)，對于發(fā)動機(jī)控制器，新增兩個(gè)CAN接收信號(轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)信號和需求轉(zhuǎn)速信號)，并將其引入怠速控制模塊，當(dāng)轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)信號值等于3(active)，目標(biāo)怠速由需求轉(zhuǎn)速信號賦值；其他非active情況，目標(biāo)怠速仍由原計(jì)算路徑賦值。

開發(fā)設(shè)備的硬件包括：安卓手機(jī)一臺(安裝blinker)，ESP32一臺(含線，集成數(shù)據(jù)傳輸及供電功能)，MCP2515一塊，杜邦線若干。ESP32與MCP2515引腳連接關(guān)系如表1所示：

2.3 硬件連接

對于新增的外部控制器，選用ESP32開發(fā)板，該控制器集成了藍(lán)牙和WiFi，采用blinker手機(jī)APP開發(fā)轉(zhuǎn)速請求主開關(guān)、轉(zhuǎn)速升、轉(zhuǎn)速降三個(gè)按鈕，ESP32通過WiFi接收按鈕信息，并計(jì)算轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)和需求轉(zhuǎn)速，最后通過MCP2515將這兩個(gè)信號轉(zhuǎn)為CAN信號發(fā)送至總線，MCP2515完全支持CAN V2.0技術(shù)規(guī)范，與主芯片通過SPI通訊

。技術(shù)路線如圖1所示：

②顯示文本，在控件邊上的顯示文字，對控件核心作用做簡要說明，此例為轉(zhuǎn)速降按鈕，設(shè)置為“降”；

2.4 軟件設(shè)計(jì)

如2.2問題分析一節(jié)介紹，軟件設(shè)計(jì)包含3個(gè)部分，手機(jī)端blinker，ESP32，發(fā)動機(jī)控制器。發(fā)動機(jī)控制器軟件在怠速控制模塊增加一路switch，變動很小，不做贅述。手機(jī)端blinker通過點(diǎn)擊、拖拽、簡單設(shè)置即可完成對按鈕、滑塊、搖桿、文字等諸多手機(jī)控件的定義，該研究主要涉及了按鈕，以此為例說明，如圖2：

結(jié)果如圖4所示，Rh2-S誘導(dǎo)K562和KG1a細(xì)胞24 h后，與對照組比較，促凋亡蛋白Bax與抑凋亡蛋白Bcl-2的比值增加；周期蛋白Cyclin D1表達(dá)水平降低（P＜0.05）。說明Rh2-S可以促進(jìn)K562和KG1a細(xì)胞凋亡，并有效阻滯細(xì)胞周期。

MIL測試是非常有意義且有必要的，首先可以保障控制邏輯與功能定義的一致性，第二可以幫助開發(fā)人員快速定位錯(cuò)誤。切不可僅將Simulink作為自動代碼工具，它的前期驗(yàn)證功能也十分強(qiáng)大。

將發(fā)動機(jī)控制器原有的CAN總線剝開但不剪斷，然后將MCP2515的CAN總線連接至剝開的總線上，注意兩條線不能接反，如果外部轉(zhuǎn)速請求功能異常，這是一個(gè)排查點(diǎn)。ESP32的線是USB口，可以通過車上的USB供電。

由圖2可知，紫菜的水分含量隨著微波功率的增強(qiáng)而降低。在500 W時(shí)水分含量最低為3.8%，這是由于在堆積厚度、微波時(shí)間不變的前提下，微波功率越大，紫菜烘干越徹底，所以水分含量越低。在紫菜干燥過程中，微波功率過高紫菜會出現(xiàn)烤焦現(xiàn)象，所以綜合感官評分和水分含量選定微波功率100，200，300 W作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

對于新增的外部控制器，需要接收轉(zhuǎn)速請求主開關(guān)、轉(zhuǎn)速升、轉(zhuǎn)速降三個(gè)按鈕的開關(guān)信息，主開關(guān)控制轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)信號在off→standby→off循環(huán)切換，在standby時(shí)，點(diǎn)按或長按轉(zhuǎn)速升或轉(zhuǎn)速降按鈕進(jìn)入active，再次按主開關(guān)回到standby。點(diǎn)按(按壓1秒內(nèi))轉(zhuǎn)速升和轉(zhuǎn)速降按鈕分別實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的目標(biāo)轉(zhuǎn)速升高或降低10rpm；長按(按壓1秒以上)則首先將當(dāng)前的目標(biāo)轉(zhuǎn)速向上或向下圓整至50rpm的倍數(shù)，然后每秒升高或降低50rpm；通過CAN發(fā)送轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)信號和需求轉(zhuǎn)速信號。

③顯示圖標(biāo)，根據(jù)控件的不同核心作用，選擇不同的圖標(biāo)，使用戶更直觀的了解控件作用，此例為轉(zhuǎn)速降按鈕，選擇“向下箭頭”；

④顏色(依據(jù)界面布局審美做調(diào)整)。

ESP32的軟件開發(fā)有兩部分，一部分以三個(gè)按鈕的狀態(tài)(另外還需要當(dāng)前轉(zhuǎn)速，作為轉(zhuǎn)速變化的基礎(chǔ))為輸入，最終輸出轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)和需求轉(zhuǎn)速，此部分相當(dāng)于應(yīng)用層軟件，使用Simulink基于模型的開發(fā)；另一部分接收blinker傳來的三個(gè)按鈕的原始信號，最后控制MCP2515將轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)和需求轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)為CAN信號發(fā)出，此部分相當(dāng)于底層軟件，使用Arduino IDE開發(fā)。

應(yīng)用層軟件控制模型概況如圖3所示，在輸入輸出的信號線上雙擊，可以輸入信號名，然后右鍵信號線，選擇“properties”，勾選“Signal name must resolve to Simulink signalobject”，點(diǎn)擊確定，完成操作后會在信號名的前邊出現(xiàn)一個(gè)藍(lán)色的向右三叉標(biāo)記。這樣在自動生成的代碼中，整個(gè)模型的輸入輸出信號名即為設(shè)置的名字，否則Simulink按其規(guī)則自定義信號名。

在搭建完成控制邏輯的模型后，就可以進(jìn)行驗(yàn)證了，這一步稱之為mode lin loop，簡稱MIL，而傳統(tǒng)的開發(fā)方式，這一步僅能驗(yàn)證語法錯(cuò)誤，而要實(shí)現(xiàn)功能驗(yàn)證，必須還要經(jīng)過編譯，集成，下載，才能進(jìn)行測試，在實(shí)際的研發(fā)過程中，問題不會只有一個(gè)，只能一遍一遍的重復(fù)，這樣基于模型設(shè)計(jì)的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，在邏輯確定后為其搭建輸入輸出模型即可進(jìn)行驗(yàn)證，如圖4所示：左側(cè)豎排三個(gè)按鈕控制對應(yīng)右側(cè)的常數(shù)數(shù)值，0代表未按下，1代表按下，最終輸出通過示波器及顯示器查看。

通過點(diǎn)按、長按三個(gè)按鈕，觀察示波器波形及顯示器具體數(shù)值如圖5所示，為清晰起見，轉(zhuǎn)速截取1000至1300rpm，點(diǎn)按主開關(guān)后，轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)由1(off)變?yōu)?(standby)，當(dāng)點(diǎn)按升按鈕后，又變?yōu)?(active)，同時(shí)需求轉(zhuǎn)速由變化的基礎(chǔ)值1010rpm變?yōu)?020rpm，而后4次點(diǎn)按和長按升按鈕，達(dá)到1300rpm，再點(diǎn)按6次和長按降按鈕，達(dá)到950rpm，最后點(diǎn)按2次主開關(guān)，轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)變?yōu)?(standby)再變?yōu)?(off)。測試結(jié)果與功能定義一致。

①數(shù)據(jù)鍵名，表明該控件的傳輸名，即下位機(jī)中表示該控件的值的變量，同一界面內(nèi)的所有數(shù)據(jù)鍵名具有唯一性；

基于功能擴(kuò)展，發(fā)動機(jī)新增如下需求，在怠速工況，通過CAN接收外部控制器的轉(zhuǎn)速請求狀態(tài)信號(無符整型量，1代表off，2代表standby，3代表active)和需求轉(zhuǎn)速信號(無符整型量，代表需求發(fā)動機(jī)工作的轉(zhuǎn)速值)，并穩(wěn)定工作在需求轉(zhuǎn)速。

只有梁閏生佯佯不睬，裝作沒注意她這兩年胸部越來越高。演過不止一回的一小場戲，一出現(xiàn)在眼前立刻被她趕走了。

接下來使用Arduino IDE開發(fā)底層軟件，Arduino平臺是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，包含很多硬件和編程軟件

。將代碼輸入Arduino IDE，并將Simulink自動生成的代碼文件(本次研究共需6個(gè).c和.h文件，不同項(xiàng)目的文件個(gè)數(shù)不同)放至同一路徑，Arduino IDE即可識別，如圖3所示，通過點(diǎn)擊工具欄中“項(xiàng)目”下拉菜單的“驗(yàn)證/編譯”，可以檢查語法等其他錯(cuò)誤，會在最下方的消息框中以紅色字體提示，如沒有錯(cuò)誤，編譯完成時(shí)則顯示如圖的白色字體信息。最后可以通過工具欄中“項(xiàng)目”下拉菜單的“上傳”來將程序燒錄至ESP32。

特高壓互聯(lián)電網(wǎng)一體化監(jiān)視和故障協(xié)同處置方案及應(yīng)用//閃鑫,王軼禹,金一丁,武力,江葉峰,陸進(jìn)軍//(2):84

3 實(shí)驗(yàn)

最后進(jìn)入實(shí)車驗(yàn)證階段，改制一臺星越L汽車，按3.1硬件連接中的方案將芯片接入，如圖7所示。啟動后發(fā)動機(jī)正常怠速，點(diǎn)擊手機(jī)APP中的主開關(guān)按鈕，再點(diǎn)按升按鈕和降按鈕，通過儀表指針發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速小幅變化，長按升和降按鈕，有相對大一點(diǎn)的幅度變化，變化周期大約為1秒。初步驗(yàn)證實(shí)車表現(xiàn)基本符合功能定義。

主觀驗(yàn)證正常，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集詳細(xì)驗(yàn)證，結(jié)果如圖8所示，圖中顯示2個(gè)信號，ECM_EngineSpeed，CAN_Desired_EngSpd，分別為ECM通過曲軸傳感器計(jì)算的當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和通過CAN總線接收的需求轉(zhuǎn)速信號，從圖中可以看出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速請求時(shí)，最大波動在20rpm以內(nèi)，滿足標(biāo)準(zhǔn)；在變化轉(zhuǎn)速請求時(shí)，基本可以響應(yīng)ESP32發(fā)來的轉(zhuǎn)速請求；長按升或降按鈕產(chǎn)生連續(xù)變化50rpm的間隔為1s；在50rpm變化(升和降)結(jié)束時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速有輕微超調(diào)，但也不足20rpm。

2011年，美國國務(wù)院以向伊朗提供了兩船重整油為由，對委內(nèi)瑞拉國家石油公司（PDVSA）進(jìn)行制裁，隨后宣布該制裁僅針對委內(nèi)瑞拉國家石油公司母公司而不包括其子公司[15]。2017年，美國政府經(jīng)過5年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中興通訊通過其子公司，以將購買的美國技術(shù)和配件應(yīng)用到出口至伊朗的產(chǎn)品中的方式，密謀規(guī)避美國對伊朗制裁，并對中興通訊母公司進(jìn)行了制裁[16，17]。

4 結(jié)論

通過實(shí)車驗(yàn)證了手機(jī)端blinker+ESP32+MCP2515在發(fā)動機(jī)外部轉(zhuǎn)速請求功能的應(yīng)用可行性，重點(diǎn)對基于模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索，研究結(jié)果表明，該方案切實(shí)有效；基于模型的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行早期驗(yàn)證，避免工作反復(fù)，方便準(zhǔn)確快速定位錯(cuò)誤；通過圖形化編程搭建控制邏輯，自動生成代碼，不必進(jìn)行C語言的深入學(xué)習(xí)，降低開發(fā)難度。

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